小學(xué)科學(xué)教學(xué)融入STEM理念的設(shè)計(jì)與實(shí)踐案例：3下-玩轉(zhuǎn)月球車

STEAM

活動(dòng)課程城轉(zhuǎn)月球車

項(xiàng)目進(jìn)程

?任務(wù)

制作功能性月球車

?準(zhǔn)備

活動(dòng)1:月球知多少

活動(dòng)2:月球車頭腦風(fēng)暴

?:?設(shè)計(jì)

活動(dòng)3:機(jī)器人日志

活動(dòng)4:設(shè)計(jì)月球車模型圖

。制作

活動(dòng)5:組裝與制作月球車

活動(dòng)6:編程與調(diào)試月球車

。評估

活動(dòng)7:月球車分享會(huì)

活動(dòng)8:修正月球車模型A

項(xiàng)目簡介

模型是認(rèn)識(shí)自然與世界的方法，通過模型將月球和運(yùn)動(dòng)用結(jié)合，人類對于月球的探

索從未停止，本活動(dòng)基于教科版三年級下冊《物體的運(yùn)動(dòng)》、《太陽、地球和月球》單

元和三年級學(xué)生的興趣拓展一一可視化編程等進(jìn)行跨模塊的融合，設(shè)計(jì)并實(shí)施月球車活

動(dòng)。

本次活動(dòng)中，我們將學(xué)習(xí)模型的制作方法、流程，并用科學(xué)的方法檢測模型的準(zhǔn)確

程度，然后進(jìn)行修改和完善。當(dāng)然，我們需要查找資料，查找月球車模型制作所需要的

數(shù)據(jù)。然后運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)方法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，利用工程方法，通過多次的

迭代設(shè)計(jì)幫助我們設(shè)計(jì)出一個(gè)符合月球真實(shí)環(huán)境并且具備一定功能的個(gè)性化的月球車。

我們的學(xué)習(xí)目標(biāo)

標(biāo)領(lǐng)域知識(shí)(Knowledge)實(shí)踐態(tài)度與社會(huì)的聯(lián)系

STEM學(xué)彳(Practice)(Attitude)(Relation)

S(Science)了解月球車的本質(zhì)掌握科學(xué)探究的探究興趣、批判思考、STEM-R是與從

以及工作原理流程，提出月球車追求創(chuàng)新、合作共享現(xiàn)實(shí)社會(huì)相關(guān)，

的科學(xué)問題并進(jìn)與從H常生活、

行解釋與驗(yàn)證社會(huì)發(fā)展的需要

1T(Tcchnology)理解程序設(shè)計(jì)的相掌握編程的步驟技術(shù)的敏銳度以及技以及自然的和諧

關(guān)結(jié)構(gòu)、機(jī)器人結(jié)和方法，能夠設(shè)計(jì)術(shù)的執(zhí)著發(fā)展等維度進(jìn)行

構(gòu)、了解并掌握機(jī)器出簡易機(jī)器人，設(shè)展開設(shè)計(jì)

1人日志、工程建議書計(jì)出滿足工程約

束的創(chuàng)意月球車

E(Engineering)掌握工程設(shè)計(jì)的流掌握組裝基礎(chǔ)小建立團(tuán)隊(duì)意識(shí)，培養(yǎng)

程知識(shí)，掌握繪制機(jī)車的技巧；掌握問學(xué)生的團(tuán)結(jié)辦作以及

械簡圖的規(guī)范步驟，題解決的方法：能溝通交流能力和工程

了解月球車傳感器夠?qū)⒐こ淘O(shè)計(jì)的思維

的應(yīng)用步驟用以解決月

球車項(xiàng)目

M(Mathematics)數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行相關(guān)掌握使用數(shù)據(jù)的初步培養(yǎng)學(xué)生的算

計(jì)算與調(diào)試等過程，步驟和方法法，保持月球車項(xiàng)目

有一定的邏輯判斷的求知欲與好奇心

能力

活動(dòng)提醒

搭建模型的時(shí)候，注意小組

合作完成哦!

評價(jià)他人模型時(shí)，要慢看，細(xì)量。

05,

任務(wù)制作功能性月球車

月球，俗稱月亮，是地球唯一的天然衛(wèi)星，并且是月球中第五大的衛(wèi)星。

月球表面布滿了由隕石撞擊形成的環(huán)形山。月球是第一個(gè)人類曾經(jīng)登陸過的地

外星球。前蘇聯(lián)的月球計(jì)劃在1959年發(fā)射了笫-?艘登月的無人太空船;美國

NASA的阿波羅計(jì)劃是到目前為止，唯一實(shí)現(xiàn)的載人登月任務(wù)。2019年1月3

日，中國嫦娥四號(hào)成功登陸月球背面，全人類首次實(shí)現(xiàn)月球背面軟著陸。1月

15日，嫦娥四號(hào)完成人類首次月面生物實(shí)驗(yàn)，月面長出第一株嫩芽。

月球車是一種能夠在月球表面行駛并完成月球探測、考察、收集和分析樣

品等復(fù)雜任務(wù)的專用車輛。在實(shí)驗(yàn)室里，這個(gè)重要角色的學(xué)名是“月面巡視探測

器”。2013年11月26H,中國首輛月球車--嫦嫉三號(hào)巡視器全球征名活動(dòng)結(jié)束,

月球車命名"玉兔「此名”既體現(xiàn)了中華民族的傳統(tǒng)文化，又反映了中國和平利

用太空的宗旨。

基于“親愛的月球”載人登月項(xiàng)目的真實(shí)問題，以登月工程師的招標(biāo)工

作為工程情境，提出探秘月球車的項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)問題以及工程問

題的探究，提出問題和定義問題是科學(xué)探究與工程實(shí)踐的重要內(nèi)容，在開始

背景經(jīng)驗(yàn)活動(dòng)之前，給學(xué)生時(shí)間能夠提出科學(xué)問題，教師提出工程約束條件,

如六足機(jī)器人能夠進(jìn)行30°爬坡，能夠在巡線的過程中實(shí)現(xiàn)線路轉(zhuǎn)向等具體

約束條件，學(xué)生小組合作確定他們具體需要那些背景知識(shí)才能解決問題，并

制作問題海報(bào)。

準(zhǔn)備活動(dòng)1月球知多少

《------企管車模型,就要了解月球，月球是怎樣的？

I交流活動(dòng)B

我們知道的月球。

交流我們知道的月球，比如：月球有多大？，有什么特征嗎，月球上有哪些資源呢？

并把這些信息記錄下來，也可以通過月球小檔案的形式進(jìn)行記錄。

制作一個(gè)月球車模型，我們需要了解月球的哪些信息？怎樣能獲得真實(shí)的信息？

課本外，還可以去圖書

館或者網(wǎng)上查資料。

球的特征以及資源分布，還要想一想，用什么材料來制作月球模型,

月球車的功能有哪些呢?

資料鏈接：

親愛的月球.馬斯克

httDs:///a/254648353313378

“嫦娥工程"：/bencandy-2-16430-1.htm

月球的地貌特征。

月球資源數(shù)據(jù)

收集時(shí)間:收集人:

資源名稱數(shù)量分布區(qū)域

月球土壤

各種元素

月球天然玻璃

月球的地形分布

收集時(shí)間:收集人:

月球正面月球背面

月海月海

環(huán)形山環(huán)形山

月陸月陸

................

................

不同的地形對于月球車的功能有什么影響呢?

功能不同的月球車

收集時(shí)間：收集人:

無人駕駛月球車有人駕駛月球車

前進(jìn)刖進(jìn)

后退后退

右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)

左轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)

................

看看大家收集的信息是否一致。如果不一致，集體討論選擇大家認(rèn)可的信息作為

“使用數(shù)據(jù)”。

選擇哪些作為你的月球車的功能呢？

活動(dòng)2月球車頭腦風(fēng)暴

我們收集了月球車的信息，月球車是怎樣的，讓我們一起整理月球車的信息？

交流我們獲得的月球車信息。

哪些信息與設(shè)計(jì)制作月球模型有關(guān)呢?

「一要知道月球的溫度、

月球車是一種能夠在月球表

要知道月球的地形，環(huán)氣溫等情況。

面行駛并完成月球探測、考察、收形山居多，月球地而凹凸不

集和分析樣品等復(fù)雜任務(wù)的專用平。

車輛。

我們還要沒計(jì)一個(gè)機(jī)

器人日志吧！

處理我們獲得的信息，月球車的功能有哪些呢？

一一

我們檢索的月球車一樣嗎?

如果不一樣，找一

找問題在哪里？

月球車的功能主要有哪些呢，又是為了勘測什么資源的呢?

我們分頭去準(zhǔn)備吧!

設(shè)討活動(dòng)3機(jī)器人日志

我們收集整理了月球車的信息，如何設(shè)計(jì)月球車模型?

根據(jù)我們處理后的數(shù)據(jù)，先根據(jù)大家的智慧，頭腦風(fēng)暴的結(jié)果，設(shè)計(jì)機(jī)器人日志

吧。

我們能畫出來嗎？

我們畫得一樣嗎？又有什么問題？記錄下來。

我們怎么完善呢？I我們要根據(jù)月球車的功能

設(shè)計(jì)月球車哦！

根據(jù)大家所提出的建議我們再畫畫月球模型圖。

我們的月球模型圖

制作活動(dòng)5制作避障月球車

有了月球車模型圖和相關(guān)數(shù)據(jù)，我們一起用LEGO材料制作月球車模型吧!

探索活動(dòng)

選擇月球車模型的材料。

動(dòng)手組裝模型.

我們制作的分工。

姓名工作備注

我們的制作計(jì)劃:

制作中遇到哪些困難，我們怎么解決？

遇到的問題解決的辦法效果評價(jià)

月球車模型評價(jià)表

評價(jià)項(xiàng)目評價(jià)效果

材料制作方便☆☆☆☆☆

模型效果☆☆☆☆☆

模型真實(shí)☆☆☆☆☆

模型穩(wěn)固☆☆☆☆☆

戰(zhàn)隊(duì)名稱工程設(shè)計(jì)方案任務(wù)完成創(chuàng)意設(shè)計(jì)

夢之隊(duì)

☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

月球戰(zhàn)士

☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

........☆☆☆☆眾,☆☆☆☆☆

........☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

評估活動(dòng)8修正月球模型

我們完成了月球車模型制作，開個(gè)展示會(huì)吧!

在展示過程中,需要向大家匯報(bào):

（1）我們小組在制作過程中是怎樣分工的？

（2）制作過程中，我們特別關(guān)注什么？

（3）在制作過程中，我們遇到了什么困難？有沒有解決?

（4）我們的月球車模型，最滿意的是哪個(gè)方面？

（5）通過月球車模型制作，我們有哪些收獲？

展示中，要發(fā)揮小組每個(gè)成員的長處，讓我們的作品被更多的同學(xué)接受,

按小組分工向同學(xué)展示，并記錄其他組的評價(jià)及建議。

月球車模型評價(jià)及建議

記錄人：時(shí)間：

小組評價(jià)建議

在展示過程中，我們的模型需要改進(jìn)和完善嗎？完成月球模型的改進(jìn)計(jì)劃。

月球模型改進(jìn)計(jì)劃

STEAM案例實(shí)施

本項(xiàng)目從項(xiàng)目導(dǎo)入、工程知識(shí)、工程實(shí)踐（解決問題）等三個(gè)主題單元中進(jìn)行詳

細(xì)的活動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開展教學(xué)，以發(fā)現(xiàn)問題（步驟1）、頭腦風(fēng)暴（步

驟2）、設(shè)計(jì)方案（步驟3）、動(dòng)手制作（步驟4）、測試優(yōu)化（步驟5）、分享作

品（步驟6）等迭代的過程，將學(xué)生置于錯(cuò)綜復(fù)雜的真實(shí)生活問題，培養(yǎng)學(xué)生能夠應(yīng)

對21世紀(jì)挑戰(zhàn)的的技能以及未來從事STEM行業(yè)的興趣與傾向性。根據(jù)月球車項(xiàng)目

三個(gè)單元的內(nèi)容組織以及教學(xué)建議，對所選課程內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐，具體如

表1,表2和表3。

表I教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐案例1

教學(xué)基本信息

課題名稱探月之旅

教學(xué)對象六年級課時(shí)2小時(shí)

指導(dǎo)思想與理論基礎(chǔ)

小學(xué)機(jī)器人課程的特征是實(shí)踐性、跨學(xué)科性（綜合）。探究性相結(jié)合在一起的，強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)學(xué)牛?的創(chuàng)新意識(shí)

和動(dòng)手意識(shí)，培養(yǎng)并提高學(xué)生在工程設(shè)計(jì)與科學(xué)探究的興趣，讓學(xué)生通過思考和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

新課改強(qiáng)調(diào)”教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”這一理念，在強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性的同時(shí)還要加強(qiáng)教師的主導(dǎo)作用。

因此要注重學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐中對所學(xué)技能和知識(shí)的整體實(shí)際運(yùn)用及體驗(yàn)；培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解淡問題及在這

一過程收集、分析和利用信息的能力；體會(huì)到分享與合作的快樂：同時(shí)，學(xué)生可以適當(dāng)?shù)姆绞脚c他人交流，通

過交流中提取有價(jià)值的信息，即學(xué)會(huì)溝通思考，形成科學(xué)態(tài)度，禿高工程創(chuàng)新的意識(shí)和能力。

根據(jù)3.3節(jié)的課程設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)了《探月月球車》一課，以實(shí)際生活問題“親愛的月球”導(dǎo)入，以制作問題

海報(bào)以及機(jī)器人口志、工程建議書等作為驅(qū)動(dòng)，通過基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過程“情境導(dǎo)入-識(shí)別問題-問題啟示-

設(shè)計(jì)方案-學(xué)習(xí)背景知識(shí)-動(dòng)手制作?測試優(yōu)化-分享工作”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)流程，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)、科學(xué)探究、

創(chuàng)新實(shí)踐、工程設(shè)計(jì)意識(shí)和能力。

教學(xué)背景分析

探月月球車是木課程第一個(gè)單元的第一節(jié)課程，主要是介紹課程概要，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)

行問題詼別，以及學(xué)習(xí)這本課程的成果輸出，完成月球車模型以及工程建議書等。本節(jié)

課基于“親愛的月球”項(xiàng)目真實(shí)的問題情景，H本富豪前澤友作成為SpaceX首位登月旅

教學(xué)內(nèi)容分析

客，計(jì)劃2023年邀請藝術(shù)家同行，某公司為承載前澤友作的委托一選取同行人員，于

是制作月球車項(xiàng)目順利展開，在探月月球車項(xiàng)目中綜合表現(xiàn)最優(yōu)越的小小工程師就可以

獲得此殊榮，帶著自己的月球車展開一場探月之旅。

小學(xué)階段是培養(yǎng)良好習(xí)慣的階段，也是培?養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題、培養(yǎng)思維的關(guān)鍵階

學(xué)情分析段。通過一個(gè)“探月之旅”的項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的制作月球車的興趣，讓學(xué)生們發(fā)現(xiàn)制作月球

車中存在的科學(xué)問題以及工程約束，同時(shí)學(xué)生在這個(gè)階段具有很高的好奇心，對于真實(shí)

中的問題情境具有主動(dòng)想辦法解決的意識(shí)。

主要采用PBL教學(xué)模式，教師對課堂內(nèi)容加以引導(dǎo)，學(xué)生通過對教學(xué)目標(biāo)中的相關(guān)

知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)真思考、積極探窕，更好的了解課程的相關(guān)知識(shí)并加以記憶。主要運(yùn)用師生

教學(xué)模式與策略

互動(dòng)策略，在課堂上進(jìn)行師生交流，解決問題，可以提高學(xué)生的課堂參與度，使學(xué)生更

感興趣的課程自主創(chuàng)作。

計(jì)算機(jī)、投影儀、大屏幕、電子白板（創(chuàng)客教室）

教學(xué)環(huán)境與資源教師資瀝；演示文稿、演示的‘文例、活動(dòng)記錄單

學(xué)生用資源：幫助文檔、幫助視頻、素材、海報(bào)紙油性筆

教學(xué)目標(biāo)（內(nèi)容框架）

S-K:l.了解月球車的本質(zhì)，機(jī)器人的基本結(jié)枸.

E-K:2.能夠識(shí)別工程問題，提出解決該工程問題所需要知道的科學(xué)、技術(shù)、工程約束問題。

S-P:l.完成問題海報(bào)的過程中，掌握運(yùn)用頭腦風(fēng)暴進(jìn)行科學(xué)問題設(shè)計(jì)。

E-P2通過發(fā)現(xiàn)問題、思考解決問題的方案、設(shè)計(jì)解決問題的方法、將工程設(shè)計(jì)思想融入

STEM學(xué)科與四維機(jī)器人學(xué)習(xí)。

目標(biāo)S-A:l.培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)。

S-A:2.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣。

E-A:3.激發(fā)學(xué)生未來從事航天事業(yè)與工程行業(yè)的傾向性與興趣。

STEM-RI.善于觀察自然，聯(lián)系日常生活中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)；

STEM-R2根據(jù)社會(huì)需要，能夠積極進(jìn)行相關(guān)探究與設(shè)計(jì)：

重點(diǎn)：學(xué)生能在制作問題清單的過程中提高問題意識(shí)和工程設(shè)計(jì)的能力。

教學(xué)重難點(diǎn)

難點(diǎn)：學(xué)生能制作出符合問題情景的問題清單以及海報(bào)展示。

教學(xué)評價(jià)

評分標(biāo)準(zhǔn)：工程設(shè)計(jì)方案（40%）、任務(wù)完成（30%）、創(chuàng)意設(shè)計(jì)（40%）

戰(zhàn)隊(duì)名稱工程設(shè)計(jì)方案任務(wù)完成創(chuàng)意設(shè)計(jì)

小組評價(jià)量規(guī)之工程過程量表

評價(jià)活動(dòng)記錄單戰(zhàn)隊(duì)名識(shí)別問創(chuàng)建建立模測試與分析交流結(jié)交流結(jié)備

稱題與設(shè)型收集數(shù)數(shù)據(jù)果（報(bào)果（建注

計(jì)據(jù)和再告）議書）

設(shè)計(jì)

3242343

每節(jié)課的評價(jià)既包括教師觀察評估同時(shí)也包括學(xué)生的自我評價(jià)與反思，通過工程過程記

教學(xué)評價(jià)錄單等形式以幫助教師更好的觀察學(xué)生課堂動(dòng)態(tài)，詳細(xì)的記錄學(xué)生課堂表現(xiàn)情況，同時(shí)

輔以必要口頭評價(jià)激發(fā)學(xué)生的興趣。

教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過程設(shè)置意圖

播放“親愛的月球''視頻，請同學(xué)們認(rèn)真觀看，同時(shí)請同學(xué)們觀看

之后分享以下自己的感受：

師：好，同學(xué)們觀看過這個(gè)視頻之后有什么想法和感受呢？

生1:哇塞，好神奇，真的有月球旅客了，之前看電影《太空旅

客》就一直向往自己有機(jī)會(huì)能夠成為一名星際間的旅行者。

生2：Amazing,月球旅客，那他們承載的BFR載人飛船和國內(nèi)的

嫦娥系列飛船足桿的工作原理嗎？那他們抵達(dá)月球之后，看到

的場面和國內(nèi)的與月球車拍攝的是一樣的嗎？

生3：他們到達(dá)月球之后，月球的重力比較小，月球旅客是自己

以視頻導(dǎo)入項(xiàng)目，更

行動(dòng)還是借助于月球車進(jìn)行移動(dòng)呢？

容易引起學(xué)生注意，

生4：夢想力量是偉大的，前澤友作小的時(shí)候就喜歡抬頭看月亮，

激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，

這下他真的要站在月球了，可是我也想去，那是什么樣子的選拔

探月之旅，制作月球

機(jī)制，才能成為他邀請的那些同行的藝術(shù)家呢？

創(chuàng)建問題情境車項(xiàng)目更容易激發(fā)學(xué)

師：同學(xué)們的想法和疑問都特別棒，都能聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗(yàn)思

導(dǎo)入項(xiàng)目背景生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，

考問題，思考如何才能成為同行旅客，以及月球車的工作機(jī)制那

引發(fā)學(xué)生的思考與探

么很多人都想成為同行的藝術(shù)家之一，那么A公司獲得了日本富

究，為月球車項(xiàng)目起

豪前澤友作先生的委托，幫他物色合適的工程師人選，負(fù)責(zé)與全

到了良好的引導(dǎo)作

球車項(xiàng)目的招標(biāo)工作。

用。

隨著月球車項(xiàng)目招標(biāo)工作開展，各個(gè)公司提交方案，需要一份工

程建議書，其中包括月球車，簡易機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，還需要制

造出月球車模型，作為一個(gè)專業(yè)知識(shí)豐富和有經(jīng)驗(yàn)的工程師，與

要提交一份模型與一份工程項(xiàng)目建議書。

教師明確規(guī)定工程約束條件：一份模型與一份工程項(xiàng)目建議書，

其中月球乍的功能要求：六足機(jī)器人，30。爬坡設(shè)計(jì)，左右靈活轉(zhuǎn)

彎、巡線、抓取功能等約束條件。

任務(wù)一：識(shí)別月球車項(xiàng)目中的問題以小組合作妁形式解

好，同學(xué)們，既然大家都想成為同行的藝術(shù)家，那么請大家抓住決發(fā)現(xiàn)的問題。從不

識(shí)別并確定方向這次月球車項(xiàng)目的中標(biāo)機(jī)會(huì)，請大家以小組為單位思考以下幾個(gè)同角度分析詞題，擴(kuò)

頭腦風(fēng)暴問題：展學(xué)生的發(fā)教思維，

1.為了設(shè)計(jì)一個(gè)方案來解決月球車項(xiàng)目，你認(rèn)為我們可能需要進(jìn)而為后期設(shè)計(jì)方案

什么科學(xué)背景知識(shí)和技術(shù)方法？打基礎(chǔ)。

2.你需要確認(rèn)哪些設(shè)計(jì)要求或工程約束條件？

3.你認(rèn)為能夠使用哪些材料來制作月球車模型？

4.如何評價(jià)設(shè)計(jì)方案和檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠駶M足工程任務(wù)要求

組1：

科學(xué)問題：

月球車到底是什么

月球車的有幾部分組成

工程問題，

機(jī)器人的模型多大

其他方向：

利用LEGOMINDSTORMEv3機(jī)器人套件進(jìn)行機(jī)器人的搭建叮

設(shè)計(jì)，評價(jià)方案就看測試能不能成功

組2：

科學(xué)問題：

機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)特定功能

月球車是如何在月球上獲取相關(guān)信息的呢

工程問題：

機(jī)器人紀(jì)構(gòu)與機(jī)器人功能之間的關(guān)系

其他方向：

利用機(jī)器人套件進(jìn)行機(jī)器人的搭建與設(shè)計(jì)，評價(jià)方案就看機(jī)器人

能不能實(shí)現(xiàn)他的預(yù)定功能或者我們可以看以下自己制作的月球

車能不能運(yùn)動(dòng)

任務(wù)二：確定問題方向

科學(xué)問題：識(shí)別問題之后能夠進(jìn)

月球車的本質(zhì)，以及類型行問題的分類，培養(yǎng)

月球車的基本結(jié)構(gòu)是什么學(xué)生的問題解決意

機(jī)器人命令——機(jī)器人編程識(shí)，能夠根據(jù)需要將

機(jī)器人功能——傳感器問題進(jìn)行正確的分

機(jī)器人方案設(shè)計(jì)——機(jī)器人日志類，為之后的背景知

機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)識(shí)學(xué)習(xí)提供動(dòng)力支

工程問題：持。

機(jī)器人的模型多大

機(jī)器人結(jié)構(gòu)與機(jī)器人功能之間的關(guān)系

機(jī)器人機(jī)械簡圖的設(shè)計(jì)

師:同學(xué)們，你們的問題分析的都很到位，那么請同學(xué)們以小組為

單位，繪制你們的問題海報(bào)吧，請小組成員之間相互配合，注意通過海報(bào)的形式，培

利用蠟筆與A4紙進(jìn)行繪制。同學(xué)們要注意問題之間留有空間，養(yǎng)學(xué)生的審美意識(shí)和

制作問題海報(bào)

以便于之后解決了該類問題，進(jìn)行標(biāo)記，已解決的可以用顯著顏對迭代設(shè)計(jì)的初步理

色的蠟筆劃掉，同時(shí)也要注意新增的問題的整理與完善問題海解。

報(bào),好，請同學(xué)們開始繪制自己的問題海報(bào),

任務(wù)三：月球車的本質(zhì)

師：同學(xué)們，經(jīng)過咱們的問題識(shí)別與分析，大家對于月球車都很

好奇，那么請大家一起跟隨老師，認(rèn)識(shí)月球車。

呈現(xiàn)幾張?jiān)虑蜍嚨膱D片，請同學(xué)們認(rèn)真觀察，并提出自己心中的

月球車，以及月球車的組成部分。

通過之前問題的確

定，再進(jìn)行學(xué)習(xí)月球

車的本質(zhì)，符合學(xué)生

的心理認(rèn)知，其次圖

層層深入

片內(nèi)容既能激發(fā)學(xué)生

探月新知

學(xué)習(xí)興趣，又與本項(xiàng)

生1:月球車是指車的形狀，不是車，是機(jī)器人呀

1=1容息息相關(guān)，對月

生2：我看到了帶有中國國旗的月球車，月球車是機(jī)器人，我平

球車的教學(xué)內(nèi)容起到

常也喜歡組裝機(jī)器人

了引導(dǎo)作用。

生3：月球車好酷，車的形狀，機(jī)器人的大腦

生4：月球車是行車身，動(dòng)力部分，控制部分等組成

生5：看來月球車是根據(jù)功能的不同采用不同的車身設(shè)計(jì)以及傳

感器的選擇

好，同學(xué)們都很很認(rèn)真的思考，總結(jié)的也很到位，月球車是一種

能夠在月球表面行走，完成月球探測、調(diào)態(tài)、采集、分析等夏雜

任務(wù)的特種車輛。在實(shí)驗(yàn)室里，這個(gè)重要角色的科學(xué)名稱是“月

面巡視探測器從某種意義上說，月球車屬于機(jī)器人技術(shù)。無

論是輪式還是腿式，月球車都應(yīng)具備向前、句后、轉(zhuǎn)彎、爬升、

取物、采樣和轉(zhuǎn)彎（墜落后翻身）等基本功能，甚至還應(yīng)具備初

級人工智能（如識(shí)別、爬升或繞過障礙物等）。

分享交流問題海報(bào)任務(wù)完成后，并根據(jù)任務(wù)單進(jìn)行任務(wù)分工完成的記錄以通過讓學(xué)生分享作

歸納總結(jié)及作品的記錄表。小組進(jìn)行任務(wù)完成的匯報(bào),將從最初的問題提品，不僅僅使學(xué)生內(nèi)

出和海報(bào)i殳計(jì)的完成過程進(jìn)行闡述，7個(gè)小組由組長匯報(bào)完成情化的知識(shí)顯性化，也

況，以及個(gè)別組員進(jìn)行作品制作的過程分享和特色解說。組員間鍛煉了學(xué)生作品分享

進(jìn)行建議修改，作品優(yōu)化。最后老師進(jìn)行總結(jié)。的精神，激發(fā)學(xué)牛.進(jìn)

一步學(xué)習(xí)，教師的知

識(shí)歸納使得學(xué)生的知

識(shí)和經(jīng)驗(yàn)更加清晰化

評價(jià)學(xué)生的作品，同

學(xué)生分析和反甩作品，學(xué)生互相學(xué)習(xí)和評價(jià)。允許學(xué)生對自己的時(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效

作品進(jìn)行分析和反思，同時(shí)能夠進(jìn)行公平適當(dāng)?shù)慕M間評價(jià)，為其果以及自己的教學(xué)效

作品展示評價(jià)

他組的月球車提出建設(shè)性的修改建議。果，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)作的

積極性

優(yōu)點(diǎn)：

1.本課堅(jiān)持以學(xué)生為主體的教學(xué)設(shè)計(jì)，充分尊重學(xué)生的主體地位

2.聯(lián)系生活實(shí)際，以具體生活的問題為導(dǎo)向進(jìn)行學(xué)習(xí)，以SpaceX公司委托的招標(biāo)項(xiàng)目

教學(xué)反思為項(xiàng)目引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開展科學(xué)與工程探究

不足：

1.學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)問題的探究時(shí)，由于相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備不足，探討問題流于形式

2,由于課堂給到學(xué)生很大的自由度，無法清晰的了解每個(gè)學(xué)生的課堂進(jìn)度

表2教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐案例2

教學(xué)基本信息

課題名稱巡線機(jī)器人——光電傳感器的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用

教學(xué)對象六年級課時(shí)2小時(shí)

指導(dǎo)思想與理論基礎(chǔ)

小學(xué)機(jī)器人課程的特征是實(shí)踐性、跨學(xué)科性（綜合）與探究性相結(jié)合在一起的，強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

和動(dòng)手意識(shí)，培養(yǎng)并提高學(xué)生在工程設(shè)計(jì)與科學(xué)探究的興趣，讓學(xué)生通過思考和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

新課改強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過程體現(xiàn)出“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”這一理念，在強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性的同時(shí)還要加強(qiáng)

教師的主導(dǎo)作用。因此要注重.學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐中對所學(xué)技能和知識(shí)的整體實(shí)際運(yùn)用及體驗(yàn):培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、

解決問題及在這?過程收集、分析和利用信息的能力：體會(huì)到分享與合作的快樂：同時(shí)，學(xué)生可以適當(dāng)?shù)姆绞?/p>

與他人交流，通過交流中提取有價(jià)值的信息，即學(xué)會(huì)溝通思考，形成科學(xué)態(tài)度，提高工程創(chuàng)新的意識(shí)和能力。

根據(jù)3.3節(jié)的課程設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)了《循跡機(jī)器人——光電傳感器的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用》一課，以理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐

操作相結(jié)合的活動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)方面的意識(shí)和能力，根據(jù)第?單元的教學(xué)實(shí)踐，本單

元采用活動(dòng)記錄單的形式進(jìn)行學(xué)生課堂的監(jiān)控，同時(shí)采用梯度式的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。

教學(xué)背景分析

巡線機(jī)器人——光電傳感器的識(shí)別和應(yīng)用是本課程第二單元工程知識(shí)的機(jī)器人傳感

教學(xué)內(nèi)容分析和傳感器內(nèi)容，主要是介紹以及學(xué)會(huì)應(yīng)用機(jī)器人感知系統(tǒng)中重要的傳感器一光電傳感

瑞，能夠埋解并學(xué)會(huì)光電傳感器的兩種模式——顏色模式與反射光強(qiáng)度模式，并且能夠?qū)W

會(huì)搭建單傳感巡線小車，在探究與認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠小組與小組之間合作完成雙傳感巡

線小車，完成工程筆記以及工程建議書等。

小學(xué)階段是培養(yǎng)良好習(xí)慣的階段，也是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題、培養(yǎng)思維的關(guān)鍵階段。

通過制作巡線小車，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)光電傳感器的興趣，讓學(xué)生們發(fā)現(xiàn)編程與調(diào)試中存在的

問題，同時(shí)學(xué)生在這個(gè)階段具有很高的好奇心，對于真實(shí)中的問題情境具有主動(dòng)想辦法解

學(xué)情分析

決的意識(shí)。在本節(jié)課之前，學(xué)牛.以及學(xué)習(xí)LEGOMINDSTORMSEv3機(jī)器人套件以及編程

軟件的相關(guān)學(xué)習(xí)，如基礎(chǔ)小車的搭建以及移動(dòng)槽與停止命令.超聲波傳感器.觸碰傳感曙

等內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

主要采用PBL教學(xué)模式，教師對課堂內(nèi)容加以引導(dǎo)，學(xué)生通過對教學(xué)目標(biāo)中的相關(guān)

知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)真思考、積極探究，更好的了解課程的相關(guān)知識(shí)并加以運(yùn)用。主要選用師生互

教學(xué)模式與策略

動(dòng)策略，在課堂上進(jìn)行師生交流，解決問題，可以更好地提高學(xué)生的課堂參與度，使學(xué)生

更感興趣的課程自主創(chuàng)作。

計(jì)算機(jī)、投影儀、大屏幕、電子白板（創(chuàng)客教室）、LEGOMINDSTORMSEv3機(jī)器人套

件

教學(xué)環(huán)境與資源

教師資源：演示文稿、演示的實(shí)例、活動(dòng)記錄單

學(xué)生用資源：幫助文檔、幫助視頻

教學(xué)目標(biāo)（內(nèi)容框架：

S-K:l.認(rèn)識(shí)光電傳感器，并且理解光電傳感器顏色模式與反射光強(qiáng)度模式的編程界面。

T-K2掌握闊值使用以及巡線基本結(jié)構(gòu)。

T-K:3.認(rèn)識(shí)切換模式，并理解不同模式的區(qū)別。

S-P:l.掌握如何測量反射光。

T-P:2能夠進(jìn)行單光感格巡線與雙光感器巡線的編程設(shè)計(jì)。

E-P:3.通過發(fā)現(xiàn)問題、思考解決問題的方案、設(shè)計(jì)解決問題的方法、將工程設(shè)計(jì)思想融入

機(jī)器人學(xué)習(xí).

E-P:4.在組裝與搭建的過程中嘗試優(yōu)化基礎(chǔ)小車

STEM學(xué)科與

E-P:5在測試與調(diào)整的過程中，學(xué)會(huì)將光電傳感器的反射光強(qiáng)度模式原理加以運(yùn)用，完成

四維目標(biāo)

單巡線的基礎(chǔ)匕組間合作完成雙巡線。

M-P:l.在調(diào)試過程中，對于功率、轉(zhuǎn)向度數(shù)進(jìn)行合理的計(jì)算與估算。

S-A:l.通過本課題的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)以及程序設(shè)計(jì)與調(diào)試認(rèn)識(shí)。

T-A:2.通過本課題的學(xué)習(xí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣。

E-A:3.能夠培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力與興趣。

M-A:4.能夠培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維。

STEM-R通過光電光感器的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生能夠根據(jù)社會(huì)發(fā)展的需要進(jìn)行月球車的功能設(shè)

計(jì)與實(shí)現(xiàn)；能夠聯(lián)系日常生活，批判性的思考問題。

重點(diǎn)：學(xué)生能能夠?qū)W會(huì)切換模塊的使用以及如何測量反射光。

教學(xué)重難點(diǎn)

難點(diǎn)：學(xué)生能熟練完成巡線機(jī)器人傳感器的安裝與調(diào)試工作。

教學(xué)評價(jià)

評分標(biāo)準(zhǔn)：工程設(shè)計(jì)方案（40%）、任務(wù)完成（30%）、創(chuàng)意設(shè)計(jì)（40%）

評價(jià)活動(dòng)記錄單戰(zhàn)隊(duì)名稱工程設(shè)計(jì)方案任務(wù)完成創(chuàng)意設(shè)計(jì)

小組評價(jià)量規(guī)之工程過程量表

戰(zhàn)隊(duì)名識(shí)別問創(chuàng)建建測試分析交流結(jié)交流結(jié)備

稱題與設(shè)立與收數(shù)據(jù)果（匯果（建注

計(jì)模集數(shù)和再報(bào)）議書）

型據(jù)設(shè)計(jì)

3242343

任務(wù)活動(dòng)記錄單

小組成員活動(dòng)名稱工作內(nèi)容

每千課的評價(jià)既包括教師觀察評估同時(shí)也包括學(xué)生的自我評價(jià)與反思，通過工程過程

評價(jià)記錄單等形式以幫助教師更好的觀察學(xué)生課堂動(dòng)態(tài)，詳細(xì)的記錄學(xué)生課堂表現(xiàn)情況，同時(shí)

輔以必要口頭評價(jià)激發(fā)學(xué)生的興趣。

教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過程設(shè)置意圖

播放“智能限務(wù)員''視頻，請同學(xué)們認(rèn)真觀看，同時(shí)請同學(xué)們在觀通過引入視頻，更容

看過程中能夠思考，這個(gè)機(jī)器人是如何完成任務(wù)的。易吸引學(xué)生的注意

創(chuàng)建問題情境師：好，有那位同學(xué)想要分享以下視頻中機(jī)器人是如何完成任務(wù)力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)

導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容的呢？興趣。制作巡線小車

生1:哇塞，好神奇，這個(gè)機(jī)器人很智能，能夠根據(jù)餐桌號(hào)碼和更容易激發(fā)學(xué)生的內(nèi)

餐桌位置進(jìn)行服務(wù).在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).激發(fā)學(xué)

生2：這個(gè)機(jī)器人是根據(jù)路線完成任務(wù)的。生的思考和探究。

生3：他的大腦中應(yīng)該設(shè)定r從府房間到不同餐桌的最優(yōu)化路程

的指令。

好，同學(xué)們很仔細(xì)，餐廳機(jī)器人是根據(jù)路線指令完成任務(wù)的，那

么在這個(gè)機(jī)器人的內(nèi)部裝有光電傳感器等感知結(jié)構(gòu)，那么今天讓

我們?起走進(jìn)光電傳感器，制作一個(gè)你們的巡線小車。

任務(wù)一：認(rèn)識(shí)光電傳感器

光電傳感器，即顏色傳感器，是一種數(shù)字傳感器，能夠檢測進(jìn)入

傳感器表面小窗口的光的顏色或強(qiáng)度。傳感器可用于三種模式：

顏色模式、反射光強(qiáng)度模式和環(huán)境光強(qiáng)度模式。

■[?一靠□回―

以小組合作的形式解

決發(fā)現(xiàn)的問題。拓展

任務(wù)二：結(jié)構(gòu)的探究

學(xué)生的發(fā)散性思維和

1.顏色傳感器離地的距離。

合作學(xué)習(xí)從不同角度分析問題

2.在車輛的位置。

探究新知的思維。進(jìn)而為后期

要求學(xué)生分組探討上述兩個(gè)問題。

設(shè)計(jì)方案與程序編寫

任務(wù)三：光電傳感器的反射光模型相關(guān)探究

打基礎(chǔ)。

1.什么是反射光。

2.黑色與白色的反射光

3.如何完成巡線

4.單傳感器巡線原理

要求學(xué)生分組探討上述兩個(gè)問題。

任務(wù)四：如何實(shí)現(xiàn)巡線與切換模塊使用