陈杰 南京师范大学附属中学树人学校信息技术高级教师，中国电子学会会员，江苏省计算机学会会员，江苏省科普作家学会会员、《无线电》杂志项目与制作专栏作者。致力于创客教育、STEAM教育研究，出版创客类图书3本。所带学生在各级各类创客大赛、创新大赛中成绩优异。
教学背景
教育部印发的《教育信息化“十三五”规划》中明确提出要探索STEAM教育、创客教育等创新教育模式。在此背景下，笔者以麦昆机器人成长学习过程中遇到的问题为主线，以问题解决为导向，以激发学生创新意识为目标，将传统制造技艺、开源与人工智能技术、创客思维和STEAM教育理念相结合，兼顾并协调学生科学素养、人文精神和艺术涵养的发展。
教学目标
1.利用3D打印技术为麦昆量身设计参加足球赛的装备结构件。
2.根据麦昆特点设计足球赛游戏规则。
3.编程实现用无线遥控进行足球赛游戏对战。
STEAM视野
工程：麦昆辅助装备结构件的设计与制作。
技术：无线遥控功能的编程实现。
艺术：足球运动的历史。
教学准备
麦昆机器人套件、3.7V锂电池、micro:bit遥控手柄、180度微型舵机、3.7V锂电池充电器各1件，micro:bit控制板2件，以及SketchUp软件、3D打印机、热熔胶枪等辅助资源。
教学过程
一、情境导入
师：麦昆星球要举办一场足球赛，麦昆们都跃跃欲试，请你为麦昆设计合适的装备，让它们变身麦昆足球机器人。下面请大家想一想，参加足球比赛的麦昆需要哪些功能和装备？装备的结构件该怎么设计？
学生思考并讨论交流。
二、讲授知识
1.了解足球运动的历史
教师讲解足球在我国古代的起源、名称变化、制作工艺、历代演变、传播及发展历程等，让学生了解我国“蹴鞠”这一非物质文化遗产及其丰厚的历史文化底蕴。
2.了解现代足球比赛规则
教师介绍现代足球的起源及足球运动历史上第一个文字形式的比赛规则——《剑桥规则》，并介绍足球比赛规则的演变，让学生更深入地认识足球比赛的当代规则。
三、操作实践
1.明确任务需求
师：因麦昆和人体结构不同，所以麦昆间的足球赛需要特定的比赛规则。请同学们参考人类足球比赛的规则，并结合麦昆的特点，为麦昆设计专属的足球比赛规则。
学生思考并讨论交流。
师：我们可以利用遥控手柄，无线遥控麦昆前进、后退、左转、右转，还可以无线遥控麦昆开球（控制舵机开球）。详细的比赛规则如下。
（1）比赛以固定时间（5分钟）为一局，进球数多者胜利。（2）比赛双方各派出3名选手参赛，控制方式为遥控。（3）比赛双方的3名选手中，至少有一名具备自主发球装置。（4）比赛选手可全场带球，近距离发射，攻入对方球门，也可以远程发射，攻入对方球门（不存在越位）。（5）为了比赛的观赏性及激烈程度，允许麦昆小车冲撞。（6）场地如图1所示，比赛开始时，只允许双方各派一名选手在中场位置争球。
2.电路连接
本次电路连接只要将舵机连在S1接口即可，如图2。
3.结构搭建
（1）麦昆辅助装备结构件制作
师：为了让麦昆能实现在球场上控球、踢球的功能，我们可以给麦昆车体前后分别配备控球爪和击球棒，从而实现对球的控制。下面请同学们跟老师一起利用SketchUp软件为麦昆设计装备结构件。
第一步：在SketchUp中设计控球爪连接件，如图3，并设计击球棒。
第二步：在SketchUp中设计控球爪，如图4。
第三步：在SketchUp中设计舵机固定件，如图5。
第四步：利用3D打印机打印控球爪、舵机固定件、击球棒等结构件。
第五步：组装各结构件，并安装在麦昆车体上，如图6。
（2）足球场地制作
导入软件素材里的球门3D模型，然后借助3D打印机将球门结构件打印出来，完成球门的组装，再用热熔胶枪将球门结构件固定在足球场上。
4.编程实践
编写麦昆端程序，如图7。
编写遥控手柄端程序（详见教学演示文稿）。
5.测试运行
分别将程序上传到麦昆控制器和遥控手柄控制器中，测试运行效果，如图8。
四、拓展延伸
师：请同学们发挥自己的创造力，想一想如何让麦昆更灵活、更精准地控球，尝试设计制作其他的机械结构。
教学反思
本课以STEAM教育理念为指导，倡导跨学科的STEAM学习方式，将科学、技术、工程、艺术和数学有机融为一体，提升了学习的趣味性，让学生在学中玩、在玩中学、在玩中创，为把学生培养成会科学探究、善技术实践、有艺术品位、能工程创新的复合型人才奠定了基础。
