张超

一、活动背景

抗疫防病毒期间，洗手成为人们日常生活中的高频活动。本次活动以公共场所洗手问题为出发点，开展贴近生活的探究活动。

公共场所常用的洗手液大多是挤压式，通过实验发现，使用挤压式洗手液时，会有病毒残留的风险。引导学生设计一款无接触式洗手装置，既让学生巩固防疫知识，养成良好卫生习惯，又能培养学生的探索能力，提高其逻辑思维能力与动手能力。引导学生在学习科学文化知识的同时，培养为人民奉献自己微薄之力的责任感和使命感。

二、方案设计

本次活动是少年宫线上线下相结合的实践活动，活动对象均是来自北京市各城区的中小学生，年龄在10－14岁（学龄四年级至八年级）。活动每次参与人数为12人。活动探究内容丰富，采取小组合作学习方式。学生缺乏对机械设计的经验，搭建中遇到的问题和挑战很大程度是因为没有足够知识储备。线上授课帮助学生进行知识接轨、迁移、深化和综合。教师带领复习相关知识，设计搭建参考手册提供类似模型。学生在编程和制作过程中会出现不严谨的问题，需要鼓励学生自主检查，不断测试改进完善，降低对教师的依赖，从而培养精益求精的工匠精神。

三、活动目标

体会在日常生活中观察问题，利用调查问卷发现问题，分析导致其现状的因素，以小组为单位制定机器人解决方案。学会细致深入地观察，养成严谨的科学思维、求实的探究态度。

借助网络和虚拟软件学习减速增力机构的设计。以小组为单位进行团队协作，通过调查分析实验，制作无接触洗手装置，提升创新思维、问题解决能力和工程技术素养。

在衔接实际、设计建构、反思完善、提高延续四个活动环节中学会与人合作探究，享受分工合作的乐趣，养成勤动脑、勤动手的好习惯。遇到困难和问题尝试去解决，对机器人模型不断改装、调试、修正。在探索中磨炼毅力，获得发自内心的快乐，初步养成从事科技探究活动的积极态度。

四、活动重点、难点、创新点

重点：以机器人抗疫为主题，鼓励学生观察生活，从周边生活中发现问题，搭建无接触式洗手装置，同时学习正确的洗手方法，养成勤洗手的卫生习惯。

难点：减速增力的装置设计，按压结构的设计。

创新点：活动采取线下线上结合形式，包括线上机器人技术小讲堂，线上问卷设计，线下机器人搭建，线下机器人创意展示。既有知识的学习，如机器人结构设计分析，又有动手能力的培养。有探究、有讨论、有质疑、有感悟。

五、活动过程和步骤

（一）活动准备

确定活动主题，明确任务，教师进行知识技能准备，准备相关器材和软件。撰写活动方案，发布活动通知。学生搜集资料，进行调查研究设计，分析问题，进行设计构思，绘制设计草图。

（二）活动实施

1.进行线上教学，创设生活情境，提出问题，简单介绍LDD虚拟软件。

2.线上参观中国数字科技馆，学习正确的洗手知识，对活动解决的问题有初步认识。学生通过观看视频，得知在疫情防控常态化时期，要做到戴口罩以及勤洗手。接着探讨问题：使用挤压式洗手液会不会传染病毒？用荧光原料模拟病毒，使用小暗箱观察实验效果，实验结论是挤压的手套上沾有荧光原料；得出实验猜想：使用挤压式洗手液有可能传染病毒。分析问题，确立任务及装置评价标准。学生利用微信制作问卷，进行调查。

全班同学分析调查结果：人们因为赶时间、水温低、手动接触开关有交叉感染风险、不喜欢用公用肥皂等情况选择不洗手。针对此问题展开讨论，思考如何解决这个问题，由此引出可以制作一个无接触洗手装置。

3.明确项目任务：设计无接触洗手装置。讨论出评价作品的三个指标：避免交叉感染；防水不漏电；挤压出适量的洗手液。

搜集资料调查研究：学生通过互联网搜集资料——无接触洗手装置模型，可采用红外线感应控制、语音控制、超声波控制。

创新思路规划设计，采用视频会议的方式，基于前期的研究，让学生进行头脑风暴：制作无接触洗手装置应考虑的要素有哪些？经过讨论，确定了如下问题：装置采用哪些结构？怎样控制出液不浪费？怎样接收需要洗手液的信号？能否加入计时功能、提醒洗手的功能？

对上述问题讨论出结果后，明确方案，绘制设计图。学生基于对设计的构思，将自己的创意用绘图的方式表达出来。

4.线下复课返回机器人教室，利用乐高EV3机器人，围绕动手实践亲手设计制作。学生利用软件设计的图纸进行分享，并就方案可行性、合理性进行优化。

学生复习超声波和颜色传感器的特性，选择感知手的传感器（颜色或超声波）。搭建底座，连接固定控制器、电机、传感器等元器件。搭建框架固定瓶装洗手液。搭建减速增力装置，蜗杆或齿轮减速。搭建挤压洗手液的机械臂，使用滑轨或曲柄等机构。根据要求，当手伸到出液口时，机器人识别到手，流出剂量适中的洗手液，编写程序，下载程序，控制机器人进行感知、判断和行动。根据机器人运行程序的效果调整，同时实时填写工程日志，记录研究过程。完成制作后，录制创意展示视频，介绍作品，实测作品，说出自己参与的感受。

（三）预期效果与呈现方式

搭建无接触式洗手装置，学习正确洗手方式，倡导中小学生勤洗手，守护健康。组员们通过完成本组的分配任务，从而学到知识、学会工具的使用，用数据描述现象，在分享中体会成就感。

初步构建对工程设计研究的认识。经历前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流、项目拓展等环节，亲历无接触洗手装置的设计及制作的全过程，有效地促进了技术意识、工程思维、创新意识、图样表达、物化能力等工程技术素养的形成与发展。通过问卷调查，查阅资料、线上讨论、线下组装，让学生在学习简单机械、智能机器人基础上，进行绘制设计图以及制作模型，并通过微信进行交流、讨论以及展示评价。

六、活動评价

（一）学生自评

前期研究环节中，能清晰地意识到问题，对接下来的研究也有初步的设想及规划，利用软件设计出图纸。利用各种手段查阅资料，并对资料进行整理归纳。提出设计方案并绘制设计草图，例如模型可以做到避免交叉感染，可拆卸更换洗手液，结构稳固不倾覆，环保节约，不浪费洗手液。

交流讨论环节中，专心参与，积极探讨，问题有分析记录、有解决方案，表达逻辑清晰，问题描述准确。制作机器人模型过程中，任务分工有计划、有讨论，有分工记录且分工合理。按时按量完成任务，小组合作氛围融洽。遇到问题和困难及时记录、提问、调整、修改。展示交流环节中，对成功或者失败加以总结。通过录制微课小视频或制作海报等手段对守护健康的卫生行为进行宣传。

（二）教师评价

对学生制作的调查问卷进行量表评价，检测学生对问卷调查法的认识，以及发现、研究问题的能力。评价量规：制定调查问卷的规范性，问题的设计数量合理，逻辑正确。收集问卷的数量不少于10份。对收集的数据进行分析，总结导致其现状的因素。

对学生在活动中的参与度、态度、积极性展开诊断性评价，进行观察访谈记录，辨别造成学生学习困难的原因。遇到困难和问题是否尝试去解决，能否严谨思考问题，对机器人模型不断改装、调试、修正。

对学生在活动中的分工合作进行形成性评价，以口头方式鼓励。参与学生的讨论，带领学生制定机器人解决方案和小组分工方案。鼓励学生分享学习成果，提醒学生制作中的问题并尝试记录解决等。

对学生本次活动的最终作品进行成果性分析评价。评价量规：实现无接触供给洗手液，传感器对手的感应精准，底座牢固稳定、材料用量合理，装置大小合理。编写程序规范严谨。洗手液便于更换，机械传动结构选取正确，机械动作准确度高，挤出洗手液的剂量适中。

（三）社会性评价

学生将录制的微课视频发到朋友圈，进行成果展示评价。开展作品投票功能，票数最高的为最佳人气作品。选出最具创意作品和最佳人气作品，作为学生学习成绩的一部分。