基于乐高机器人项目的小学信息技术课程教学改革研究

    闵凤辉

    摘 要：乐高机器人在小学信息技术教学中一直是关注的热点。通过现阶段课程教学现状的分析，对课程的教学内容、方式方法、教学设计等方面提出了一些建议和思考，期望能进一步提升课程的教学层次，提高学生的综合素质。

    关键词：乐高机器人; 信息技术; 建议和思考

    中图分类号：G434 ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? 文章编号：1006-3315（2019）06-077-001

    小学信息技术课程内容体系中，乐高机器人一直是占据重要的组成部分。乐高机器人课程内容体系沿用“机械+传感”模式[1]，对于教学硬件或者软件设施要求不高，作品的制作形象、具体，先修知识基础要求低，容易激发小学生的学习兴趣。即使是在AI（人工智能）背景下，电路、机械等方面的基础知识也是必须的，以乐高机器人为核心的课程学习也是学生后续学习的基础，针对乐高机器人项目的小学信息技术课程的教学内容改革，对于学生接触和理解智能方面的知识具有一定的现实意义。

    一、课程教学的一些概况

    乐高机器人构成的要素包括两方面：机械部件和电气电子部件。在此基础上，针对不同年龄阶段的小学生，课程的体系分为初级和中高级两个部分，两者的联系在于前者是后者的基础，项目偏向于综合运用，引入了电路基础知识和部分传感器。前者主要核心线索是减速机构、移动机构、曲柄结构、凸轮结构、链传动机构、同步带结构。教学的主要目标是了解和熟悉一些常见的机械结构，接触电路基础知识，培养合作精神和良好的学习品质。

    对于初级课程教学主要内容及教学目标设置如下：

    1.基本结构类型：轴、齿轮、滑轮等;了解杆杠原理和基本的概念：支点、力臂（跷跷板）。

    2.认识和使用滑轮、轴、轮毂等零件的使用。万向轮的认识。

    3.實际生活中棘轮、棘爪机械装置的认识。普通齿轮gear零件的认识。了解齿轮的“啮合”运动。棘轮机构的认识。

    4.曲柄结构的认识和组装，理解和学习绕轴旋转。

    5.皮带传动基本装置。惰轮的认识。

    6.理解简易重物拉升机械装置的基本原理。

    7.齿轮组间的传动速度的了解。主动轮和被动轮的认识。简易的齿轮加速装置。冠状齿轮和普通齿轮的简易组合装置。

    8.基本测量工具的使用。对于中高级课程教学内容，在初级的基础上，强化的各种机械结构的综合运用程度，对学生的思维动手能力提出了更高的要求：（1）冠状齿轮和普通齿轮的简易组合传动装置。（2）认识涡轮、涡轮箱等基本装置。理解地铁扎道口基本机械装置原理。认识涡轮的自锁性。（3）掌握负载、上浮、下沉的概念。（4）连杆的基本结构。理解火车轮机械结构原理。（5）轮式起重机（蜗杆蜗轮结构worm gear）。

    二、基于任务驱动、体验教学等教学方法的课程教学改革的一些思考

    1.多种教学方式的开展

    青少年具有爱玩，好奇心、好胜心强的天性，要因材施教[2]。通过任务驱动法和体验教学法，注重给学生带来感受、体验和创造[3]。在体验教学方法过程中，通过多媒体视频的播放、模型的演示、讨论，引出主题，让学生对机械基本机构有形象的接触和了解。通过项目的完成，对优秀作品进行点评，激发学生的创造力。以蒸汽过车（连杆结构）项目为例：

    （1）通过视频播放，介绍蒸汽火车以及动力部分。（2）提问阶段：火车的动力来源？（3）齿轮连杆机构的介绍。（4）项目关键步骤以及结构演示。（5）小组合作完成。（6）优秀作品点评。

    2.教学的线索要基于科学史，抓住典型的机械结构以及意义

    课程的教学需要突出重难点。作为动手实践课程，更要激发学生的思考欲和创造力。课程的教学内容要从减速机构、移动结构、曲柄结构、凸轮结构、传动结构等方面依次展开。这些典型的部件和内容展示了人类文明的探索与进步。在教学过程中要适当贯穿科学史。自1760年代兴起西方工业革命（第一次工业革命）[4]，极大的推动了世界文明的进步。在此过程中，收集整理相关的机械内容，可以在课程学习过程中给学生带来极大的触动和求知欲。

    3.课程教学设计及安排上需要注意的细节问题

    （1）课程的学习强调系统化。大部分的学生学习仍然以模仿为主，创新需要积累，强调“微创新”。（2）课程讲解知识点或者原理1-2个，少而精，要具体形象，联系实际，视频、图片等素材来源于生活。（3）课程讲解前，注意引导零件的分类认识和拆卸的分类。（4）引导学生养成良好的学习习惯。课前提问，课后布置小作业或者生活观察任务。（5）课堂中的提问要精心设计，学生回答限定在3句话以内，促进学生积极有效的思维。教学语言要生动活泼，语言用词要符合学生的认知阶段特点。（6）强调集体环境下的学习。这种学习的重要性远远超过独自的自我学习。引导学生听老师讲、向同学请教，培养学生的课堂沟通学习能力。

    三、课程改革展望

    近年来，随着Android等平台智能设备的普及以及人工智能基础的发展，计算思维也被提出来。各种可编程的组件及平台和乐高机器人结合起来，逐步培养编程能力和初步的算法思维。很多课程体系都开始基于移动平台及相关的虚拟技术体系。这对原有的乐高机器人的信息技术课程是一种挑战，既是对原有知识体系的补充，也是对课程教学现状提升的迫切要求。作为信息技术课程体系内典型的动手实践课程，实物的接触对于低龄学生来说仍具有具体形象的意义，可以培养学生想象力、空间结构能力，符合现阶段认知水平，课程的基础也是后续相关教学的基础。

    参考文献：

    [1]范江军.App Inventor在乐高机器人创意作品中的应用[J]实验教学与仪器，2019（01）：68-69+74

    [2]刘欣.探索乐高机器人对中学生信息素养的培养[J]机器人技术与应用，2013.8

    [3]王雪雁.乐高机器人教育与体验教学法的融合[J]教育教学论坛，2017-06-14

    [4]https：//zh.wikipedia.org/wiki/%E7%AC%AC%E4%B8%80%E6%AC%A1%E5%B7%A5%E4%B8%9A%E9%9D%A9%E5%91%BD