动手做科学，模型玩创意

查国青

活动目标

◇通过arduino控制器的使用让学生了解智能控制的科学知识；

◇通过图形化程序设计，强化学生的逻辑思维能力；

◇通过活动，提高学生利用书籍、网络获取信息、利用信息的能力；

◇通过“玩中学”，增强学生的动手实践能力及团队合作能力；

◇通过“做中学”，让学生体验科学探究的过程，在探究活动中分享快乐；

◇通过活动，让学生懂得合理利用资源，树立可持续发展意识。

活动重点和创新点

活动重点：了解arduino控制器的使用，促进学生对智能控制的了解认识；通过多种方式提高学生收集信息、利用信息的能力；通过观察后进行动手设计、制作、调试，培养学生的动手实践能力；通过创意作品的展示提高学生的表述能力；通过创意设计及对模型的二次开发，加强学生的科技创新意识和可持续发展意识。

活动创新点：充分利用校内已有资源，并将已有资源最大化利用，开展科普活动。通过开展多种形式的活动，提高学生的动手实践能力和创新意识，体验探究过程，掌握探究方法，不断提高学生的综合科学素养；在活动中通过“做中学”实现二次开发的创意设计，在趣味活动中让学生增长知识，提高能力；实现多元的评价方式，利用自评、互评及师评、调查问卷、微信投票等方式，实现结果性评价及过程性评价。

活动实施过程

前期准备（统筹安排）

利用周一升旗仪式时间进行方案的解读与说明。通过校园网、红领巾广播、橱窗进一步宣传“船模装‘大脑”活动方案，让全体师生对方案有所了解，并以告家长书形式将方案印发给家长，让家长知晓。利用探究型课程及社团活动进行技术和方法的指导。

第1阶段：收集船模资料，认识创意“大脑”

◇原始船模资料收集

在中午时间组织6 8年级学生在海洋科普活动室、船模展示区、网络教室等处参观并记录船模相关尺寸。利用数码相机拍摄船模照片，并用皮尺测量并记录其模型尺寸，填写学习单；不方便测量尺寸的模型，记录其名称，利用其他中午时间到网络教室通过网络进行查找，并记录相应数据。

◇探究arduino控制器的使用

利用网络搜索、图书馆资料查找，分组进行arduino控制器相关知识的探究性学习；借助科技节开展“学习arduino——尝试做创客”科普知识讲座，开展arduino图形化编程软件ArduBlock系列微讲座，利用网络收集有关arduino控制器相关应用并记录在学习单中，尝试使用arduino控制器。

第2阶段：船模装“大脑”（设计、组装、调试）

◇小组合作，绘制设计图

根据自己小组的船模选择及想要达到的创意进行设计，能够使用“大脑”产生创意的效果，并填写探究学习单。小组成员分工，并用视频（或照片）记录下设计过程，以备参加后期评比。设计表存放于教师指定的ftp文件夹中。

◇根据小组选择的船模及设计进行组装

组装过程中用视频（或照片）记录下组装过程，以备参加后期评比。根据小组选择的船模及设计进行组装，在组装过程中如需特殊工具可提前与指导教师联系。

◇调试程序，达到预期效果

编制程序，并下载到控制器运行，观看是否达到预期效果，若没有达到则对程序进行调整。组装过程中用视频（或照片）记录下调试过程，以备参加后期评比。根据小组要达到的创意效果进行程序设计及调试，在程序设计时出现问题可与指导教师联系。

◇设计实例

在杭州号现代级导弹驱逐舰模型上点亮信号灯（双色指示灯），打开开关红灯亮3秒（启航指示）后一直亮绿灯（正常航行指示）。设计草图如图1。

用微型手枪钻在驱逐舰甲板上钻3个小孔，能让杜邦线穿过即可；用3根杜邦线一端插在（不要焊接，以便反复使用）arduino nano控制器的3个引脚上（分别为VCC、数字引脚3和4），一端用焊锡焊接在双色指示灯3个脚上（共阳极）（见图2）；将指示灯用热熔枪（胶棒）固定到信号塔位置，并用热熔枪（胶棒）将杜邦线固定好，并密封钻孔位置。

打开arduino图形化编程软件ArduBlock进行程序设计，下载程序到控制器，观看指示灯的反应，在调试程序时，观察指示灯是否达到设计要求。调试成功后，还可作深化的改进：例如在船上点亮多个或不同颜色的灯；启航时点红灯，航行过程中点绿灯，靠岸或遇障碍物时亮红灯闪烁（增加超声波传感器）；船上点亮字形灯等。

本案例只是在指示灯产生的视觉效果方面进行了改进设计。当然可结合声音、动作及相关传感器（例如利用超声波、红外传感器或蓝牙技术遥控船模），通过舵机控制舵的方向，甚至可在船模上安装适合的传感器测量水面温度、盐度、航行方向等参数。

在本案例中运用STEAM理论，将科学素养、技术素养、工程素养、艺术素养及数学素养贯穿制作始终。其分析图如图3所示。

第3阶段：创意船模走T台（后期成果展示）

在科技节期间利用1天时间，由6-8年级参与活动的学生进行创意船模现场展示。包括由小组组员利用PPT或视频进行探究过程展示，以及对创意船模进行现场航行展示整个展示过程向所有班级进行现场直播。展示前1周将计划表上交至指定ftp文件夹中。

活动评价

通过以下方式对活动过程进行评价，检测活動目标达成情况，以便下次开展活动的改进及完善。

◇收集相关船模知识及arduino控制器及相关元件知识题，由信息中心将其导入电子书包系统。所有参加活动的学生通过电子书包进行科普知识竞赛，评选出个人一、二、三等奖。

◇初赛中，团体分前6名的小组进行决赛展示。决赛展示包括3个环节：10道必答题、10道抢答题及1道创意设计。通过电子书包进行活动，其中必答题与抢答题由电子书包自动评阅，创意设计题分值由其他小组代表组成的大众评审通过电子书包进行投票打分，其合计分值产生知识竞赛团体一等奖1名、二等奖2名、三等奖3名。

◇设计图评比：根据设计图进行打分，评选出一、二、三等奖。

◇活动过程照片评比：根据照片的拍摄角度、主题选择、总体效果等评选出一、二、三等奖。

◇邀请区活动中心相关教师担任评委对现场展示过程进行打分，根据设计图的设计打分情况，评选出一、二、三等奖。

◇通过网络以问卷的形式了解每个学生的参与情况，进行项目活动过程的个人自评、组员互评、班级组间互评，以评选出积极参与奖、最佳合作奖、优秀个人奖等奖项。

◇将作品图片及创意说明上传至学校微信公众平台，进行网络投票，根据网络投票结果选出最佳人气奖、最佳创意奖、最佳作品奖、最佳设计奖。

完成以上过程性评价及结果性评价后，向获得一、二、三等奖及优胜奖的个人和团体，颁发证书和奖品。另外向在活动中表现出特长的学生授予特长认定证书。

可能出现的问题及解决预案

◇资金问题。向学校申请海洋科普及创新实验项目专项资金，我校以海洋特色文化为发展方向，学校在海洋科普教育方面会大力支持。

◇探究过程中学生缺乏耐心。在比较漫长的探究过程中难免遇到挫折，此时往往有学生会表现出意志力消沉，产生放弃的念头，因而任何一位辅导教师都应该及时关注学生探究过程中表现出来的状态，以通过激励制度给予鼓励，通过科学家的故事对学生进行教育，培养学生的耐心和毅力。

◇探究时遇到技术问题。在创意设计与作品制作过程中，学生难免遇到自己难以解决的技术问题。活动指导教师在学生上交创意设计材料时，对此应预先作好充分准备。从而一方面利用信息科技课及探究性课程对学生进行技术和方法的指导，另一方面为学生提供有效的参考资料，以便学生的探究活动能顺利开展。