《乐高机器人器材在通用技术课程教学中的应用初探》由会员分享，可在线阅读，更多相关《乐高机器人器材在通用技术课程教学中的应用初探（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、乐高机器人器材在通用技术课程教学中的应用初探一、普通高中通用技术课程及教学实践中的困境技术是人类文明的有机组成部分，也是经济发展和社会进步的重要推动力。技术素养是当代青少年的必须具备的基本素养，技术课程也是高中新课程中普通高中学生的必修课。普通高中通用技术课程以提高学生的技术素养、促进学生全面而又富有个性的发展为基本目标，着力发展学生以技术的设计与应用为基础的技术实践能力，努力培养学生的创新精神、创业意识和一定的人生规划能力，是一门立足实践、注重创造、高度综合、科学与人文融合的课程。通用技术的学科教育涉及多门学科教育，分为必修和选修两部分。必修课程为技术与设计 1 和 2，是全体高中生必学且必
2、须达到的最低技术素养水平，并为学生学习后续的选修课提供了必备的基础。我们通过图 2-1（a）和图 2-1（b）可以清楚地了解到这两个必修模块的主题组成。图 2-1（a）图 2-1（b）选修课程是在必修课程的基础上，针对不同地区、不同学校的条件，为满足学生的不同兴趣和不同发展需要而开设的课程。 1共有 7 个模块：电子控制技术、建筑及其设计、简易机器人制作、现代农业技术、家政与生活技术、服装及其设计、汽车驾驶与保养。这 些 课 程 拓 展 了 学 生 的 素 质 教 育 基 础 ， 有 助 于 进 一 步 提 高 学 生 的 技 术 素 养 ， 培 养 学 生 学 习 兴 趣 。三、乐高机器人产
3、品的特点及在通用技术课程教学的优势目 前 ， 乐 高 教 育 平 台 最 为 系 统 和 经 典 的 应 用 主 要 有 四 方 面 ， 同 时 也 是 四 门 通 用 技 术 教 育 系 列 ： 分 别 是 技术 与 设 计 1 和 2、 电 子 控 制 技 术 以 及 简 易 机 器 人 制 作 。（一）技术与设计在教学过程中，我们可以将技术与设计 1 的思想融入技术与设计 2 的课程中，使得两门必修课程可以交叉渗透，免去了技术与设计 1 纯理论教学的乏味，使得教学的成果更为显著。我们可以将整个教学过程分为构建前、构建模型和构建后三个主要部分。设计前可以分为发现与明确问题、制定设计方案两个
4、部分。构建后又可分方案优化、产品使用说明或是产品的构建思想以及产品评价。这样即可将两个课程的内容有机地结合起来。下面我就技术与设计 2 的课程设置结合案例来讲述一下乐高平台下必修课教学。按课程设置分为：1、结构与设计从我们坐的凳子到我们吃饭、放物品的桌子，从我们居住的房子到我们出行乘坐的交通工具，可以说我们的生活处处包含着结构。在这个部分的教学中，我们可以联系学生熟悉的事物，从最简单的结构开始构建。让他们了解技术、运用技术、认识结构与设计的魅力以及构建结构的乐趣。图3-1-1（a）是最为简单的桌子结构。图3-1-1（b）是斜拉桥结构。图3-1-1（c）是桁架塔机构。图3-1-1（d）为房梁框架
5、结构。图3-1-1（a） 图3-1-1（b） 图3-1-1（c） 图3-1-1（d）在这四组图形中，每组图形的上图是我们生活中常见的结构，而下图就是利用乐高零件构建的结构。在我们利用这些零件构建结构的时候，通常会用稳固、牢固这两个词。我们可以通过上图的这个模型结构发现，这四个机构有两个共同的特点，运用了层叠连接的方式和三角形结构，这些都可以使结构起到稳固和牢固的作用。图3-1-2（a）为三角形结构，用乐高的梁形成一个三角形,其形状是不会改变的。图3-1-2（b）为层叠连接结构，使用更多的板来连接,可以对材料强度起到加固作用。通过这些结构构建的学习，学生就可了解结构是如何承受应力，通过反复的构建
6、测试他们更会发现影响结构的强度和稳定性的因素具体的几个方面，等等。图3-1-2（a）图3-1-2（b）2、流程与设计在这个模块的学习中，我们首先要让学生了解流程的含义及其对生产、生活的意义。通过分析某些流程设计的案例，画出流程框图，说明它们的设计特点。例如：煮一道菜的流程、家用电器工作流程、小区巴士运作的流程、ATM 机取款的流程等等。案例 1 认识流程小区巴士运作教学目标: 通 过 一 个 机 器 人 巴 士 的 行 驶 ， 理 解 流 程 的 概 念 。 通过机器人的运动方式的设计，初步理解流程的设计。 通过图形化编程的方法，初步学会简单系统设计的基本方法。 任务描述：一辆巴士，要经过四个
7、站台，完成一个完整的线 路 行 驶 ， 四 个 站 台 呈 正 方 形 格 局 。 如 图 3-2-1 所 示 。结 合 巴 士 运 动 方 式 ， 想 一 想 ， 这 辆 巴 士 的 工 作 流 程 是 怎 么 样 的 ？ （ 图 3-2-2 为 巴 士 工 作 的 流 程 设 计 ） 如果 这 辆 巴 士 是 无 人 驾 驶 的 智 能 汽 车 ， 你 是 否 可 以 按 照 巴 士 的 工 作 流 程 简 单 的 设 计 一 个 简 单 系 统 呢 ？设计参考：这里需要学生制作乐高机器人，并利用 ROBOLAB 进行程序编写，从而学习流程的初步设计。由于本节机器人的搭建不是我们的主要目的
8、，所以 尽 可 能 简 化 地 要 求 学 生 设 计 并 搭 建 出 机 器 人 。 运 用 两 个 马 达 ， 连接 在 NXT 主 体 上 ， 插 上 轮 子 便 可 以 让 “机 器 人 巴 士 ”移 动 （ 如 图 3-2-4 所 示 ） 。 同 时 我 们 也 构 建 出 RCX机 器 人 巴 士 （ 如 图 3-2-5 所 示 ） ， 也 可 以 达 到 相 同 的 效 果 。 这 样 一 来 打 开 ROBOLAB2.9 就 完 全 可 以 给 这 两个 机 器 人 编 辑 程 序。程序编写：打开 ROBOLAB 选择导航者级别 4图3-2-6导航者级别4就是一个非常好的流程化
9、设计的环境，在这里可以随性地添加步骤。图3-2-7八步的流程，在我们的 ROBOLAB 的软件中就显示为 8 个过程：第一步，也就是流程的第一步，机器人巴士前进，时间可以根据场地条件来设定。图3-2-8图3-2-9第二步，当机人巴士转弯90度，转弯时，一个马达转动，一个马达停止，转弯所需要的时间视场地和机器人而定。 图3-2-10教学建议:1、让学生分析机器人巴士的运动过程，引导学生自己分析出其工作流程。建立流程的概念。2、通过机器人的测试，学生自己去寻找到两个时间，逐步调整强化对流程中每一个步骤的了解。3、当学生发现，这个四边形的流程中，后几步是在不断地重复前两步，这时候，可以向学生介绍循环
10、的概念，这也是一种流程的优化。图3-2-114、如果学生有更多时间，已经对这个简单的流程有所认识了，可以给他们类似的、更加复杂的流程进行设计：例如：多边形、五角星。图3-2-12在本小节中还有一个重要的内容就是能解释流程的改进与设备、材料等之间的关系，能概括某种简单生产流程优化过程中所应考虑的主要问题。因此我们需要一个辅助软件乐高CAD（如图3-2-13） 。这个软件可以将设计思想快速地展现出来，主要有以下功能：仿真搭建、零件统计、自动绘图、生成效果图。这些功能具有一定的延续性，往往需要一步步完成才会有下一个功能。同时它还拥有四个方面的主要应用：进行辅助设计、解决缺少器材的问题、保留有价值的作
11、品、为编写教材提供工具。可以说乐高CAD的运用是十分广泛的。在本课程中，学生主要的运用是前三项。图 3-2-13 MLCad 主窗口视图图 3-2-14 MLCad 编辑车模视图3、系统与设计在这个模块的学习中，不一定要将所有系统都一一罗列，中学物理主要以机械运动为主，我们可以结合学生熟悉的机械系统以及动力系统进行主要的分析与评价。再结合当今社会十分重视的一个环节能源系统，可让学生了解技术是不断发展以及鲜明的时代性，增强对当代先进技术及其文化的理解，实现由感性认识到理性认识的飞跃。首先，要让学生懂得系统的概念，我们可以举个最为简单的例子，手电筒可以称为一个简单的工作系统。手电筒最为简单的模型便
12、是一个小电珠、一根长导线以及一个开关，我们利用乐高部件将这个系统更简单地表达出来，如图3-3-2(b)所示，乐高小电珠、触感就可以做到。我们用NXT充当电池功能，连接导线、小电珠以及触感，简单地编辑下程序，一个简易的手电筒就这样制作完成了，如图3-3-2（c）所示。待学生明白简单系统后，我们便可以让他们深入地了解更多的系统。在整个太阳系中，日、地、月就是我们的一个十分熟知的运动系统，那么我们是否可以也用乐高部件将这个系统表现出来呢？当然可以！首先，我们需要简单地了解公转自转，明白哪颗行星在自转的同时还围绕着哪颗星公转，当然，我们还需知道行星公转与自转的方向，接下来就是考验动手能力以及创造能力的
13、时候了。图3-3-3为日地月三个星球公转自转的模型。平时生活中，我们常见的动力系统是什么？我想大部分的人都会回答汽车。的确，汽车已成为我们生活中不可缺少的交通工具。在流程与设计的模块中我们已经搭建了一个最为简单的NXT巴士机器人（图3-2-4） ，可以说这辆巴士机器人是个比较简单的动力系统。能源危机是当今世界遇到的主要问题，节能已成为一个十分时尚的话题。我们还可以利用乐高组件中的太阳能电池板、电容、光感来制作一个简易的路灯。4、控制与设计在这个模块的教学中主要让学生知道控制的分类：手动控制、自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。在上个模块中，我们所讨论的简易
14、手电筒制作就是一个典型的手动控制系统，而太阳能节能路灯即是自动控制系统。学生很容易即可了解这些概念。在这个模块的学习中要让学生深刻了解到自动化工作的优越性，让学生对技术有更新更深刻的认识。图3-4-1为温控电风扇的模型，RCX内置的程序可让电风扇根据温度的变化改变电风扇的马力，当温度高于30度时，风扇高速旋转；当温度低于30度高于27度时中速旋转；当温度低于27度时慢速旋转。程序如图3-4-3所示。图3-4-2为又超声传感器控制的自动交通门。（二）电子控件技术电子控件技术主要分为一下几个主题：传感器、数字电路、电磁继电器、电子控件系统及其应用。乐高部件中标准传感器有角度位移传感器、光电传感器、
15、温度传感器、触动传感器、声音传感器、CLI触动传感器、超声波传感器等等。它们也是机器人制作时不可缺少的组成部分。在给学生介绍传感器的时侯可以用这些传感器设计简易机器人，作为一种授课方式既形象又生动，使得学生对传感器的了解直接跨越到理性认识。我们可以通过简单的乐高部件的搭建，配合ROBOLAB图形化编程即可制作出一个逻辑门电路，读者不妨自行构建一下。通过这些部件以及传感器制作出的机器人，就是一个简单的电子控件系统了，在整个系统中，有传感器，有触发，更有输出。因此，将乐高组件运用于电子技术选修课程并结合电子技术本身的特点进行教学将会给整个课程增添无穷的乐趣与惊喜。（三）简易机器人制作在前两个模块的
16、课程介绍中，都有提到机器人制作。乐高教育平台最终的目的就是让学生制作出一个拥有个人特色的机器人出来，从中培养学生各个方面的能力。在这个平台的基础上制作机器人非常容易，学生只要简单了解单片机的知识，利用乐高部件构建出他们想要的模型，通过简单易学的图形化计算机编程软件ROBOLAB在计算机上编写程序，最后通过与计算机相连的红外发射器或数据线将程序下载到机器人的大脑RCX或NXT中，这样学生们就可以设计出专属于自己的机器人。在技术与设计模块的介绍中，我们已经介绍了不少机器人制作的例子。在这个领域里没有尽头，还有许许多多的模型结构等待着我们去创造，许许多多的新颖好玩的方案等待着我们去设计与开发。希望学生在机器人制作的过程中成长，希望每个喜欢机器人制作的学生们通过进一步学习后可以为社会服务，奉献出自己的一份力量，更希望它可以成为每个喜欢这门课程的朋友们的终生玩伴。四、利用乐高教育平台的优越性首先其产品本身就具有很突出的特点，虽然乐高部件是以塑料为材料，但是它却具有稳定、耐磨、高韧性等特点
