葉建勝

● 教材分析

“六足機器人”是我在“中文樂高”論壇中看到的一個簡單機器人，其機械結(jié)構(gòu)簡單巧妙，程序的編寫比較適合初學(xué)者，尤其是其走動的樣子憨態(tài)可掬，更接近于學(xué)生心目中的“機器人”走路的形態(tài)，能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，我選用了“六足機器人”作為本課的學(xué)習(xí)載體，將六足機器人的腿部運動作為主要教學(xué)內(nèi)容，由兩位學(xué)生合作完成六足機器人腿部的搭建，再合并到機器人的主體。編程部分只使用了一個“移動模塊”，簡單地完成一個控制機器人行走的小程序，讓學(xué)生在體驗中整體感知機器人制作的全過程。在搭建機器人的過程中，學(xué)生還將認(rèn)識機械結(jié)構(gòu)及其作用，并利用已有的知識經(jīng)驗分析問題、解決問題，提高實踐操作能力。

● 學(xué)生分析

本課學(xué)習(xí)對象為五年級學(xué)生，之前沒有接觸過機器人項目，學(xué)過Logo語言的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等幾個簡單命令，學(xué)過兩節(jié)Scratch編程，因此對計算機編程有初步的認(rèn)識。學(xué)生比較活潑，我猜想他們會對機器人項目抱有較大的學(xué)習(xí)熱情。所以，作為機器人教學(xué)的入門課，面對沒有接觸過機器人項目的學(xué)習(xí)者，我將教學(xué)目標(biāo)主要定位在參與體驗層面，通過實踐參與，初步了解機器人制作的一般過程，體驗機器人項目的快樂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機器人的興趣，同時，了解機器人與我們?nèi)粘Ｉ畹穆?lián)系。

● 教學(xué)目標(biāo)

知識與技能目標(biāo)：通過觀察實體機器人，初步認(rèn)識機器人的三個基本組成部分：控制模塊、執(zhí)行模塊和傳感模塊；通過制作六足機器人腿部移動結(jié)構(gòu)，初步認(rèn)識齒輪傳動結(jié)構(gòu)和曲柄連桿結(jié)構(gòu)的運動方式與作用；通過制作六足機器人，了解機器人項目活動的三個基本過程：搭建結(jié)構(gòu)、編寫程序和下載運行。

過程與方法目標(biāo)：兩人一組合作完成六足機器人的搭建、編程與運行，提高實踐操作能力、邏輯思維能力和合作學(xué)習(xí)能力。

情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：在制作六足機器人的過程中，增強對機器人項目學(xué)習(xí)的樂趣，體驗成功的喜悅，提高合作意識。

● 設(shè)計思路

機器人教育被視作發(fā)展學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力，鍛煉動手操作能力、拓展思維空間的最佳途徑之一。機器人項目可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入一個激動人心的前沿領(lǐng)域，在進(jìn)行機器人的設(shè)計和搭建、編程和調(diào)試過程中，能夠體驗到挑戰(zhàn)困難、超越自我的快樂，增強探究科技知識的自信心和成就感。在本課的教學(xué)設(shè)計中，我希望能通過師生討論、板書呈現(xiàn)以及分步制作等方式，讓學(xué)生初步了解和體驗機器人項目活動的三個基本過程：搭建結(jié)構(gòu)、編寫程序和下載運行。在搭建過程中，學(xué)生要了解機器人腿部運動的基本原理，才能更好地完成搭建工作，這里涉及齒輪的傳動結(jié)構(gòu)和曲柄連桿結(jié)構(gòu)，對于五年級學(xué)生來說這里是個難點。在教學(xué)中，我將齒輪傳動部分與曲柄連桿結(jié)構(gòu)分開制作，先觀察齒輪傳動運動的方式，再制作齒輪傳動部分。然后，在分析理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行曲柄連桿結(jié)構(gòu)的連接，結(jié)合視頻來認(rèn)識齒輪傳動結(jié)構(gòu)與曲柄連桿結(jié)構(gòu)的運動方式與作用。希望通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)體驗之后，學(xué)生不會僅僅將機器人當(dāng)成是一門課程來學(xué)習(xí)，而是真正地喜歡上了機器人項目，在不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程中體驗到機器人項目的樂趣，提高實踐操作能力，培養(yǎng)合作、創(chuàng)新精神。

● 教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)任務(wù)

師：說起機器人，同學(xué)們肯定都很感興趣。你知道哪些機器人？我們認(rèn)識的機器人，恐怕更多的還是來自電影電視，我們來看一個影片剪輯，仔細(xì)觀察其中的機器人有什么特點？（視頻導(dǎo)入《星球大戰(zhàn)——帝國反擊戰(zhàn)》，引出四足巨型機械裝甲機器人。）這臺巨型機械裝甲就是一個機器人，它能通過四足自如地行走。今天，我們就來嘗試制作一個類似的六足機器人。

設(shè)計意圖：借助視頻，激發(fā)學(xué)生興趣，對機器人產(chǎn)生好奇心，引出本課的學(xué)習(xí)任務(wù)：制作六足機器人。使用足部動作行走的機器人更接近學(xué)生心目中的機器人形象，外形上六足機器人也比較像影片中的機器人形象，完成了機器人從影片中的虛擬形象向現(xiàn)實生活中的實物的轉(zhuǎn)變。再通過實物展示，引發(fā)學(xué)生對制作機器人的興趣和愿望。

2.循序漸進(jìn)，學(xué)習(xí)新知

學(xué)生活動一：認(rèn)識機器人的基本組成

觀察教師提供的機器人，看看它由哪些組成部分。了解機器人的基本組成部分，初步認(rèn)識控制模塊、執(zhí)行模塊、傳感模塊的作用。

控制模塊——這是機器人的大腦，負(fù)責(zé)接收傳感器傳回的信息，執(zhí)行預(yù)先編制好的程序，向機器人的其他部件發(fā)出命令。

執(zhí)行模塊——它是機器人的手腳，機器人的各種動作由它完成。

傳感模塊——它是機器人的眼睛、鼻子、耳朵等，負(fù)責(zé)接收各種外界信息，并將信息傳遞給控制模塊。

其他部件——幫助機器人完成各種動作。

設(shè)計意圖：通過實物觀察，認(rèn)識機器人的基本組成結(jié)構(gòu)，了解機器人的基本組成結(jié)構(gòu)。

學(xué)生活動二：認(rèn)識齒輪傳動結(jié)構(gòu)

觀察六足機器人的齒輪組結(jié)構(gòu)，觀察齒輪組的運動方式，思考齒輪的作用。觀看鐘表齒輪結(jié)構(gòu)的視頻，體會齒輪組的運動方式與作用，了解齒輪在生活中的應(yīng)用。

小結(jié)：鐘表的結(jié)構(gòu)就是通過各種齒輪組的傳動運動，來達(dá)到精確計時的效果。

設(shè)計意圖：齒輪傳動結(jié)構(gòu)是生活中常見的機械結(jié)構(gòu)，在機器人項目中的應(yīng)用也非常廣泛，希望通過聯(lián)系生活中的齒輪組，讓學(xué)生體會齒輪運動的作用。

學(xué)生活動三：搭建結(jié)構(gòu)（機器人項目活動過程一）

師：觀察機器人，我們可以發(fā)現(xiàn)它是一個左右對稱的結(jié)構(gòu)，左右兩邊結(jié)構(gòu)相同，方向相反。因此，我們可以同桌兩位同學(xué)相互合作，“鏡像”制作，每人制作機器人的一邊，合并起來就可完成一個機器人的搭建。

學(xué)生按順序在教師的指導(dǎo)以及學(xué)習(xí)材料的幫助下，順序搭建機器人的軀干部分：腿部—膝蓋—齒輪—腳部連接。

設(shè)計意圖：機器人的對稱結(jié)構(gòu)很自然地引入了合作學(xué)習(xí)，由兩位學(xué)生為一小組，合作完成這項工作，同時又提高了課堂效率。體驗合作學(xué)習(xí)的樂趣。對照實物機器人，教師邊講解邊板書，使學(xué)生在實踐經(jīng)歷的過程中對機器人項目活動的步驟有一個初步的認(rèn)識，并通過交流反饋鞏固強化。endprint

學(xué)生活動四：認(rèn)識曲柄連桿結(jié)構(gòu)及其作用

觀察安裝好的機器人腿部結(jié)構(gòu)，認(rèn)識曲柄連桿結(jié)構(gòu)的運動方式。聯(lián)系生活實際，觀察舊式的火車車輪和發(fā)動機結(jié)構(gòu)的視頻，引導(dǎo)學(xué)生了解曲柄連桿結(jié)構(gòu)的作用。

設(shè)計意圖：學(xué)生對生活中的各種機械結(jié)構(gòu)的運動方式與作用往往只有感性認(rèn)識而很難與已有知識進(jìn)行直接聯(lián)系并實際應(yīng)用。因此，本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計邊觀察，邊思考教師提出的問題，結(jié)合數(shù)學(xué)課堂學(xué)過的知識（圓周運動與直線運動）并與實際生活相聯(lián)系與印證，建立起書本知識與生活實踐的橋梁。

學(xué)生活動五：完成機器人六足的分布與固定

聯(lián)系生活中人走路的形態(tài)，討論足部行走的過程需要兩部分交替前進(jìn)，再結(jié)合數(shù)學(xué)知識引導(dǎo)學(xué)生思考，分析討論后得出六足機器人的六足分布策略以及與齒輪的固定方式。

引導(dǎo)學(xué)生思考，師生分析探討后得出結(jié)論：六足機器人若要穩(wěn)定行走，須在同一時刻有3條腿同時著地。兩人合作，將搭建好的腿部用小齒輪固定在機器人主體上。

設(shè)計意圖：先利用問題引導(dǎo)學(xué)生觀察與回顧人的行走過程，理解六足機器人需要有兩部分足交替著地與行走的過程。再利用數(shù)學(xué)課上學(xué)過的平面圖形中，三角形是一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，以及不在一條直線上的三個點，可以組成一個平面這兩個知識，思考足的分布固定原理。通過回顧已有的數(shù)學(xué)知識與經(jīng)驗，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程。

學(xué)生活動六：編寫程序（機器人項目活動過程二）

師：搭建好機器人的結(jié)構(gòu)，還需要程序的配合才能讓機器人運動起來，所以，大家來看看老師的操作。

教師啟動編程軟件NXT，讓學(xué)生認(rèn)識界面。并拖動一個移動圖標(biāo)到程序鏈上，勾選A馬達(dá)，去掉B、C馬達(dá)，方向選向前，持續(xù)時間選擇用秒來控制，設(shè)置為7秒或幾秒，下一動作選擇停止。

學(xué)生通過教師示范與輔導(dǎo)材料的學(xué)習(xí)，認(rèn)識編程軟件，編寫一個簡單的機器人移動程序。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過觀察編程工具軟件的工作界面，利用已有的信息技術(shù)經(jīng)驗實現(xiàn)知識遷移，體驗初步接觸編程，了解模塊化編程的基本方法。在程序的編寫過程中，由于該軟件是學(xué)生第一次接觸，且操作方式與學(xué)生已學(xué)過的軟件略有不同，因此教師先進(jìn)行示范，學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上嘗試探索與創(chuàng)新。

學(xué)生活動七：下載運行（機器人項目活動過程三）

引導(dǎo)學(xué)生用USB連線下載剛剛編寫好的程序并運行，觀察六足機器人的運動情況，體驗成功的喜悅。

設(shè)計意圖：這部分活動相對簡單，引導(dǎo)學(xué)生觀察數(shù)據(jù)線并嘗試連接，培養(yǎng)觀察與實踐能力，學(xué)生很容易根據(jù)自己的以往經(jīng)驗進(jìn)行探究來完成。當(dāng)學(xué)生按下啟動按鈕，看到自己制作的機器人動起來時，喜悅的心情和成就感油然而生，興趣倍增，這也是本課的高潮所在。

3.拓展延伸，研究調(diào)試

師：能通過更改程序的方法讓機器人走得更遠(yuǎn)或更近、更快或更慢嗎？能用調(diào)整足的位置后重新安裝12齒齒輪的方法讓機器人跳舞嗎？

學(xué)生活動八：思考如何改變機器人的運動姿態(tài)或路線

在學(xué)生經(jīng)歷了制作機器人的基本過程，體驗了親手制作的機器人能夠成功地行走之后，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考，如何改變機器人的運動方式和運動軌跡。

師生分析討論后得出結(jié)論：可以通過調(diào)整程序或改變結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。學(xué)生動手嘗試調(diào)整結(jié)構(gòu)或程序，改變機器人的運動方式和運動軌跡。

設(shè)計意圖：開放學(xué)習(xí)內(nèi)容，拓展想象空間，讓學(xué)生了解搭建和編程的作用，自主嘗試調(diào)整程序或機器人的結(jié)構(gòu)，體驗調(diào)試過程，發(fā)揮想象力，進(jìn)行初步創(chuàng)新設(shè)計。

4.知識整理，總結(jié)提升

師：在這節(jié)課中，同學(xué)們兩兩一組合作完成了一個六足機器人的搭建、編程和運行，真是非常能干！機器人是一個創(chuàng)意性的項目，可以培養(yǎng)我們的觀察力，拓展我們的思維，激發(fā)我們的想像力和創(chuàng)造力。同學(xué)們可以利用生活中的知識和經(jīng)驗，像小工程師一樣去設(shè)計機器人，讓機器人為我們的生活服務(wù)。

● 教學(xué)反思

課雖然上完了，但細(xì)細(xì)品味和反思之后，也發(fā)現(xiàn)了存在一些問題，尤其是對于細(xì)節(jié)方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)。①對學(xué)生學(xué)習(xí)情緒的把握。我在課程設(shè)計中希望學(xué)生能持續(xù)以積極的學(xué)習(xí)情緒、高度集中的注意力來帶動整個課堂進(jìn)度。但是在實際課堂上，舞臺式的課堂使得教師與學(xué)生都沒能完全放開情緒，所以影響了對課堂學(xué)習(xí)進(jìn)度的掌握。②學(xué)生自主探究式學(xué)習(xí)空間不足。由于是一節(jié)始業(yè)課，大容量的學(xué)習(xí)內(nèi)容尤其是搭建與生活實踐知識的穿插使得無法安排更多的時間給學(xué)生自主探究式學(xué)習(xí)。這也是我上課后的一大遺憾，我感覺學(xué)生對機器人有了初步的了解和極大的興趣，但是對機器人組成的設(shè)計與程序的調(diào)試過程體驗還不足。所以，如何有效地選擇教學(xué)內(nèi)容，給學(xué)生更多的時間自主動手設(shè)計與體驗是我面臨的一大難題。endprint