讓樂高機器人走進信息技術課堂

朱福華

[摘要]隨著機器人教育在我國基礎教育的不斷探索與實踐，機器人走進了中小學信息技術課堂，機器人是集機械、電路、程序于一體自動控制的典型代表。樂高EV3機器人是一種既具教娛功能，又具實用功能的機器人，它使用的G語言是一種圖形化的編程軟件，教師通過合理的教學和實踐普及這種語言程序，是一個非常好的培養學生綜合素質和解決問題能力的教學工具。

[關鍵詞]機器人教育 樂高EV3 G語言 教學工具

樂高機器人是由可編程控制器（封裝了的ARM）、傳感器、電機、齒輪、輪軸等電子產品、機械產品組合成的智能機器人。目前樂高機器人經歷了三代——RCX，NXT，EV3。現在，樂高機器人已經進入了越來越多的學校。筆者認為，作為信息技術教師，應讓樂高機器人走進信息技術課堂。

一、樂高EV3走進信息技術課堂的優勢

1.樂高EV3是一個很好的入門級的機器人產品，它采用圖形化的編程語言——G語言，中小學生都能從它的引導人手，開發出屬于自己的程序。

我們往常搭樂高，會先照著圖紙體驗設計師們了不起的設計，從中得到啟發之后，再開始拼出屬于自己的作品。這次EV3的編程也同樣如此，當你一步步由說明指引實現一個個功能之后，你就會有了直觀的認識，當它們與EV3結合到一起的時候，一個屬于你自己的機器人就誕生了。這種不限定算法而讓學生一題多解的做法，使每個學生都可以用自己的方法去解決同一個問題。因此，不僅使學生的邏輯思維與發散思維得到了很好的訓練，而且他們的創新潛能也得到了極致的發揮。

2.樂高EV3使用和科技系列完全相同的梁、軸、銷、齒輪、連接栓等零件，它的結構是可活動的，對于由成百上千個齒輪、傳動軸、差速器組合而成的機械模型，即使每個零件只多出一個自由度，最終可以創造出的變化也是無窮無盡的。下圖是樂高2010年的科技旗艦8043——大型挖掘機，其前進、后退、左右轉向、原地轉圈、上機體旋轉、挖掘臂抬降、挖掘鏟斗的挖放動作都可以通過遙控器完全的控制，這些都是齒輪的功勞。現在樂高已經開發出了1300多種不同形狀的積木，把它應用到機器人的搭建中，可以做到事半功倍。

二、樂高EV3走進信息技術課堂的前提

要把樂高機器人引進信息技術課堂，前提是要讓學生學會搭建樂高機器人。樂高機器人的搭建很復雜嗎？其實不然。學生只要掌握了樂高機器人的基本原理和搭建技巧，就可以自主地搭建屬于自己的機器人。下面講述三個經常用的樂高配件的基本原理、技巧。

1.用樂高齒輪的時候，經常不知道哪些齒輪配合在一起合適。其實如果知道了原理，實際上很簡單。即“齒數加起來是16的倍數，能很好配合”。

2.在這個裝置中，第一級傳動比為3：1，第二級傳動比為3：1，這樣，總的傳動比就為9：1。這樣最小的齒輪的轉速提高了9倍。再加一級，總的傳動比就為27：1，但必須小心使用，提高過大的速度足以扭曲梁，扭斷軸或者打破齒輪的齒。在變速箱的設計中，不同的傳動比輸出不同的速度，就可以設計出不同的擋位。

3.渦輪能產生單向傳動系統。也就是說，你能用渦輪帶動其他齒輪，但不能被其他齒輪帶動，產生這個現象的原因是摩擦力引起的。這一特殊性并不代表它不好，在某些情況下，我們非常需要。例如，我們設計的機器人用手臂提起物體。如果使用標準齒產生25：1的傳動比，當手臂提起物體并停止時會發生什么情況呢？馬達會自行回轉使得手臂回落下來。在類似這種情況中，就可以使用渦輪來解決這一問題，渦輪的自鎖功能使馬達不能回轉。

三、樂高機器人在信息技術課堂教學中的運用措施

1.引導學生熟悉樂高EV3的開發平臺，熟悉菜單和各個功能模塊。采用一些簡單的編程步驟讓學生摸索G語言界面分布的規律，比如在電機模塊中，可以編程控制樂高機器人前進、后退、轉彎、旋轉，也可以走一個多邊形。

2.引導學生摸索設置傳感器的方法，樂高提供的EV3幫助文件，是我們學習編程的最好的老師。我們按照它的說明，可以很快地掌握各類傳感器的使用方法；在教學中，我們讓樂高機器人尋跡，搬運物體，同時按顏色分類，這樣可以使學生對顏色傳感器的使用更加深入。

3.多使學生分享彼此的創意設計。俗話說：“三個臭皮匠，賽過諸葛亮。”學生們在一起交流，分享他們當時的設計思路，遇到的難點，解決的方法。當然，有的學生可以拿出自己無法解決的問題，與大家共同交流、分析，從而找到解決問題的方法。通過這種方式，學生的編程能力會大大地得到提升。

（特約編輯 安平）