基于樂高教育平臺(tái)的高中技術(shù)類課程教學(xué)

1、基于樂高教育平臺(tái)的高中技術(shù)類課程教學(xué)The Technological Course Teaching for High SchoolBased on the Lego Educational Platform談文超，吳俊，章森上海師范大學(xué)摘 要：在人類文明史上，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷地改變著人類的生活、思考方式。如何在高中教育中對(duì)青少年進(jìn)行合理、有效的技術(shù)類課程教育將會(huì)引起教育界的關(guān)注。技術(shù)類課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生以科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的實(shí)踐能力。由于學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的學(xué)習(xí)往往是限于書本范圍，而通過(guò)技術(shù)類課程的開展，則可使學(xué)生直觀地了解書本知識(shí)的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。本文針對(duì)基于樂高教育平臺(tái)的

2、技術(shù)類課程的開展，從課程教學(xué)所涉及到的技術(shù)設(shè)計(jì)、電子控件技術(shù)和簡(jiǎn)易機(jī)器人制作三個(gè)方面進(jìn)行概述。其中，就技術(shù)設(shè)計(jì)方面著重進(jìn)行課程設(shè)置的分析，可分為四個(gè)步驟：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)，并提出了一些教學(xué)建議，以便教師在實(shí)際開展過(guò)程中運(yùn)用。另外，文中還探討了技術(shù)類課程與其他高中課程的互相結(jié)合，為其他課程的開展提供更好的實(shí)踐平臺(tái)。關(guān)鍵詞：技術(shù)素養(yǎng) 高中技術(shù)類課程 實(shí)踐能力 樂高教育Abstracts: The development of science and technology transforms the way of peoples' living and thinkin

3、g in the history of human beings civilization. It will catch the attention of the educational field that working out the way to give the adolescents the reasonable and effective technologic course teaching for high school education. The course teachings main task is to cultivate the practice ability

4、 based on the science and technology. Generally, the study of students classroom knowledge is often limited to the books. The development of the technologic course teaching could let the students learn the practice application of the knowledge from the books and cultivate their technological capabil

5、ity. The passage is focus on the development of the technological course based on the Lego educational platform. It is summarized from the three different parts involved in the course teaching, including technological design, electronic control technology and the make of the simple robot. The settin

6、g of the course is analyzed from the aspect of the technological design. It can be divided into four processes as follows: structure, process, system and control design. And some teaching advises are proposed in order to be adopted by the teachers when they are conducting the programmer. Moreover, t

7、he discussion of the mutual integration between the course of technology and the other high school ones offers a better platform for the development of the other coursesKey words: Technologic course, Practice ability, Technological capability, the Lego educational platform9專心 愛心 用心一、提高我國(guó)青少年技術(shù)素養(yǎng)的重要性“

8、自然和自然的規(guī)律，隱藏在黑暗里。上帝說(shuō):生一個(gè)牛頓出來(lái)吧！于是，一切都變得光明了！”英國(guó)詩(shī)人蒲普道出了牛頓的出現(xiàn)對(duì)于我們整個(gè)自然科學(xué)世界具有的非凡意義。如同牛頓的科學(xué)理論給我們探索、研究世界萬(wàn)物帶來(lái)了光明，哈格里夫斯的珍妮紡紗機(jī)、瓦特的蒸氣機(jī)改良所掀起的第一次工業(yè)革命，給人類技術(shù)發(fā)展帶來(lái)了巨大改革，開創(chuàng)了以機(jī)器為主代替以手工為主的蒸汽時(shí)代。之后，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，各種新技術(shù)、新發(fā)明層出不窮，并被迅速應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，促成了第二次工業(yè)革命的爆發(fā)，使人類跨入了電氣時(shí)代。如今，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為我們農(nóng)業(yè)和工業(yè)發(fā)展進(jìn)步的重要組成部分，影響著各行各業(yè)?？茖W(xué)技術(shù)亦是社會(huì)發(fā)展的必要條件，并在經(jīng)濟(jì)全球化的社

9、會(huì)中發(fā)揮著決定性的作用，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)力?？茖W(xué)技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此只有擁有高新技術(shù)的國(guó)家，才可能在世界舞臺(tái)上立于不敗之地。故而培養(yǎng)公民的技術(shù)素養(yǎng)就具有十分重要的意義。在美國(guó)“2061”計(jì)劃和“科學(xué)文化”的標(biāo)準(zhǔn)中制定了包括教育與科學(xué)、設(shè)計(jì)與系統(tǒng)、技術(shù)中的問題等方面在內(nèi)的技術(shù)教育內(nèi)容，梁?jiǎn)⒊壬性疲骸吧倌赀M(jìn)步則國(guó)進(jìn)步，少年勝于歐洲，則國(guó)勝于歐洲，少年雄于地球，則國(guó)雄于地球”。因此公民的技術(shù)素養(yǎng)應(yīng)重點(diǎn)從青少年抓起。二、普通高中通用技術(shù)課程簡(jiǎn)介在現(xiàn)行的教育體制中，無(wú)論是九年制義務(wù)教育，還是三年的高中教育或成才教育，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是并不欠缺的。尤其是經(jīng)過(guò)三年高中學(xué)習(xí)的學(xué)生

10、，他們的科學(xué)素養(yǎng)，人文素養(yǎng)培養(yǎng)內(nèi)容可以說(shuō)是十分豐富的，但只知道學(xué)術(shù)知識(shí)而缺乏動(dòng)手能力。只是單一的純理論的學(xué)習(xí)，并不是完整的學(xué)習(xí)，我們要注重學(xué)術(shù)性課程與技術(shù)課程的均衡性。好在近幾年教育部門大力開展高中技術(shù)類課程的教育，并為高中技術(shù)類課程擬定了一個(gè)課程標(biāo)準(zhǔn)普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（試驗(yàn)），為我們開展高中技術(shù)類課程開啟了一盞明燈。普通高中技術(shù)課程與九年義務(wù)教育中的信息技術(shù)教育和勞動(dòng)技術(shù)教育相銜接，面向全體學(xué)生，注重學(xué)生的發(fā)展，提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。以學(xué)生為主體，與生活實(shí)際相結(jié)合提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)造能力、探究能力，使學(xué)生在接受技術(shù)教育的同時(shí)，進(jìn)行人生觀、價(jià)值觀、世界觀的培養(yǎng)塑造，為學(xué)生將來(lái)人生定位

11、、服務(wù)社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。通用技術(shù)的學(xué)科教育涉及多門學(xué)科教育，分為必修和選修兩部分。必修課程為技術(shù)與設(shè)計(jì)1和2，是全體高中生必學(xué)且必須達(dá)到的最低技術(shù)素養(yǎng)水平，并為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的選修課提供了必備的基礎(chǔ)。我們通過(guò)圖2-1（a）和圖2-1（b）可以清楚地了解到這兩個(gè)必修模塊的主題組成。圖2-1（a）圖2-1（b）選修課程是在必修課程的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同地區(qū)、不同學(xué)校的條件，為滿足學(xué)生的不同興趣和不同發(fā)展需要而開設(shè)的課程。 普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（試驗(yàn)）共有7個(gè)模塊：電子控制技術(shù)、建筑及其設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)易機(jī)器人制作、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)、家政與生活技術(shù)、服裝及其設(shè)計(jì)、汽車駕駛與保養(yǎng)。這些課程拓展了學(xué)生的素質(zhì)教育基礎(chǔ)

12、，有助于進(jìn)一步提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前，樂高教育平臺(tái)最為系統(tǒng)和經(jīng)典的應(yīng)用主要有四方面，同時(shí)也是四門通用技術(shù)教育系列：分別是技術(shù)與設(shè)計(jì)1和2、電子控制技術(shù)以及簡(jiǎn)易機(jī)器人制作。三、基于樂高教育平臺(tái)的技術(shù)類課程教學(xué)（一）技術(shù)與設(shè)計(jì)在教學(xué)過(guò)程中，我們可以將技術(shù)與設(shè)計(jì)1的思想融入技術(shù)與設(shè)計(jì)2的課程中，使得兩門必修課程可以交叉滲透，免去了技術(shù)與設(shè)計(jì)1純理論教學(xué)的乏味，使得教學(xué)的成果更為顯著。我們可以將整個(gè)教學(xué)過(guò)程分為構(gòu)建前、構(gòu)建模型和構(gòu)建后三個(gè)主要部分。設(shè)計(jì)前可以分為發(fā)現(xiàn)與明確問題、制定設(shè)計(jì)方案兩個(gè)部分。構(gòu)建后又可分方案優(yōu)化、產(chǎn)品使用說(shuō)明或是產(chǎn)品的構(gòu)建思想以及產(chǎn)品評(píng)價(jià)。這樣即可將兩個(gè)課程

13、的內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。下面我就技術(shù)與設(shè)計(jì)2的課程設(shè)置結(jié)合案例來(lái)講述一下樂高平臺(tái)下必修課教學(xué)。按課程設(shè)置分為：1、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)從我們坐的凳子到我們吃飯、放物品的桌子，從我們居住的房子到我們出行乘坐的交通工具，可以說(shuō)我們的生活處處包含著結(jié)構(gòu)。在這個(gè)部分的教學(xué)中，我們可以聯(lián)系學(xué)生熟悉的事物，從最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)開始構(gòu)建。讓他們了解技術(shù)、運(yùn)用技術(shù)、認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的魅力以及構(gòu)建結(jié)構(gòu)的樂趣。圖3-1-1（a）是最為簡(jiǎn)單的桌子結(jié)構(gòu)。圖3-1-1（b）是斜拉橋結(jié)構(gòu)。圖3-1-1（c）是桁架塔機(jī)構(gòu)。圖3-1-1（d）為房梁框架結(jié)構(gòu)。圖3-1-1（a） 圖3-1-1（b） 圖3-1-1（c） 圖3-1-1（d）在這四組圖

14、形中，每組圖形的上圖是我們生活中常見的結(jié)構(gòu)，而下圖就是利用樂高零件構(gòu)建的結(jié)構(gòu)。在我們利用這些零件構(gòu)建結(jié)構(gòu)的時(shí)候，通常會(huì)用穩(wěn)固、牢固這兩個(gè)詞。我們可以通過(guò)上圖的這個(gè)模型結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，這四個(gè)機(jī)構(gòu)有兩個(gè)共同的特點(diǎn)，運(yùn)用了層疊連接的方式和三角形結(jié)構(gòu)，這些都可以使結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)固和牢固的作用。圖3-1-2（a）為三角形結(jié)構(gòu)，用樂高的梁形成一個(gè)三角形,其形狀是不會(huì)改變的。圖3-1-2（b）為層疊連接結(jié)構(gòu)，使用更多的板來(lái)連接,可以對(duì)材料強(qiáng)度起到加固作用。通過(guò)這些結(jié)構(gòu)構(gòu)建的學(xué)習(xí)，學(xué)生就可了解結(jié)構(gòu)是如何承受應(yīng)力，通過(guò)反復(fù)的構(gòu)建測(cè)試他們更會(huì)發(fā)現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的因素具體的幾個(gè)方面，等等。 圖3-1-2（a）圖3-1

15、-2（b）2、流程與設(shè)計(jì)在這個(gè)模塊的學(xué)習(xí)中，我們首先要讓學(xué)生了解流程的含義及其對(duì)生產(chǎn)、生活的意義。通過(guò)分析某些流程設(shè)計(jì)的案例，畫出流程框圖，說(shuō)明它們的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。例如：煮一道菜的流程、家用電器工作流程、小區(qū)巴士運(yùn)作的流程、ATM機(jī)取款的流程等等。案例1 認(rèn)識(shí)流程小區(qū)巴士運(yùn)作教學(xué)目標(biāo): 通過(guò)一個(gè)機(jī)器人巴士的行駛，理解流程的概念。 通過(guò)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)，初步理解流程的設(shè)計(jì)。 通過(guò)圖形化編程的方法，初步學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。 任務(wù)描述：一輛巴士，要經(jīng)過(guò)四個(gè)站臺(tái)，完成一個(gè)完整的線路行駛，四個(gè)站臺(tái)呈正方形格局。如圖3-2-1所示。結(jié)合巴士運(yùn)動(dòng)方式，想一想，這輛巴士的工作流程是怎么樣的？（圖3-

16、2-2為巴士工作的流程設(shè)計(jì)）如果這輛巴士是無(wú)人駕駛的智能汽車，你是否可以按照巴士的工作流程簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)呢？設(shè)計(jì)參考：這里需要學(xué)生制作樂高機(jī)器人，并利用ROBOLAB進(jìn)行程序編寫，從而學(xué)習(xí)流程的初步設(shè)計(jì)。由于本節(jié)機(jī)器人的搭建不是我們的主要目的，所以盡可能簡(jiǎn)化地要求學(xué)生設(shè)計(jì)并搭建出機(jī)器人。運(yùn)用兩個(gè)馬達(dá)，連接在NXT主體上，插上輪子便可以讓“機(jī)器人巴士”移動(dòng)（如圖3-2-4所示）。同時(shí)我們也構(gòu)建出RCX機(jī)器人巴士（如圖3-2-5所示），也可以達(dá)到相同的效果。這樣一來(lái)打開ROBOLAB2.9就完全可以給這兩個(gè)機(jī)器人編輯程序。程序編寫：打開ROBOLAB選擇導(dǎo)航者級(jí)別4圖3-2-6導(dǎo)航者級(jí)別4

17、就是一個(gè)非常好的流程化設(shè)計(jì)的環(huán)境，在這里可以隨性地添加步驟。圖3-2-7八步的流程，在我們的ROBOLAB的軟件中就顯示為8個(gè)過(guò)程：第一步，也就是流程的第一步，機(jī)器人巴士前進(jìn)，時(shí)間可以根據(jù)場(chǎng)地條件來(lái)設(shè)定。圖3-2-8圖3-2-9第二步，當(dāng)機(jī)人巴士轉(zhuǎn)彎90度，轉(zhuǎn)彎時(shí)，一個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)馬達(dá)停止，轉(zhuǎn)彎所需要的時(shí)間視場(chǎng)地和機(jī)器人而定。 圖3-2-10教學(xué)建議:1、讓學(xué)生分析機(jī)器人巴士的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生自己分析出其工作流程。建立流程的概念。2、通過(guò)機(jī)器人的測(cè)試，學(xué)生自己去尋找到兩個(gè)時(shí)間，逐步調(diào)整強(qiáng)化對(duì)流程中每一個(gè)步驟的了解。3、當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，這個(gè)四邊形的流程中，后幾步是在不斷地重復(fù)前兩步，這時(shí)候，可以

18、向?qū)W生介紹循環(huán)的概念，這也是一種流程的優(yōu)化。圖3-2-114、如果學(xué)生有更多時(shí)間，已經(jīng)對(duì)這個(gè)簡(jiǎn)單的流程有所認(rèn)識(shí)了，可以給他們類似的、更加復(fù)雜的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)：例如：多邊形、五角星。圖3-2-12在本小節(jié)中還有一個(gè)重要的內(nèi)容就是能解釋流程的改進(jìn)與設(shè)備、材料等之間的關(guān)系，能概括某種簡(jiǎn)單生產(chǎn)流程優(yōu)化過(guò)程中所應(yīng)考慮的主要問題。因此我們需要一個(gè)輔助軟件樂高CAD（如圖3-2-13）。這個(gè)軟件可以將設(shè)計(jì)思想快速地展現(xiàn)出來(lái)，主要有以下功能：仿真搭建、零件統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)繪圖、生成效果圖。這些功能具有一定的延續(xù)性，往往需要一步步完成才會(huì)有下一個(gè)功能。同時(shí)它還擁有四個(gè)方面的主要應(yīng)用：進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)、解決缺少器材的問題、保

19、留有價(jià)值的作品、為編寫教材提供工具?？梢哉f(shuō)樂高CAD的運(yùn)用是十分廣泛的。在本課程中，學(xué)生主要的運(yùn)用是前三項(xiàng)。圖3-2-13 MLCad主窗口視圖圖3-2-14 MLCad編輯車模視圖3、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)在這個(gè)模塊的學(xué)習(xí)中，不一定要將所有系統(tǒng)都一一羅列，中學(xué)物理主要以機(jī)械運(yùn)動(dòng)為主，我們可以結(jié)合學(xué)生熟悉的機(jī)械系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行主要的分析與評(píng)價(jià)。再結(jié)合當(dāng)今社會(huì)十分重視的一個(gè)環(huán)節(jié)能源系統(tǒng)，可讓學(xué)生了解技術(shù)是不斷發(fā)展以及鮮明的時(shí)代性，增強(qiáng)對(duì)當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)及其文化的理解，實(shí)現(xiàn)由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍。首先，要讓學(xué)生懂得系統(tǒng)的概念，我們可以舉個(gè)最為簡(jiǎn)單的例子，手電筒可以稱為一個(gè)簡(jiǎn)單的工作系統(tǒng)。手電筒最為簡(jiǎn)單的模

20、型便是一個(gè)小電珠、一根長(zhǎng)導(dǎo)線以及一個(gè)開關(guān)，我們利用樂高部件將這個(gè)系統(tǒng)更簡(jiǎn)單地表達(dá)出來(lái)，如圖3-3-2(b)所示，樂高小電珠、觸感就可以做到。我們用NXT充當(dāng)電池功能，連接導(dǎo)線、小電珠以及觸感，簡(jiǎn)單地編輯下程序，一個(gè)簡(jiǎn)易的手電筒就這樣制作完成了，如圖3-3-2（c）所示。待學(xué)生明白簡(jiǎn)單系統(tǒng)后，我們便可以讓他們深入地了解更多的系統(tǒng)。在整個(gè)太陽(yáng)系中，日、地、月就是我們的一個(gè)十分熟知的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，那么我們是否可以也用樂高部件將這個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)呢？當(dāng)然可以！首先，我們需要簡(jiǎn)單地了解公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)，明白哪顆行星在自轉(zhuǎn)的同時(shí)還圍繞著哪顆星公轉(zhuǎn)，當(dāng)然，我們還需知道行星公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的方向，接下來(lái)就是考驗(yàn)動(dòng)手能力以及創(chuàng)造能

21、力的時(shí)候了。圖3-3-3為日地月三個(gè)星球公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)的模型。平時(shí)生活中，我們常見的動(dòng)力系統(tǒng)是什么？我想大部分的人都會(huì)回答汽車。的確，汽車已成為我們生活中不可缺少的交通工具。在流程與設(shè)計(jì)的模塊中我們已經(jīng)搭建了一個(gè)最為簡(jiǎn)單的NXT巴士機(jī)器人（圖3-2-4），可以說(shuō)這輛巴士機(jī)器人是個(gè)比較簡(jiǎn)單的動(dòng)力系統(tǒng)。能源危機(jī)是當(dāng)今世界遇到的主要問題，節(jié)能已成為一個(gè)十分時(shí)尚的話題。我們還可以利用樂高組件中的太陽(yáng)能電池板、電容、光感來(lái)制作一個(gè)簡(jiǎn)易的路燈。4、控制與設(shè)計(jì)在這個(gè)模塊的教學(xué)中主要讓學(xué)生知道控制的分類：手動(dòng)控制、自動(dòng)控制，熟悉簡(jiǎn)單的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡(jiǎn)單的工作過(guò)程。在上個(gè)模塊中，我們所討論的簡(jiǎn)

22、易手電筒制作就是一個(gè)典型的手動(dòng)控制系統(tǒng)，而太陽(yáng)能節(jié)能路燈即是自動(dòng)控制系統(tǒng)。學(xué)生很容易即可了解這些概念。在這個(gè)模塊的學(xué)習(xí)中要讓學(xué)生深刻了解到自動(dòng)化工作的優(yōu)越性，讓學(xué)生對(duì)技術(shù)有更新更深刻的認(rèn)識(shí)。圖3-4-1為溫控電風(fēng)扇的模型，RCX內(nèi)置的程序可讓電風(fēng)扇根據(jù)溫度的變化改變電風(fēng)扇的馬力，當(dāng)溫度高于30度時(shí)，風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度低于30度高于27度時(shí)中速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度低于27度時(shí)慢速旋轉(zhuǎn)。程序如圖3-4-3所示。圖3-4-2為又超聲傳感器控制的自動(dòng)交通門。（二）電子控件技術(shù)電子控件技術(shù)主要分為一下幾個(gè)主題：傳感器、數(shù)字電路、電磁繼電器、電子控件系統(tǒng)及其應(yīng)用。樂高部件中標(biāo)準(zhǔn)傳感器有角度位移傳感器、光電傳感器

23、、溫度傳感器、觸動(dòng)傳感器、聲音傳感器、CLI觸動(dòng)傳感器、超聲波傳感器等等。它們也是機(jī)器人制作時(shí)不可缺少的組成部分。在給學(xué)生介紹傳感器的時(shí)侯可以用這些傳感器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易機(jī)器人，作為一種授課方式既形象又生動(dòng)，使得學(xué)生對(duì)傳感器的了解直接跨越到理性認(rèn)識(shí)。我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的樂高部件的搭建，配合ROBOLAB圖形化編程即可制作出一個(gè)邏輯門電路，讀者不妨自行構(gòu)建一下。通過(guò)這些部件以及傳感器制作出的機(jī)器人，就是一個(gè)簡(jiǎn)單的電子控件系統(tǒng)了，在整個(gè)系統(tǒng)中，有傳感器，有觸發(fā)，更有輸出。因此，將樂高組件運(yùn)用于電子技術(shù)選修課程并結(jié)合電子技術(shù)本身的特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)將會(huì)給整個(gè)課程增添無(wú)窮的樂趣與驚喜。（三）簡(jiǎn)易機(jī)器人制作在前兩個(gè)模塊

24、的課程介紹中，都有提到機(jī)器人制作。樂高教育平臺(tái)最終的目的就是讓學(xué)生制作出一個(gè)擁有個(gè)人特色的機(jī)器人出來(lái)，從中培養(yǎng)學(xué)生各個(gè)方面的能力。在這個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)上制作機(jī)器人非常容易，學(xué)生只要簡(jiǎn)單了解單片機(jī)的知識(shí)，利用樂高部件構(gòu)建出他們想要的模型，通過(guò)簡(jiǎn)單易學(xué)的圖形化計(jì)算機(jī)編程軟件ROBOLAB在計(jì)算機(jī)上編寫程序，最后通過(guò)與計(jì)算機(jī)相連的紅外發(fā)射器或數(shù)據(jù)線將程序下載到機(jī)器人的大腦RCX或NXT中，這樣學(xué)生們就可以設(shè)計(jì)出專屬于自己的機(jī)器人。在技術(shù)與設(shè)計(jì)模塊的介紹中，我們已經(jīng)介紹了不少機(jī)器人制作的例子。在這個(gè)領(lǐng)域里沒有盡頭，還有許許多多的模型結(jié)構(gòu)等待著我們?nèi)?chuàng)造，許許多多的新穎好玩的方案等待著我們?nèi)ピO(shè)計(jì)與開發(fā)。希望

25、學(xué)生在機(jī)器人制作的過(guò)程中成長(zhǎng)，希望每個(gè)喜歡機(jī)器人制作的學(xué)生們通過(guò)進(jìn)一步學(xué)習(xí)后可以為社會(huì)服務(wù)，奉獻(xiàn)出自己的一份力量，更希望它可以成為每個(gè)喜歡這門課程的朋友們的終生玩伴。四、利用樂高教育平臺(tái)的優(yōu)越性首先其產(chǎn)品本身就具有很突出的特點(diǎn)，雖然樂高部件是以塑料為材料，但是它卻具有穩(wěn)定、耐磨、高韌性等特點(diǎn)，可長(zhǎng)久地保持色彩鮮艷。其凸點(diǎn)就有很好的配合度，每個(gè)零件的公差精度小于5m，保證了構(gòu)件之間的聯(lián)接牢固可靠。產(chǎn)品的種類齊全，可以通過(guò)不同年齡段，不同需要的玩家們使用。普通高中通用技術(shù)課程中的簡(jiǎn)易機(jī)器人制作主要以單片機(jī)為主，但單片機(jī)對(duì)于普通的高中生而言是個(gè)從未接觸過(guò)的領(lǐng)域。學(xué)生還需學(xué)習(xí)有關(guān)單片機(jī)方面的知識(shí)，加重

26、了他們的課業(yè)負(fù)擔(dān)，但利用樂高教育部件來(lái)教授簡(jiǎn)易機(jī)器人課程就與之截然不同。在整個(gè)活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生們只需擁有初中物理學(xué)科電學(xué)部分知識(shí)就可以完成樂高平臺(tái)下的機(jī)器人制作中的電路，它無(wú)需動(dòng)用電烙鐵、鉗子等工具，比起制作復(fù)雜的集成電路而言相對(duì)容易了許多，同時(shí)也安全了許多。ROBOLAB圖形化軟件易學(xué)易懂，學(xué)生只需要掌握簡(jiǎn)單的循環(huán)、分支、套嵌、變量等編程基礎(chǔ)，便可以輕松地進(jìn)行編程，與枯燥無(wú)味的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比可謂大相徑庭，更增添了許多的樂趣。杜威主張“從做中學(xué)”的理論，他重視學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性。如今得到很多教育人的關(guān)注，而“做中學(xué)”也是樂高教育理念。學(xué)生在邊學(xué)習(xí)機(jī)器人制作的同時(shí)他們會(huì)慢慢接觸到很多還未學(xué)習(xí)到

27、的知識(shí)，在這種帶著疑問與好奇的情形下即可學(xué)習(xí)到很多課本以外知識(shí)。機(jī)器人教學(xué)以學(xué)生為主體，與以往“聽中學(xué)”的教學(xué)方式有很大不同。老師在一旁并不是告訴學(xué)生一步步應(yīng)該怎么做，而是讓學(xué)生以小組的形式共同討論來(lái)完成一個(gè)任務(wù)，當(dāng)學(xué)生有困難時(shí)進(jìn)行點(diǎn)撥，再讓學(xué)生們自己完成。整個(gè)教學(xué)沒有教材，更沒有任何的標(biāo)準(zhǔn)答案，每節(jié)課后總會(huì)有個(gè)比賽，看哪組學(xué)生的作品的方案好，通過(guò)比賽不僅調(diào)動(dòng)了每個(gè)同學(xué)的積極性與課堂氣氛，還可讓學(xué)生看看其他機(jī)器人的方案與結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)其他小組的優(yōu)點(diǎn)再做改進(jìn)。在這個(gè)過(guò)程中，不但培養(yǎng)學(xué)生的思考問題的能力、團(tuán)體協(xié)作能力與溝通能力，還增強(qiáng)了學(xué)生解決問題的能力、創(chuàng)新意識(shí)及競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。五、機(jī)器人教學(xué)與其它學(xué)科的

28、相互滲透（一）生物光感一直充當(dāng)著RCX或NXT眼睛，幫助他們尋線、探路、辨明方面。在教學(xué)生安裝光感的同時(shí)可以和他們簡(jiǎn)單介紹一下眼睛的基本結(jié)構(gòu)，從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)。圖5-1-1為光感的安裝方法。與此同時(shí)，在構(gòu)建機(jī)器人的時(shí)候，有時(shí)還需構(gòu)建手與腳的結(jié)構(gòu)，都需要結(jié)合生物特點(diǎn)。圖5-1-2為樂高積木構(gòu)建出了DNA分子結(jié)構(gòu)模型。圖5-1-1 圖5-1-2（二）數(shù)學(xué)學(xué)生利用ROBOLAB進(jìn)行編程的時(shí)候，可以培養(yǎng)其邏輯思維能力。崔運(yùn)生，浙江省余姚市實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師，他利用樂高及ROBOLAB編程軟件進(jìn)行邏輯數(shù)學(xué)相關(guān)知識(shí)的教學(xué)研究，很好地解決了許多學(xué)生邏輯數(shù)學(xué)方面的不足。而邏輯數(shù)學(xué)方面的知識(shí)加強(qiáng)了，就可以更好地幫

29、助學(xué)生對(duì)自己的機(jī)器人進(jìn)行編程，做出他們滿意的方案。樂高CAD軟件是一款計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。在樂高模型的設(shè)計(jì)與制作的過(guò)程中有時(shí)需使用到這些軟件，它可以很快將設(shè)計(jì)者的構(gòu)思顯現(xiàn)出來(lái)，其三維的顯示模式可以將樂高模型的方方面面一一體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者需要一定的空間思維能力，因此在學(xué)習(xí)這個(gè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)模型的同時(shí)，還可以提高學(xué)生的空間思維能力，這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)立體幾何將會(huì)有很大的幫助。如圖3-2-14所示的MLCad編輯車模視圖從不同的角度將樂高積木搭建的小車展現(xiàn)出來(lái)。（三）物理在整個(gè)技術(shù)類課程的學(xué)習(xí)或是教學(xué)過(guò)程中，物理學(xué)科知識(shí)可以說(shuō)是貫穿于整個(gè)環(huán)節(jié)。在構(gòu)建模型的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)械、電路等方面知識(shí)和

30、物理學(xué)科知識(shí)相互滲透，相輔相成。例如在技術(shù)與設(shè)計(jì)模塊中，我們所提到的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)就與力學(xué)知識(shí)有關(guān)聯(lián)。圖3-1-1（b）是斜拉橋的結(jié)構(gòu)模型，擁有高中一年級(jí)知識(shí)水平的高中生都知道斜拉橋蘊(yùn)含著力的合成與分解的相關(guān)知識(shí)。除了搭建時(shí)構(gòu)建的穩(wěn)固性是個(gè)難點(diǎn)之外，還有一個(gè)難點(diǎn)就是如何有效地將繩連接于橋墩與橋面之間，繩子的傾斜度為多大，需要幾根繩子等等。待學(xué)生通過(guò)不斷地設(shè)計(jì)不斷地構(gòu)建之后，相信其對(duì)力的合成與分解的知識(shí)又有了更多認(rèn)識(shí)，再次由感性認(rèn)識(shí)飛躍到理性認(rèn)識(shí)。除結(jié)構(gòu)外，動(dòng)力機(jī)械也是物理學(xué)科知識(shí)發(fā)揮的一片沃土。結(jié)合高中物理的課程結(jié)構(gòu)，將動(dòng)力機(jī)械分為：杠桿、滑輪（組）、齒輪、斜面、機(jī)械傳動(dòng)等五個(gè)部分。圖5-3-1為簡(jiǎn)單的杠桿模型，分別由鉗子、