PBL教学模式下STEAM教育实践研究案例 论文

2022年安徽省中小学教育教学论文评选PBL教学模式下STEAM教育实践研究案例——3D打印+Arduino单片机开发的智能辅助翻页机器人摘教学模式在STEAM教学中具有广泛的应用，通过创设情境，提出问题，学生通过自主学习、实践、设计并制作可以应用于现实的产品。本项目利用3D打印和Arduino单片机技术，学生在原有的谱架上基础上设计一款翻页装置，应用于演奏练习。关键词：PBL教学，3D打印，Arduino单片机，辅助翻页机器人。引 言：中学STEAM教育的开展过程中，利用网络资源，采用PBL（Problem-以学生作为主体利用已有的知识和方法尝试给予解决，在解决问题的过程中，又会碰到新的问题，就需要进行更深入的学习，在学习的过程中既掌握了新的知识，也提高STEAMPBL打印+Arduino单片机开发的智能辅助翻页机器人》项目的实际创意、STEAM教育的实际教学中，给学生以直观的实例分析过程，让学生知道如何具体的开展实际项目的创新研发。一、设计方案的材料。教师审核学生的方案，给予指导，并提出改进意见1．设计思路分析：（1）随着人们生活水平的提高，学习音乐和器乐的孩子逐年增加，在器乐练习时无法解放其双手去翻乐谱导致练习中断无法全神贯注完整地练习从而对学习音乐大打音乐的手脚不方便的残障人士，不仅是练习音乐甚至是普通人轻易就能做到的阅读动作，对他们来说都很难。（2）利用3D打印和Arduino单片机技术，在原有的谱架上设计和安装一款美观、12022年安徽省中小学教育教学论文评选实用的超声波感应和脚踩电键相结合的翻页装置，脚踩一下或靠近动作捕捉感应一下，（3）自动翻页装置应占地小，美观大方，具备一定的欣赏实用功能。（4）自动翻页装置采用3d打印等多种材料，新颖，坚固耐用，生产成本低。也可帮助双手不方便的特殊人群对他们进行阅读帮助，真正做到了适合不同人群不同场合的一机多用。2．结构与外形分析：打印材料为主，翻页过程摩擦阻力小，反应灵敏；易于加工和制作，节省材料，降低生产成本。（2）外形设计分析：简洁的外形和较小的身材，容易携带，如适当进行打印材料和表面装饰，可与谱架融为一体，也可单独使用于特殊人群的阅读帮助。二、作品的简单制作过程必要的修改意见，完善制作流程。22022年安徽省中小学教育教学论文评选1．制作环节流程图图1制作环节流程图2．制作过程（1）准备ArduinoNANO开发板12波测距传感器1个（如图2个（如图电脑连接线1根及导线若干；32022年安徽省中小学教育教学论文评选图2ArduinoNANO开发板图3舵机42022年安徽省中小学教育教学论文评选图4超声波传感器图5按键开关模块（2）将舵机介入Arduino单片机9、10端口，将超声波传感器接入单片机3、4端口，将控制电键分别接入单片机5、6端口，将舵机、超声波传感器和电键的供电正极和接地端分别焊接在一起（如图6端和GND端，连接完成的电路如图7所示；52022年安徽省中小学教育教学论文评选图6正极和接地端分别焊接在一起图7焊接完成后的电路整体图（3）将Arduino单片机连接电源线；（4）编写控制程序，分别调试跟传感器和舵机的性能；确认无误后编写完整的控制程序（如图62022年安徽省中小学教育教学论文评选图8翻页器部分程序截图（5）将机械臂安装到舵机上，调试功能（如图9制程序；图9原型机试验情况（6）利用计算机建模软件，绘制机器人的盒体（如图101172022年安徽省中小学教育教学论文评选所示）在3D打印机中打印完成；绘制机器人的一维机械臂（如图12（如图133D1415所示）在3D打印机中打印完成图10盒体建模图形图11盒体切片图形图123D打印机械大臂建模图形82022年安徽省中小学教育教学论文评选图133D打印机械大臂切片图形图143D打印机械小臂建模图形图153D打印机械小臂切片图形1692022年安徽省中小学教育教学论文评选图16打印完成的小臂（8）修改机械臂和盒体的参数，绘制新的机械臂和盒体，安装调试；（9）将小磁铁安装在小机械臂上，修改舵机参数，调整至合适位置；图17组装完成的机器人全图三、使用说明书给出相应的改进意见。102022年安徽省中小学教育教学论文评选1.部件名称及用途3D打印+Arduino单片机开发的辅助翻页机器人，使用超声波传感器和电键双通道控制谱册翻页；2.使用方法及说明（1）检查电路板接线是否正确，杜邦线头是否松动；（2）将演奏所用的乐谱按顺序固定在谱册上，测试下翻页是否顺畅；（3）打开电源，给单片机通电，单片机初始化后，测试超声波传感器、电键和舵机的功能是否完整；（4）开始演奏，当需要翻页时，头部靠近机器的超声波传感器，超声波超声波检翻页。（5）演示过程中，控制的速度不宜过快，给单片机充分的时间去执行程序。使用过程中注意防水。3.安全注意事项（1）接线和使用过程中，应小心操作，避免产生短路；（2）使用之前，应充分检查电路和机械臂，检查无误后方可接通电源，否则可能（3）使用过程中，不要认为阻止机械臂运动或改变机械臂位置，避免舵机损坏。四、成果简介机马达，以此实现乐谱的自动来回翻页。制作本作品，需要依托Arduino开源电子平台来实现。Arduino是全球最流行的开源硬件和硬件开发平台，它包括硬件和软件两部分。硬件部分是用来做电路连接的ArduinoNANO开发板，软件部分是ArduinoIDE程序。作品制作过程中，首先需要准备ArduinoNANO开发板等元件材料，然后下载和安装ArduinoIDE程序以及安装ArduinoNANO硬件驱动程序，最后在ArduinoIDE中编写智能识别和自动翻页程序代码，并将程序上传到Arduino电路板微控制器112022年安徽省中小学教育教学论文评选上，从而实现本作品要达到的功能。在中学兴趣小组的STEAMPBL提出很多创造性的想法，学生的创新能力也在教学过程中得到了充分的培养。参考文献[1]陈虹;潘晓云;;践行STEAM教育理念提升物理核心素养——以“制作简易金属探测器”为例[J];教育与装备研究;2021年08期[2]张志祥;王颖;赵沛荣;;STEAM园植物资源的调查与应用”为例[J];中学生物学;2020年Z1期[