《制作六足機器人》教學設計

● 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，其機械結構簡單巧妙，程序的編寫比較適合初學者，尤其是其走動的樣子憨態可掬，更接近于學生心目中的“機器人”走路的形態，能充分調動學生的學習興趣。因此，我選用了“六足機器人”作為本課的學習載體，將六足機器人的腿部運動作為主要教學內容，由兩位學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，學生還將認識機械結構及其作用，并利用已有的知識經驗分析問題、解決問題，提高實踐操作能力。

● 學生分析

本課學習對象為五年級學生，之前沒有接觸過機器人項目，學過Logo語言的前進、后退、左轉、右轉等幾個簡單命令，學過兩節Scratch編程，因此對計算機編程有初步的認識。學生比較活潑，我猜想他們會對機器人項目抱有較大的學習熱情。所以，作為機器人教學的入門課，面對沒有接觸過機器人項目的學習者，我將教學目標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，激發學生學習機器人的興趣，同時，了解機器人與我們日常生活的聯系。

● 教學目標

知識與技能目標：通過觀察實體機器人，初步認識機器人的三個基本組成部分：控制模塊、執行模塊和傳感模塊；通過制作六足機器人腿部移動結構，初步認識齒輪傳動結構和曲柄連桿結構的運動方式與作用；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：搭建結構、編寫程序和下載運行。

過程與方法目標：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習能力。

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

● 設計思路

機器人教育被視作發展學生的想象力與創造力，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學生進入一個激動人心的前沿領域，在進行機器人的設計和搭建、編程和調試過程中，能夠體驗到挑戰困難、超越自我的快樂，增強探究科技知識的自信心和成就感。在本課的教學設計中，我希望能通過師生討論、板書呈現以及分步制作等方式，讓學生初步了解和體驗機器人項目活動的三個基本過程：搭建結構、編寫程序和下載運行。在搭建過程中，學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構和曲柄連桿結構，對于五年級學生來說這里是個難點。在教學中，我將齒輪傳動部分與曲柄連桿結構分開制作，先觀察齒輪傳動運動的方式，再制作齒輪傳動部分。然后，在分析理解的基礎上進行曲柄連桿結構的連接，結合視頻來認識齒輪傳動結構與曲柄連桿結構的運動方式與作用。希望通過本節課的學習體驗之后，學生不會僅僅將機器人當成是一門課程來學習，而是真正地喜歡上了機器人項目，在不斷發現問題、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，培養合作、創新精神。

● 教學過程

1.創設情境，引導任務

師：說起機器人，同學們肯定都很感興趣。你知道哪些機器人？我們認識的機器人，恐怕更多的還是來自電影電視，我們來看一個影片剪輯，仔細觀察其中的機器人有什么特點？（視頻導入《星球大戰——帝國反擊戰》，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。

設計意圖：借助視頻，激發學生興趣，對機器人產生好奇心，引出本課的學習任務：制作六足機器人。使用足部動作行走的機器人更接近學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實生活中的實物的轉變。再通過實物展示，引發學生對制作機器人的興趣和愿望。

2.循序漸進，學習新知

學生活動一：認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，初步認識控制模塊、執行模塊、傳感模塊的作用。

控制模塊——這是機器人的大腦，負責接收傳感器傳回的信息，執行預先編制好的程序，向機器人的其他部件發出命令。

執行模塊——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，負責接收各種外界信息，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。

設計意圖：通過實物觀察，認識機器人的基本組成結構，了解機器人的基本組成結構。

學生活動二：認識齒輪傳動結構

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

小結：鐘表的結構就是通過各種齒輪組的傳動運動，來達到精確計時的效果。

設計意圖：齒輪傳動結構是生活中常見的機械結構，在機器人項目中的應用也非常廣泛，希望通過聯系生活中的齒輪組，讓學生體會齒輪運動的作用。

學生活動三：搭建結構（機器人項目活動過程一）

師：觀察機器人，我們可以發現它是一個左右對稱的結構，左右兩邊結構相同，方向相反。因此，我們可以同桌兩位同學相互合作，“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。

學生按順序在教師的指導以及學習材料的幫助下，順序搭建機器人的軀干部分：腿部—膝蓋—齒輪—腳部連接。

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

學生活動四：認識曲柄連桿結構及其作用

觀察安裝好的機器人腿部結構，認識曲柄連桿結構的運動方式。聯系生活實際，觀察舊式的火車車輪和發動機結構的視頻，引導學生了解曲柄連桿結構的作用。

設計意圖：學生對生活中的各種機械結構的運動方式與作用往往只有感性認識而很難與已有知識進行直接聯系并實際應用。因此，本教學環節設計邊觀察，邊思考教師提出的問題，結合數學課堂學過的知識（圓周運動與直線運動）并與實際生活相聯系與印證，建立起書本知識與生活實踐的橋梁。

學生活動五：完成機器人六足的分布與固定

聯系生活中人走路的形態，討論足部行走的過程需要兩部分交替前進，再結合數學知識引導學生思考，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。

引導學生思考，師生分析探討后得出結論：六足機器人若要穩定行走，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。

設計意圖：先利用問題引導學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。再利用數學課上學過的平面圖形中，三角形是一個穩定的結構，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。通過回顧已有的數學知識與經驗，經歷發現問題、分析問題、解決問題的過程。

學生活動六：編寫程序（機器人項目活動過程二）

師：搭建好機器人的結構，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，讓學生認識界面。并拖動一個移動圖標到程序鏈上，勾選A馬達，去掉B、C馬達，方向選向前，持續時間選擇用秒來控制，設置為7秒或幾秒，下一動作選擇停止。

學生通過教師示范與輔導材料的學習，認識編程軟件，編寫一個簡單的機器人移動程序。

設計意圖：學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經驗實現知識遷移，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，由于該軟件是學生第一次接觸，且操作方式與學生已學過的軟件略有不同，因此教師先進行示范，學生在理解的基礎上嘗試探索與創新。

學生活動七：下載運行（機器人項目活動過程三）

引導學生用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。

設計意圖：這部分活動相對簡單，引導學生觀察數據線并嘗試連接，培養觀察與實踐能力，學生很容易根據自己的以往經驗進行探究來完成。當學生按下啟動按鈕，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，研究調試

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

學生活動八：思考如何改變機器人的運動姿態或路線

在學生經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，進一步引導學生思考，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論：可以通過調整程序或改變結構來實現。學生動手嘗試調整結構或程序，改變機器人的運動方式和運動軌跡。

設計意圖：開放學習內容，拓展想象空間，讓學生了解搭建和編程的作用，自主嘗試調整程序或機器人的結構，體驗調試過程，發揮想象力，進行初步創新設計。

4.知識整理，總結提升

師：在這節課中，同學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！機器人是一個創意性的項目，可以培養我們的觀察力，拓展我們的思維，激發我們的想像力和創造力。同學們可以利用生活中的知識和經驗，像小工程師一樣去設計機器人，讓機器人為我們的生活服務。

● 教學反思

課雖然上完了，但細細品味和反思之后，也發現了存在一些問題，尤其是對于細節方面還需要進一步改進。①對學生學習情緒的把握。我在課程設計中希望學生能持續以積極的學習情緒、高度集中的注意力來帶動整個課堂進度。但是在實際課堂上，舞臺式的課堂使得教師與學生都沒能完全放開情緒，所以影響了對課堂學習進度的掌握。②學生自主探究式學習空間不足。由于是一節始業課，大容量的學習內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生自主探究式學習。這也是我上課后的一大遺憾，我感覺學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計與程序的調試過程體驗還不足。所以，如何有效地選擇教學內容，給學生更多的時間自主動手設計與體驗是我面臨的一大難題。