葉建勝

● 教材分析

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

● 學(xué)生分析

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

● 教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：通過觀察實(shí)體機(jī)器人，初步認(rèn)識(shí)機(jī)器人的三個(gè)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(jī)器人腿部移動(dòng)結(jié)構(gòu)，初步認(rèn)識(shí)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和曲柄連桿結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式與作用；通過制作六足機(jī)器人，了解機(jī)器人項(xiàng)目活動(dòng)的三個(gè)基本過程：搭建結(jié)構(gòu)、編寫程序和下載運(yùn)行。

過程與方法目標(biāo)：兩人一組合作完成六足機(jī)器人的搭建、編程與運(yùn)行，提高實(shí)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(jià)值觀目標(biāo)：在制作六足機(jī)器人的過程中，增強(qiáng)對(duì)機(jī)器人項(xiàng)目學(xué)習(xí)的樂趣，體驗(yàn)成功的喜悅，提高合作意識(shí)。

● 設(shè)計(jì)思路

機(jī)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(dòng)手操作能力、拓展思維空間的最佳途徑之一。機(jī)器人項(xiàng)目可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入一個(gè)激動(dòng)人心的前沿領(lǐng)域，在進(jìn)行機(jī)器人的設(shè)計(jì)和搭建、編程和調(diào)試過程中，能夠體驗(yàn)到挑戰(zhàn)困難、超越自我的快樂，增強(qiáng)探究科技知識(shí)的自信心和成就感。在本課的教學(xué)設(shè)計(jì)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(yàn)機(jī)器人項(xiàng)目活動(dòng)的三個(gè)基本過程：搭建結(jié)構(gòu)、編寫程序和下載運(yùn)行。在搭建過程中，學(xué)生要了解機(jī)器人腿部運(yùn)動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)和曲柄連桿結(jié)構(gòu)，對(duì)于五年級(jí)學(xué)生來說這里是個(gè)難點(diǎn)。在教學(xué)中，我將齒輪傳動(dòng)部分與曲柄連桿結(jié)構(gòu)分開制作，先觀察齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方式，再制作齒輪傳動(dòng)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(shí)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與曲柄連桿結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式與作用。希望通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)體驗(yàn)之后，學(xué)生不會(huì)僅僅將機(jī)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(jī)器人項(xiàng)目，在不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程中體驗(yàn)到機(jī)器人項(xiàng)目的樂趣，提高實(shí)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(jī)器人，同學(xué)們肯定都很感興趣。你知道哪些機(jī)器人？我們認(rèn)識(shí)的機(jī)器人，恐怕更多的還是來自電影電視，我們來看一個(gè)影片剪輯，仔細(xì)觀察其中的機(jī)器人有什么特點(diǎn)？（視頻導(dǎo)入《星球大戰(zhàn)——帝國(guó)反擊戰(zhàn)》，引出四足巨型機(jī)械裝甲機(jī)器人。）這臺(tái)巨型機(jī)械裝甲就是一個(gè)機(jī)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(gè)類似的六足機(jī)器人。

設(shè)計(jì)意圖：借助視頻，激發(fā)學(xué)生興趣，對(duì)機(jī)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(jī)器人。使用足部動(dòng)作行走的機(jī)器人更接近學(xué)生心目中的機(jī)器人形象，外形上六足機(jī)器人也比較像影片中的機(jī)器人形象，完成了機(jī)器人從影片中的虛擬形象向現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)物的轉(zhuǎn)變。再通過實(shí)物展示，引發(fā)學(xué)生對(duì)制作機(jī)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(dòng)一：認(rèn)識(shí)機(jī)器人的基本組成

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

控制模塊——這是機(jī)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(jī)器人的其他部件發(fā)出命令。

執(zhí)行模塊——它是機(jī)器人的手腳，機(jī)器人的各種動(dòng)作由它完成。

傳感模塊——它是機(jī)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(jī)器人完成各種動(dòng)作。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)物觀察，認(rèn)識(shí)機(jī)器人的基本組成結(jié)構(gòu)，了解機(jī)器人的基本組成結(jié)構(gòu)。

學(xué)生活動(dòng)二：認(rèn)識(shí)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

觀察六足機(jī)器人的齒輪組結(jié)構(gòu)，觀察齒輪組的運(yùn)動(dòng)方式，思考齒輪的作用。觀看鐘表齒輪結(jié)構(gòu)的視頻，體會(huì)齒輪組的運(yùn)動(dòng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)，來達(dá)到精確計(jì)時(shí)的效果。

設(shè)計(jì)意圖：齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是生活中常見的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人項(xiàng)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(huì)齒輪運(yùn)動(dòng)的作用。

學(xué)生活動(dòng)三：搭建結(jié)構(gòu)（機(jī)器人項(xiàng)目活動(dòng)過程一）

師：觀察機(jī)器人，我們可以發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)左右對(duì)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(jī)器人的一邊，合并起來就可完成一個(gè)機(jī)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(jī)器人的軀干部分：腿部—膝蓋—齒輪—腳部連接。

設(shè)計(jì)意圖：機(jī)器人的對(duì)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(xiàng)工作，同時(shí)又提高了課堂效率。體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)的樂趣。對(duì)照實(shí)物機(jī)器人，教師邊講解邊板書，使學(xué)生在實(shí)踐經(jīng)歷的過程中對(duì)機(jī)器人項(xiàng)目活動(dòng)的步驟有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，并通過交流反饋鞏固強(qiáng)化。endprint

學(xué)生活動(dòng)四：認(rèn)識(shí)曲柄連桿結(jié)構(gòu)及其作用

觀察安裝好的機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)曲柄連桿結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式。聯(lián)系生活實(shí)際，觀察舊式的火車車輪和發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)意圖：學(xué)生對(duì)生活中的各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式與作用往往只有感性認(rèn)識(shí)而很難與已有知識(shí)進(jìn)行直接聯(lián)系并實(shí)際應(yīng)用。因此，本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)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(shí)（圓周運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)）并與實(shí)際生活相聯(lián)系與印證，建立起書本知識(shí)與生活實(shí)踐的橋梁。

學(xué)生活動(dòng)五：完成機(jī)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(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考，分析討論后得出六足機(jī)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(jī)器人若要穩(wěn)定行走，須在同一時(shí)刻有3條腿同時(shí)著地。兩人合作，將搭建好的腿部用小齒輪固定在機(jī)器人主體上。

設(shè)計(jì)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(jī)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(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，以及不在一條直線上的三個(gè)點(diǎn)，可以組成一個(gè)平面這兩個(gè)知識(shí)，思考足的分布固定原理。通過回顧已有的數(shù)學(xué)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，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(dòng)六：編寫程序（機(jī)器人項(xiàng)目活動(dòng)過程二）

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

教師啟動(dòng)編程軟件NXT，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)界面。并拖動(dòng)一個(gè)移動(dòng)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(shí)間選擇用秒來控制，設(shè)置為7秒或幾秒，下一動(dòng)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(shí)編程軟件，編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人移動(dòng)程序。

設(shè)計(jì)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(yàn)實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，體驗(yàn)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(dòng)七：下載運(yùn)行（機(jī)器人項(xiàng)目活動(dòng)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(yùn)行，觀察六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況，體驗(yàn)成功的喜悅。

設(shè)計(jì)意圖：這部分活動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)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(shí)踐能力，學(xué)生很容易根據(jù)自己的以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行探究來完成。當(dāng)學(xué)生按下啟動(dòng)按鈕，看到自己制作的機(jī)器人動(dòng)起來時(shí)，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(jī)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(jī)器人跳舞嗎？

學(xué)生活動(dòng)八：思考如何改變機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)或路線

在學(xué)生經(jīng)歷了制作機(jī)器人的基本過程，體驗(yàn)了親手制作的機(jī)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)。學(xué)生動(dòng)手嘗試調(diào)整結(jié)構(gòu)或程序，改變機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)軌跡。

設(shè)計(jì)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(jī)器人的結(jié)構(gòu)，體驗(yàn)調(diào)試過程，發(fā)揮想象力，進(jìn)行初步創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

4.知識(shí)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(gè)六足機(jī)器人的搭建、編程和運(yùn)行，真是非常能干！機(jī)器人是一個(gè)創(chuàng)意性的項(xiàng)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)，像小工程師一樣去設(shè)計(jì)機(jī)器人，讓機(jī)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(duì)于細(xì)節(jié)方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)。①對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情緒的把握。我在課程設(shè)計(jì)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(dòng)整個(gè)課堂進(jìn)度。但是在實(shí)際課堂上，舞臺(tái)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(duì)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(shí)踐知識(shí)的穿插使得無法安排更多的時(shí)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(duì)機(jī)器人有了初步的了解和極大的興趣，但是對(duì)機(jī)器人組成的設(shè)計(jì)與程序的調(diào)試過程體驗(yàn)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(shí)間自主動(dòng)手設(shè)計(jì)與體驗(yàn)是我面臨的一大難題。endprint