薛翔

大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，這是國家層面對創(chuàng)新的戰(zhàn)略要求，學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生成為創(chuàng)新型后備人才迫在眉睫。近年來，全國各地多所學(xué)校如火如荼地開展各種各樣的科技創(chuàng)新類的教學(xué)活動，其中大部分仍停留于利用第三方研發(fā)的現(xiàn)成項目，被動地完成任務(wù)式的教學(xué)。經(jīng)過長期探索和實(shí)踐，我發(fā)現(xiàn)創(chuàng)意機(jī)器人項目是學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的重要抓手，能更好地提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

“智能茶博士”項目定位于客人接待、茶的加工。該機(jī)器人自動完成定量取水、定溫?zé)?、自動取杯、投放茶葉、泡茶等一系列工作。利用語音系統(tǒng)接待客人，協(xié)助客人選擇茶葉，在加工茶的過程中，播放茶知識，宣傳茶文化。

因地制宜，確定項目工程提任務(wù)

在研制“智能茶博士”過程中，我邀請幾名優(yōu)秀的機(jī)器人社團(tuán)學(xué)生，參與項目測試工作。在此過程中，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)該項目還可以拓展更多的功能，如接待客人、加工茶水等。于是，我因地制宜，提出了新的工程任務(wù)，主題初步確定為智能茶吧，研究重點(diǎn)確定為自動加工茶水。通過小組頭腦風(fēng)暴形式組織學(xué)生展開討論，有機(jī)地將一個大工程分解為定量取水、定溫?zé)?、自動取杯、投放茶葉、泡茶等幾個小工程，提煉出自動加工茶水的工序以及各工序的初步設(shè)計思路。經(jīng)討論認(rèn)為，茶杯的位移是聯(lián)系各工序的關(guān)鍵所在，確定工程的第一階段核心目標(biāo)：構(gòu)建茶杯傳送平臺。

綜合考慮工程要求、學(xué)生能力以及學(xué)校的設(shè)施，工程結(jié)構(gòu)部分選用了合金材質(zhì)的積木件，具有堅固、穩(wěn)定且較易搭建的特點(diǎn)。傳感器、執(zhí)行器以及編程軟件均選用Arduino開源平臺兼容的軟、硬件。根據(jù)實(shí)際情況，確定工程任務(wù)，確立了學(xué)習(xí)目標(biāo)。

適度指引，協(xié)助學(xué)生技術(shù)提水平

參與研發(fā)的學(xué)生，都經(jīng)過了一年以上的機(jī)器人系統(tǒng)學(xué)習(xí)，部分參加了中國青少年機(jī)器人競賽活動的省級比賽，具備一定的技術(shù)水平，但受原有固定項目的限制，技術(shù)能力、水平上存在較大的局限性。第一階段的研發(fā)活動一開始就遇到了困難：學(xué)生不知道如何用一個電機(jī)控制來回兩個方向，我并沒有直接給出答案，而是讓學(xué)生觀察3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)。很快，第一代茶杯傳送平臺搭建完成，檢測時，茶杯在傳送的過程中發(fā)生滑動，杯子有掉出托盤的可能。利用限位裝置，學(xué)生很快就解決了該問題。隨著工序和結(jié)構(gòu)的增加，新的問題又出現(xiàn)了，用來防止茶杯滑動的限位裝置，給后繼的抓拿帶來麻煩，且抓手握杯、旋轉(zhuǎn)的動作存在安全問題。第一代傳送平臺陷入僵局，學(xué)生的積極性也受到了不小的打擊。我再一次出手，讓學(xué)生在網(wǎng)上觀看煤礦傳送的視頻。第二代傳送平臺傳送帶傳送孕育而生。

再如，學(xué)生經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)，最終確定用3D打印茶葉桶。我只是給學(xué)生推薦了SketchUp軟件，學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用等過程均由學(xué)生自主完成。有明確需求的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的主動性、學(xué)習(xí)的效果大大提升。

教師的“懶”，造就了學(xué)生的“勤”，在研發(fā)的中后階段，學(xué)生能自主在網(wǎng)上選擇、定制工程所需物品，自主學(xué)習(xí)新型傳感器、執(zhí)行器的使用和控制方法，甚至能自制切割機(jī)對不銹鋼水管進(jìn)行加工。學(xué)生自始至終都是學(xué)習(xí)的主體，教師適度引導(dǎo)，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、積極性和創(chuàng)造性得到充分發(fā)揮。

設(shè)計改進(jìn)，項目實(shí)施融合多學(xué)科

工程化、項目化的教學(xué)活動本身需要進(jìn)行多學(xué)科融合，需要拓展、深化、融合學(xué)生已有的多學(xué)科知識和技能，如語文、數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、編程、生活常識、傳統(tǒng)習(xí)俗等，學(xué)生必須進(jìn)一步學(xué)習(xí)新學(xué)科、新知識、新技能。

如燒開水可以用直流電方式或者交流電方式進(jìn)行加熱，這里就自然用到了物理中的電學(xué)知識，更涉及用電安全。該環(huán)節(jié)的研究過程，具體如下。

加熱裝置的變更：在初始設(shè)計方案中，在奶粉罐里安裝加熱管裝置，外接交流電，通過程序控制加熱單元進(jìn)行水加熱。該方案的優(yōu)點(diǎn)：加熱速度快，能夠節(jié)省時間。缺點(diǎn)：選用容器易生銹，污染水質(zhì);且接縫處容易漏水，若用耐熱膠進(jìn)行防漏， 會進(jìn)一步污染水質(zhì)，不能飲用。另外，交流電加熱，增加了實(shí)驗(yàn)危險。在我的建議下，進(jìn)行了直流加熱方案的實(shí)驗(yàn)。

直流加熱方案：考慮到直流加熱比較慢，選用體積較小的易拉罐為加熱容器，將易拉罐簡單加工成近似長方體的形狀，在外壁貼上直流加熱片，對容器里的水進(jìn)行加熱。此方案安全系數(shù)高，但受限于加熱片的功率，加熱速度很慢，最終貼了4片加熱片并做了保溫處理，也沒有將水燒開。于是我們又回歸交流加熱方案。

再改進(jìn)設(shè)計后的交流加熱方案：針對最初的交流加熱方案中的兩個問題改進(jìn)。⑴交流供電的安全問題，購置了帶有觸電保護(hù)的防觸電電源插座，減小觸電危險。⑵水質(zhì)污染問題，選用了定制加工的不銹鋼圓管、改造后的不銹鋼保溫杯作為加熱裝置，加熱效果以及水質(zhì)得以保障。但在一次實(shí)驗(yàn)中，加熱管因?yàn)楦蔁l(fā)生爆炸，存在較大安全隱患。

最終方案：采用專門訂制的加熱管和加熱容器（材質(zhì)為食品級304不銹鋼加厚型），飲用安全和使用安全均得到了保證。

項目的選擇，重視從學(xué)生的生活實(shí)際出發(fā)，激發(fā)他們的興趣和求知欲。我們給學(xué)生一個平臺，學(xué)生在項目的不斷改進(jìn)設(shè)計中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。對于“智能茶博士”這樣的項目，可能大家以為就是信息技術(shù)，其實(shí)是集人工智能、科學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、傳統(tǒng)文化等于一體的綜合學(xué)習(xí)，需要將各個領(lǐng)域的知識融合，極大地豐富了學(xué)生的核心素養(yǎng)，提升了學(xué)生的綜合能力。

撰寫日記，規(guī)范科學(xué)研究養(yǎng)習(xí)慣

筆頭懶，是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究活動的通病。懶得寫，就不知怎么寫。學(xué)生第一次參加社團(tuán)活動時，我就提出撰寫學(xué)習(xí)日記的格式和要求。“發(fā)現(xiàn)或出現(xiàn)的問題”“我的想法或做法”“結(jié)果或我的結(jié)論”是學(xué)習(xí)日記最基本的組成部分。學(xué)生在日記本上撰寫日記，并通過QQ群像冊上傳日記的圖片，我及時在QQ群進(jìn)行點(diǎn)評。點(diǎn)評策略為開始階段最少找出學(xué)生日記中的一個亮點(diǎn)，讓學(xué)生感知老師對他的認(rèn)可，呵護(hù)學(xué)生寫日記的熱情，逐步養(yǎng)成習(xí)慣;成熟階段，點(diǎn)評的側(cè)重點(diǎn)為學(xué)生在日記中提出的解決不了的問題和困惑，提供解決問題的思路。一個學(xué)年下來，約40%左右的學(xué)生養(yǎng)成撰寫學(xué)習(xí)日記的良好習(xí)慣，日記質(zhì)量也有很大的提高。良好習(xí)慣的養(yǎng)成是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的正確引導(dǎo)。

順應(yīng)形勢，對接大賽不斷挑新高

本項目的研發(fā)時間始于2016年10月25日，12月，“2017年中國青少年機(jī)器人競賽活動”比賽方案公布，其中創(chuàng)意項目的主題為“我的學(xué)習(xí)伙伴”。我及時組織研發(fā)團(tuán)隊學(xué)生，研讀比賽規(guī)則并展開討論，決定加入“茶文化”元素，增加語音交互、學(xué)習(xí)知識功能，讓顧客在等待機(jī)器人自動泡茶的同時，學(xué)習(xí)“茶文化”方面的知識。“智能茶吧”華麗轉(zhuǎn)身為“智能茶博士”。在2017年4月市級比賽中獲創(chuàng)意項目冠軍，在2017年5月省級比賽中獲創(chuàng)意項目初中組冠軍，在2017年7月全國比賽中獲創(chuàng)意項目中學(xué)組創(chuàng)意鼓勵獎（銀牌）。2019年研發(fā)團(tuán)隊的主力隊員劉暢同學(xué)獲“南通市第一屆青少年科技創(chuàng)新市長獎提名獎。項目實(shí)施中能夠創(chuàng)新是設(shè)計的主旨。有了創(chuàng)新點(diǎn)，學(xué)生對解決一個又一個問題充滿了興趣，不斷挑戰(zhàn)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。

工匠精神，自主改進(jìn)步伐不停息

創(chuàng)新驅(qū)動實(shí)質(zhì)上還是靠人才驅(qū)動，只有激活“人”這個生產(chǎn)力當(dāng)中的關(guān)鍵因素，聚天下英才而用之，才能為全面深化改革、推動創(chuàng)新發(fā)展提供堅實(shí)支撐和不竭動力。作為祖國未來的初中生，從課堂到生活，改革強(qiáng)音振奮人心，創(chuàng)新活力撲面而來。在信息技術(shù)課程中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新探索，我一直努力踐行，自開始研制本項目，學(xué)生在實(shí)踐中不斷發(fā)現(xiàn)、不斷改進(jìn)、不斷求新。在9個多月的時間里，主體結(jié)構(gòu)、各種裝置、控制方式、程序控制、加熱方式等大小改變上百次。與此同時，學(xué)生親身經(jīng)歷機(jī)器人的研制、創(chuàng)新、動手、合作等，多方面能力得到長足進(jìn)步。

給學(xué)生創(chuàng)造有利于創(chuàng)新發(fā)展的良好環(huán)境，從課堂到生活，從生活到課堂，學(xué)生本有的創(chuàng)新活力撲面而來。讓我們一直堅持以學(xué)生為中心，積極實(shí)踐，積極創(chuàng)新，在高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)新教育的征程上行穩(wěn)致遠(yuǎn)。

作者單位：江蘇海安市海陵中學(xué)