樂高機(jī)器人進(jìn)入信息課堂的研究

（河北省霸州市勝芳鎮(zhèn)紅光小學(xué)，河北 霸州 065701）

信息技術(shù)課程內(nèi)容體系中，樂高機(jī)器人一直是占據(jù)重要的組成部分。樂高機(jī)器人課程內(nèi)容體系沿用“機(jī)械+傳感”模式，對于教學(xué)硬件或者軟件設(shè)施要求不高，作品的制作形象、具體，先修知識基礎(chǔ)要求低，容易激發(fā) 生的學(xué)習(xí)興趣。即使是在AI（人工智能）背景下，電路、機(jī)械等方面的基礎(chǔ)知識也是必須的，以樂高機(jī)器人為核心的課程學(xué)習(xí)也是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，針對樂高機(jī)器人項(xiàng)目的信息技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容改革，對于學(xué)生接觸和理解智能方面的知識具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

一、課程教學(xué)的一些概況

樂高機(jī)器人構(gòu)成的要素包括兩方面：機(jī)械部件和電氣電子部件。在此基礎(chǔ)上，針對不同年齡階段的 生，課程的體系分為初級和中高級兩個部分，兩者的聯(lián)系在于前者是后者的基礎(chǔ)，項(xiàng)目偏向于綜合運(yùn)用，引入了電路基礎(chǔ)知識和部分傳感器。前者主要核心線索是減速機(jī)構(gòu)、移動機(jī)構(gòu)、曲柄結(jié)構(gòu)、凸輪結(jié)構(gòu)、鏈傳動機(jī)構(gòu)、同步帶結(jié)構(gòu)。教學(xué)的主要目標(biāo)是了解和熟悉一些常見的機(jī)械結(jié)構(gòu)，接觸電路基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)合作精神和良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

對于初級課程教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)設(shè)置如下：

（一）基本結(jié)構(gòu)類型：軸、齒輪、滑輪等;了解桿杠原理和基本的概念：支點(diǎn)、力臂（蹺蹺板）。

（二）認(rèn)識和使用滑輪、軸、輪轂等零件的使用。萬向輪的認(rèn)識。

（三）實(shí)際生活中棘輪、棘爪機(jī)械裝置的認(rèn)識。普通齒輪gear零件的認(rèn)識。了解齒輪的“嚙合”運(yùn)動。棘輪機(jī)構(gòu)的認(rèn)識。

（四）曲柄結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和組裝，理解和學(xué)習(xí)繞軸旋轉(zhuǎn)。

（五）皮帶傳動基本裝置。惰輪的認(rèn)識。

（六）理解簡易重物拉升機(jī)械裝置的基本原理。

（七）齒輪組間的傳動速度的了解。主動輪和被動輪的認(rèn)識。簡易的齒輪加速裝置。冠狀齒輪和普通齒輪的簡易組合裝置。

（八）基本測量工具的使用。對于中高級課程教學(xué)內(nèi)容，在初級的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化的各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的綜合運(yùn)用程度，對學(xué)生的思維動手能力提出了更高的要求：（1）冠狀齒輪和普通齒輪的簡易組合傳動裝置。（2）認(rèn)識渦輪、渦輪箱等基本裝置。理解地鐵扎道口基本機(jī)械裝置原理。認(rèn)識渦輪的自鎖性。（3）掌握負(fù)載、上浮、下沉的概念。（4）連桿的基本結(jié)構(gòu)。理解火車輪機(jī)械結(jié)構(gòu)原理。（5）輪式起重機(jī)（蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)worm gear）。

二、基于任務(wù)驅(qū)動、體驗(yàn)教學(xué)等教學(xué)方法的課程教學(xué)改革的一些思考

（一）多種教學(xué)方式的開展

青少年具有愛玩，好奇心、好勝心強(qiáng)的天性，要因材施教[2]。通過任務(wù)驅(qū)動法和體驗(yàn)教學(xué)法，注重給學(xué)生帶來感受、體驗(yàn)和創(chuàng)造[3]。在體驗(yàn)教學(xué)方法過程中，通過多媒體視頻的播放、模型的演示、討論，引出主題，讓學(xué)生對機(jī)械基本機(jī)構(gòu)有形象的接觸和了解。通過項(xiàng)目的完成，對優(yōu)秀作品進(jìn)行點(diǎn)評，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。以蒸汽過車（連桿結(jié)構(gòu)）項(xiàng)目為例：

（1）通過視頻播放，介紹蒸汽火車以及動力部分。（2）提問階段：火車的動力來源？（3）齒輪連桿機(jī)構(gòu)的介紹。（4）項(xiàng)目關(guān)鍵步驟以及結(jié)構(gòu)演示。（5）小組合作完成。（6）優(yōu)秀作品點(diǎn)評。

（二）教學(xué)的線索要基于科學(xué)史，抓住典型的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及意義

課程的教學(xué)需要突出重難點(diǎn)。作為動手實(shí)踐課程，更要激發(fā)學(xué)生的思考欲和創(chuàng)造力。課程的教學(xué)內(nèi)容要從減速機(jī)構(gòu)、移動結(jié)構(gòu)、曲柄結(jié)構(gòu)、凸輪結(jié)構(gòu)、傳動結(jié)構(gòu)等方面依次展開。這些典型的部件和內(nèi)容展示了人類文明的探索與進(jìn)步。在教學(xué)過程中要適當(dāng)貫穿科學(xué)史。自1760年代興起西方工業(yè)革命（第一次工業(yè)革命）[4]，極大的推動了世界文明的進(jìn)步。在此過程中，收集整理相關(guān)的機(jī)械內(nèi)容，可以在課程學(xué)習(xí)過程中給學(xué)生帶來極大的觸動和求知欲。

（三）課程教學(xué)設(shè)計(jì)及安排上需要注意的細(xì)節(jié)問題

（1）課程的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)化。大部分的學(xué)生學(xué)習(xí)仍然以模仿為主，創(chuàng)新需要積累，強(qiáng)調(diào)“微創(chuàng)新”。（2）課程講解知識點(diǎn)或者原理1-2個，少而精，要具體形象，聯(lián)系實(shí)際，視頻、圖片等素材來源于生活。（3）課程講解前，注意引導(dǎo)零件的分類認(rèn)識和拆卸的分類。（4）引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。課前提問，課后布置小作業(yè)或者生活觀察任務(wù)。（5）課堂中的提問要精心設(shè)計(jì)，學(xué)生回答限定在3句話以內(nèi)，促進(jìn)學(xué)生積極有效的思維。教學(xué)語言要生動活潑，語言用詞要符合學(xué)生的認(rèn)知階段特點(diǎn)。（6）強(qiáng)調(diào)集體環(huán)境下的學(xué)習(xí)。這種學(xué)習(xí)的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過獨(dú)自的自我學(xué)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生聽老師講、向同學(xué)請教，培養(yǎng)學(xué)生的課堂溝通學(xué)習(xí)能力。

三、課程改革展望

近年來，隨著Android等平臺智能設(shè)備的普及以及人工智能基礎(chǔ)的發(fā)展，計(jì)算思維也被提出來。各種可編程的組件及平臺和樂高機(jī)器人結(jié)合起來，逐步培養(yǎng)編程能力和初步的算法思維。很多課程體系都開始基于移動平臺及相關(guān)的虛擬技術(shù)體系。這對原有的樂高機(jī)器人的信息技術(shù)課程是一種挑戰(zhàn)，既是對原有知識體系的補(bǔ)充，也是對課程教學(xué)現(xiàn)狀提升的迫切要求。作為信息技術(shù)課程體系內(nèi)典型的動手實(shí)踐課程，實(shí)物的接觸對于低齡學(xué)生來說仍具有具體形象的意義，可以培養(yǎng)學(xué)生想象力、空間結(jié)構(gòu)能力，符合現(xiàn)階段認(rèn)知水平，課程的基礎(chǔ)也是后續(xù)相關(guān)教學(xué)的基礎(chǔ)。