聚焦互競運動　助力科技教育

戴世琪

編程機器人社團活動是新華小學科技精品課程的分支，經過5年沉淀，已成為學校科技教育的主陣地。編程機器人社團活動以互競運動為核心實施課堂教學，引領學生在互競游戲中感悟編程操控的魅力，在團隊配合中學習協同作戰的策略，在作品制作中提升創新思維和實踐能力。筆者以“機器人足球賽”教學為例，介紹編程機器人社團活動的實施策略。

一、確定學習主題，滿足學習需求

機器人一直以來都是科技教育的熱門項目。經過一段時間的機器人圖形化編程學習后，學生想要挑戰一些難度更大的學習內容。鑒于足球運動互競性強，在培養團隊協同作戰能力、感受競技體育魅力等方面具有優勢，筆者把機器人與足球競技相結合，確定“機器人足球賽”學習主題，讓學生在項目式學習中，通過改裝機身、開發程序功能等落實靈活操控機器人的目標，使機器人更好地運球，以此滿足學生的挑戰性學習需求。

二、建構知識體系，發展信息科技素養

面對新的學習情境，學生應通過聯結已有的知識結構，建構新的知識體系，從而解決新問題，發展數字化學習與創新素養。

明確“機器人足球賽”學習主題后，學生開始在教師的指導下設計項目學習方案。首先，機器人足球賽無法提供現成的機器人，需要學生在設定功能的基礎上組裝硬件。如果想要機器人實現運球功能，就要設計一個具備抓握物體技能的類似“機械鉗”的裝置。“機械鉗”的本質是利用舵機加裝“L”型銅片實現自由抓握的技能，所以學生的知識建構可以從回顧舵機模塊開始。

筆者在導入環節介紹機器人足球賽這一互競運動后，通過問題“機器人想成功控球必須具備什么功能”，讓學習聚焦到利用“機械鉗”抓握物體的重點上。探究環節，筆者先出示“機械鉗”圖片，讓學生觀察其構造，聯想能與之匹配的知識。學生想到了已經學習的舵機模塊，它可以通過編程實現機器鉗鉗口夾角0°～180°的自由切換。這樣，筆者引導學生通過知識遷移找到了讓機器人控球的具體方法，并編寫了設計方案。

三、編程制作，形成成果作品

機器人足球賽上，同一個場地將同時存在多臺互相追逐的機器人，我們事先無法判定機器人的位置，因此在編寫程序時要重點考慮機器人的靈活操控。筆者采用藍牙遙控手柄作為教學配件，它可以根據藍牙傳輸的實時數據對機器人發送指令，同時手柄上的每個按鍵都能進行開源編程，如學生可利用“↑”編寫前進的程序、利用“↓”編寫后退的程序等，賦予機器人一些個性化的功能。

為加強團隊配合，機器人還要具備隨時給對方設障的功能，如適時打開阻礙對手進攻的“高墻”、解鎖對手的“機械鉗”等。針對機器人的功能需求，筆者指導學生設計功能各異的造型，依據圖紙改裝機器，上傳程序，調試機器。在調試過程中，學生可能發現許多問題。筆者的解決辦法是要求學生創建《我的編程日記》，實時記錄每次出現的問題及解決方案。例如，一名學生在完成裝置調試后，記錄下“首次出現的問題——機器人運球時存在轉彎不靈敏的現象”，以及“解決方案——4月2日第一次解決：將按下按鈕‘→定義為旋轉10°，改為按下按鈕‘→運行編碼電機左輪80%、右輪20%，實現用按鈕按壓的時長控制轉彎的角度，消除機器人轉彎時的頓挫感。4月16日第二次解決：方向箭頭操作復雜，改用搖桿操控，通過左右編碼電機帶入左右搖桿函數公式，實現隨意轉彎”。記錄編程日記讓學生在頭腦中生成線性邏輯，為后續創作提供了思路。

四、互競對抗，檢驗學習成效

學生完成機器人作品的調試之后，以分隊對抗的形式讓機器人進入賽場。每隊共2個機器人作品，“足球”采用6cm直徑的健身彈力球。比賽中，每隊2個機器人分別擔任前鋒和后衛，前鋒機器人具有控球、運球的技能，后衛機器人具有“設障”功能，可以為本隊隊員進攻贏得時間。筆者充當裁判，進行計分操作。隊員上場前，筆者先介紹機器人，渲染對抗氛圍，很好地調動了學生的積極性。

對抗中時常有意外發生，如機器人零件脫落、機器人不聽指令、機器人發生剮蹭、機器人進入死胡同無法轉身等。這些情況的發生說明作品存在缺陷，學生要分析問題，修改作品，升級功能。例如：學生在機器人對抗中發現機械鉗左右抓握容易掉落“足球”，于是改為上方真空、側邊金屬架包圍、底部平行排列4條高彈力橡皮筋的一體化機械手設計，提高了機械鉗抓握的穩定性；學生還發現編碼電機的3mm固定螺母容易脫落，于是改用鑲嵌式防滑螺母，用扳手和螺絲刀輔助安裝。學生在互競運動中發現問題、解決問題，提高了實踐能力，提升了信息科技素養。