讓樂高機(jī)器人走進(jìn)信息技術(shù)課堂

朱福華

[摘要]隨著機(jī)器人教育在我國(guó)基礎(chǔ)教育的不斷探索與實(shí)踐，機(jī)器人走進(jìn)了中小學(xué)信息技術(shù)課堂，機(jī)器人是集機(jī)械、電路、程序于一體自動(dòng)控制的典型代表。樂高EV3機(jī)器人是一種既具教娛功能，又具實(shí)用功能的機(jī)器人，它使用的G語(yǔ)言是一種圖形化的編程軟件，教師通過(guò)合理的教學(xué)和實(shí)踐普及這種語(yǔ)言程序，是一個(gè)非常好的培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和解決問題能力的教學(xué)工具。

[關(guān)鍵詞]機(jī)器人教育 樂高EV3 G語(yǔ)言 教學(xué)工具

樂高機(jī)器人是由可編程控制器（封裝了的ARM）、傳感器、電機(jī)、齒輪、輪軸等電子產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品組合成的智能機(jī)器人。目前樂高機(jī)器人經(jīng)歷了三代——RCX，NXT，EV3?，F(xiàn)在，樂高機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入了越來(lái)越多的學(xué)校。筆者認(rèn)為，作為信息技術(shù)教師，應(yīng)讓樂高機(jī)器人走進(jìn)信息技術(shù)課堂。

一、樂高EV3走進(jìn)信息技術(shù)課堂的優(yōu)勢(shì)

1.樂高EV3是一個(gè)很好的入門級(jí)的機(jī)器人產(chǎn)品，它采用圖形化的編程語(yǔ)言——G語(yǔ)言，中小學(xué)生都能從它的引導(dǎo)人手，開發(fā)出屬于自己的程序。

我們往常搭樂高，會(huì)先照著圖紙?bào)w驗(yàn)設(shè)計(jì)師們了不起的設(shè)計(jì)，從中得到啟發(fā)之后，再開始拼出屬于自己的作品。這次EV3的編程也同樣如此，當(dāng)你一步步由說(shuō)明指引實(shí)現(xiàn)一個(gè)個(gè)功能之后，你就會(huì)有了直觀的認(rèn)識(shí)，當(dāng)它們與EV3結(jié)合到一起的時(shí)候，一個(gè)屬于你自己的機(jī)器人就誕生了。這種不限定算法而讓學(xué)生一題多解的做法，使每個(gè)學(xué)生都可以用自己的方法去解決同一個(gè)問題。因此，不僅使學(xué)生的邏輯思維與發(fā)散思維得到了很好的訓(xùn)練，而且他們的創(chuàng)新潛能也得到了極致的發(fā)揮。

2.樂高EV3使用和科技系列完全相同的梁、軸、銷、齒輪、連接栓等零件，它的結(jié)構(gòu)是可活動(dòng)的，對(duì)于由成百上千個(gè)齒輪、傳動(dòng)軸、差速器組合而成的機(jī)械模型，即使每個(gè)零件只多出一個(gè)自由度，最終可以創(chuàng)造出的變化也是無(wú)窮無(wú)盡的。下圖是樂高2010年的科技旗艦8043——大型挖掘機(jī)，其前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向、原地轉(zhuǎn)圈、上機(jī)體旋轉(zhuǎn)、挖掘臂抬降、挖掘鏟斗的挖放動(dòng)作都可以通過(guò)遙控器完全的控制，這些都是齒輪的功勞?，F(xiàn)在樂高已經(jīng)開發(fā)出了1300多種不同形狀的積木，把它應(yīng)用到機(jī)器人的搭建中，可以做到事半功倍。

二、樂高EV3走進(jìn)信息技術(shù)課堂的前提

要把樂高機(jī)器人引進(jìn)信息技術(shù)課堂，前提是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)搭建樂高機(jī)器人。樂高機(jī)器人的搭建很復(fù)雜嗎？其實(shí)不然。學(xué)生只要掌握了樂高機(jī)器人的基本原理和搭建技巧，就可以自主地搭建屬于自己的機(jī)器人。下面講述三個(gè)經(jīng)常用的樂高配件的基本原理、技巧。

1.用樂高齒輪的時(shí)候，經(jīng)常不知道哪些齒輪配合在一起合適。其實(shí)如果知道了原理，實(shí)際上很簡(jiǎn)單。即“齒數(shù)加起來(lái)是16的倍數(shù)，能很好配合”。

2.在這個(gè)裝置中，第一級(jí)傳動(dòng)比為3：1，第二級(jí)傳動(dòng)比為3：1，這樣，總的傳動(dòng)比就為9：1。這樣最小的齒輪的轉(zhuǎn)速提高了9倍。再加一級(jí)，總的傳動(dòng)比就為27：1，但必須小心使用，提高過(guò)大的速度足以扭曲梁，扭斷軸或者打破齒輪的齒。在變速箱的設(shè)計(jì)中，不同的傳動(dòng)比輸出不同的速度，就可以設(shè)計(jì)出不同的擋位。

3.渦輪能產(chǎn)生單向傳動(dòng)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，你能用渦輪帶動(dòng)其他齒輪，但不能被其他齒輪帶動(dòng)，產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因是摩擦力引起的。這一特殊性并不代表它不好，在某些情況下，我們非常需要。例如，我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人用手臂提起物體。如果使用標(biāo)準(zhǔn)齒產(chǎn)生25：1的傳動(dòng)比，當(dāng)手臂提起物體并停止時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況呢？馬達(dá)會(huì)自行回轉(zhuǎn)使得手臂回落下來(lái)。在類似這種情況中，就可以使用渦輪來(lái)解決這一問題，渦輪的自鎖功能使馬達(dá)不能回轉(zhuǎn)。

三、樂高機(jī)器人在信息技術(shù)課堂教學(xué)中的運(yùn)用措施

1.引導(dǎo)學(xué)生熟悉樂高EV3的開發(fā)平臺(tái)，熟悉菜單和各個(gè)功能模塊。采用一些簡(jiǎn)單的編程步驟讓學(xué)生摸索G語(yǔ)言界面分布的規(guī)律，比如在電機(jī)模塊中，可以編程控制樂高機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、旋轉(zhuǎn)，也可以走一個(gè)多邊形。

2.引導(dǎo)學(xué)生摸索設(shè)置傳感器的方法，樂高提供的EV3幫助文件，是我們學(xué)習(xí)編程的最好的老師。我們按照它的說(shuō)明，可以很快地掌握各類傳感器的使用方法；在教學(xué)中，我們讓樂高機(jī)器人尋跡，搬運(yùn)物體，同時(shí)按顏色分類，這樣可以使學(xué)生對(duì)顏色傳感器的使用更加深入。

3.多使學(xué)生分享彼此的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。俗話說(shuō)：“三個(gè)臭皮匠，賽過(guò)諸葛亮?！睂W(xué)生們?cè)谝黄鸾涣?，分享他們?dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)思路，遇到的難點(diǎn)，解決的方法。當(dāng)然，有的學(xué)生可以拿出自己無(wú)法解決的問題，與大家共同交流、分析，從而找到解決問題的方法。通過(guò)這種方式，學(xué)生的編程能力會(huì)大大地得到提升。

（特約編輯 安平）