樂高機器人進入信息課堂的研究

（河北省霸州市勝芳鎮紅光小學，河北 霸州 065701）

信息技術課程內容體系中，樂高機器人一直是占據重要的組成部分。樂高機器人課程內容體系沿用“機械+傳感”模式，對于教學硬件或者軟件設施要求不高，作品的制作形象、具體，先修知識基礎要求低，容易激發 生的學習興趣。即使是在AI（人工智能）背景下，電路、機械等方面的基礎知識也是必須的，以樂高機器人為核心的課程學習也是學生后續學習的基礎，針對樂高機器人項目的信息技術課程的教學內容改革，對于學生接觸和理解智能方面的知識具有一定的現實意義。

一、課程教學的一些概況

樂高機器人構成的要素包括兩方面：機械部件和電氣電子部件。在此基礎上，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，兩者的聯系在于前者是后者的基礎，項目偏向于綜合運用，引入了電路基礎知識和部分傳感器。前者主要核心線索是減速機構、移動機構、曲柄結構、凸輪結構、鏈傳動機構、同步帶結構。教學的主要目標是了解和熟悉一些常見的機械結構，接觸電路基礎知識，培養合作精神和良好的學習品質。

對于初級課程教學主要內容及教學目標設置如下：

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

（二）認識和使用滑輪、軸、輪轂等零件的使用。萬向輪的認識。

（三）實際生活中棘輪、棘爪機械裝置的認識。普通齒輪gear零件的認識。了解齒輪的“嚙合”運動。棘輪機構的認識。

（四）曲柄結構的認識和組裝，理解和學習繞軸旋轉。

（五）皮帶傳動基本裝置。惰輪的認識。

（六）理解簡易重物拉升機械裝置的基本原理。

（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內容，在初級的基礎上，強化的各種機械結構的綜合運用程度，對學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）認識渦輪、渦輪箱等基本裝置。理解地鐵扎道口基本機械裝置原理。認識渦輪的自鎖性。（3）掌握負載、上浮、下沉的概念。（4）連桿的基本結構。理解火車輪機械結構原理。（5）輪式起重機（蝸桿蝸輪結構worm gear）。

二、基于任務驅動、體驗教學等教學方法的課程教學改革的一些思考

（一）多種教學方式的開展

青少年具有愛玩，好奇心、好勝心強的天性，要因材施教[2]。通過任務驅動法和體驗教學法，注重給學生帶來感受、體驗和創造[3]。在體驗教學方法過程中，通過多媒體視頻的播放、模型的演示、討論，引出主題，讓學生對機械基本機構有形象的接觸和了解。通過項目的完成，對優秀作品進行點評，激發學生的創造力。以蒸汽過車（連桿結構）項目為例：

（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）齒輪連桿機構的介紹。（4）項目關鍵步驟以及結構演示。（5）小組合作完成。（6）優秀作品點評。

（二）教學的線索要基于科學史，抓住典型的機械結構以及意義

課程的教學需要突出重難點。作為動手實踐課程，更要激發學生的思考欲和創造力。課程的教學內容要從減速機構、移動結構、曲柄結構、凸輪結構、傳動結構等方面依次展開。這些典型的部件和內容展示了人類文明的探索與進步。在教學過程中要適當貫穿科學史。自1760年代興起西方工業革命（第一次工業革命）[4]，極大的推動了世界文明的進步。在此過程中，收集整理相關的機械內容，可以在課程學習過程中給學生帶來極大的觸動和求知欲。

（三）課程教學設計及安排上需要注意的細節問題

（1）課程的學習強調系統化。大部分的學生學習仍然以模仿為主，創新需要積累，強調“微創新”。（2）課程講解知識點或者原理1-2個，少而精，要具體形象，聯系實際，視頻、圖片等素材來源于生活。（3）課程講解前，注意引導零件的分類認識和拆卸的分類。（4）引導學生養成良好的學習習慣。課前提問，課后布置小作業或者生活觀察任務。（5）課堂中的提問要精心設計，學生回答限定在3句話以內，促進學生積極有效的思維。教學語言要生動活潑，語言用詞要符合學生的認知階段特點。（6）強調集體環境下的學習。這種學習的重要性遠遠超過獨自的自我學習。引導學生聽老師講、向同學請教，培養學生的課堂溝通學習能力。

三、課程改革展望

近年來，隨著Android等平臺智能設備的普及以及人工智能基礎的發展，計算思維也被提出來。各種可編程的組件及平臺和樂高機器人結合起來，逐步培養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的虛擬技術體系。這對原有的樂高機器人的信息技術課程是一種挑戰，既是對原有知識體系的補充，也是對課程教學現狀提升的迫切要求。作為信息技術課程體系內典型的動手實踐課程，實物的接觸對于低齡學生來說仍具有具體形象的意義，可以培養學生想象力、空間結構能力，符合現階段認知水平，課程的基礎也是后續相關教學的基礎。