《制作六足机器人》教学设计

叶建胜

● 教材分析

“六足机器人”是我在“中文乐高”论坛中看到的一个简单机器人，其机械结构简单巧妙，程序的编写比较适合初学者，尤其是其走动的样子憨态可掬，更接近于学生心目中的“机器人”走路的形态，能充分调动学生的学习兴趣。因此，我选用了“六足机器人”作为本课的学习载体，将六足机器人的腿部运动作为主要教学内容，由两位学生合作完成六足机器人腿部的搭建，再合并到机器人的主体。编程部分只使用了一个“移动模块”，简单地完成一个控制机器人行走的小程序，让学生在体验中整体感知机器人制作的全过程。在搭建机器人的过程中，学生还将认识机械结构及其作用，并利用已有的知识经验分析问题、解决问题，提高实践操作能力。

● 学生分析

本课学习对象为五年级学生，之前没有接触过机器人项目，学过Logo语言的前进、后退、左转、右转等几个简单命令，学过两节Scratch编程，因此对计算机编程有初步的认识。学生比较活泼，我猜想他们会对机器人项目抱有较大的学习热情。所以，作为机器人教学的入门课，面对没有接触过机器人项目的学习者，我将教学目标主要定位在参与体验层面，通过实践参与，初步了解机器人制作的一般过程，体验机器人项目的快乐，激发学生学习机器人的兴趣，同时，了解机器人与我们日常生活的联系。

● 教学目标

知识与技能目标：通过观察实体机器人，初步认识机器人的三个基本组成部分：控制模块、执行模块和传感模块；通过制作六足机器人腿部移动结构，初步认识齿轮传动结构和曲柄连杆结构的运动方式与作用；通过制作六足机器人，了解机器人项目活动的三个基本过程：搭建结构、编写程序和下载运行。

过程与方法目标：两人一组合作完成六足机器人的搭建、编程与运行，提高实践操作能力、逻辑思维能力和合作学习能力。

情感态度与价值观目标：在制作六足机器人的过程中，增强对机器人项目学习的乐趣，体验成功的喜悦，提高合作意识。

● 设计思路

机器人教育被视作发展学生的想象力与创造力，锻炼动手操作能力、拓展思维空间的最佳途径之一。机器人项目可以引导学生进入一个激动人心的前沿领域，在进行机器人的设计和搭建、编程和调试过程中，能够体验到挑战困难、超越自我的快乐，增强探究科技知识的自信心和成就感。在本课的教学设计中，我希望能通过师生讨论、板书呈现以及分步制作等方式，让学生初步了解和体验机器人项目活动的三个基本过程：搭建结构、编写程序和下载运行。在搭建过程中，学生要了解机器人腿部运动的基本原理，才能更好地完成搭建工作，这里涉及齿轮的传动结构和曲柄连杆结构，对于五年级学生来说这里是个难点。在教学中，我将齿轮传动部分与曲柄连杆结构分开制作，先观察齿轮传动运动的方式，再制作齿轮传动部分。然后，在分析理解的基础上进行曲柄连杆结构的连接，结合视频来认识齿轮传动结构与曲柄连杆结构的运动方式与作用。希望通过本节课的学习体验之后，学生不会仅仅将机器人当成是一门课程来学习，而是真正地喜欢上了机器人项目，在不断发现问题、分析问题、解决问题的过程中体验到机器人项目的乐趣，提高实践操作能力，培养合作、创新精神。

● 教学过程

1.创设情境，引导任务

师：说起机器人，同学们肯定都很感兴趣。你知道哪些机器人？我们认识的机器人，恐怕更多的还是来自电影电视，我们来看一个影片剪辑，仔细观察其中的机器人有什么特点？（视频导入《星球大战——帝国反击战》，引出四足巨型机械装甲机器人。）这台巨型机械装甲就是一个机器人，它能通过四足自如地行走。今天，我们就来尝试制作一个类似的六足机器人。

设计意图：借助视频，激发学生兴趣，对机器人产生好奇心，引出本课的学习任务：制作六足机器人。使用足部动作行走的机器人更接近学生心目中的机器人形象，外形上六足机器人也比较像影片中的机器人形象，完成了机器人从影片中的虚拟形象向现实生活中的实物的转变。再通过实物展示，引发学生对制作机器人的兴趣和愿望。

2.循序渐进，学习新知

学生活动一：认识机器人的基本组成

观察教师提供的机器人，看看它由哪些组成部分。了解机器人的基本组成部分，初步认识控制模块、执行模块、传感模块的作用。

控制模块——这是机器人的大脑，负责接收传感器传回的信息，执行预先编制好的程序，向机器人的其他部件发出命令。

执行模块——它是机器人的手脚，机器人的各种动作由它完成。

传感模块——它是机器人的眼睛、鼻子、耳朵等，负责接收各种外界信息，并将信息传递给控制模块。

其他部件——帮助机器人完成各种动作。

设计意图：通过实物观察，认识机器人的基本组成结构，了解机器人的基本组成结构。

学生活动二：认识齿轮传动结构

观察六足机器人的齿轮组结构，观察齿轮组的运动方式，思考齿轮的作用。观看钟表齿轮结构的视频，体会齿轮组的运动方式与作用，了解齿轮在生活中的应用。

小结：钟表的结构就是通过各种齿轮组的传动运动，来达到精确计时的效果。

设计意图：齿轮传动结构是生活中常见的机械结构，在机器人项目中的应用也非常广泛，希望通过联系生活中的齿轮组，让学生体会齿轮运动的作用。

学生活动三：搭建结构（机器人项目活动过程一）

师：观察机器人，我们可以发现它是一个左右对称的结构，左右两边结构相同，方向相反。因此，我们可以同桌两位同学相互合作，“镜像”制作，每人制作机器人的一边，合并起来就可完成一个机器人的搭建。

学生按顺序在教师的指导以及学习材料的帮助下，顺序搭建机器人的躯干部分：腿部—膝盖—齿轮—脚部连接。

设计意图：机器人的对称结构很自然地引入了合作学习，由两位学生为一小组，合作完成这项工作，同时又提高了课堂效率。体验合作学习的乐趣。对照实物机器人，教师边讲解边板书，使学生在实践经历的过程中对机器人项目活动的步骤有一个初步的认识，并通过交流反馈巩固强化。endprint

学生活动四：认识曲柄连杆结构及其作用

观察安装好的机器人腿部结构，认识曲柄连杆结构的运动方式。联系生活实际，观察旧式的火车车轮和发动机结构的视频，引导学生了解曲柄连杆结构的作用。

设计意图：学生对生活中的各种机械结构的运动方式与作用往往只有感性认识而很难与已有知识进行直接联系并实际应用。因此，本教学环节设计边观察，边思考教师提出的问题，结合数学课堂学过的知识（圆周运动与直线运动）并与实际生活相联系与印证，建立起书本知识与生活实践的桥梁。

学生活动五：完成机器人六足的分布与固定

联系生活中人走路的形态，讨论足部行走的过程需要两部分交替前进，再结合数学知识引导学生思考，分析讨论后得出六足机器人的六足分布策略以及与齿轮的固定方式。

引导学生思考，师生分析探讨后得出结论：六足机器人若要稳定行走，须在同一时刻有3条腿同时着地。两人合作，将搭建好的腿部用小齿轮固定在机器人主体上。

设计意图：先利用问题引导学生观察与回顾人的行走过程，理解六足机器人需要有两部分足交替着地与行走的过程。再利用数学课上学过的平面图形中，三角形是一个稳定的结构，以及不在一条直线上的三个点，可以组成一个平面这两个知识，思考足的分布固定原理。通过回顾已有的数学知识与经验，经历发现问题、分析问题、解决问题的过程。

学生活动六：编写程序（机器人项目活动过程二）

师：搭建好机器人的结构，还需要程序的配合才能让机器人运动起来，所以，大家来看看老师的操作。

教师启动编程软件NXT，让学生认识界面。并拖动一个移动图标到程序链上，勾选A马达，去掉B、C马达，方向选向前，持续时间选择用秒来控制，设置为7秒或几秒，下一动作选择停止。

学生通过教师示范与辅导材料的学习，认识编程软件，编写一个简单的机器人移动程序。

设计意图：学生通过观察编程工具软件的工作界面，利用已有的信息技术经验实现知识迁移，体验初步接触编程，了解模块化编程的基本方法。在程序的编写过程中，由于该软件是学生第一次接触，且操作方式与学生已学过的软件略有不同，因此教师先进行示范，学生在理解的基础上尝试探索与创新。

学生活动七：下载运行（机器人项目活动过程三）

引导学生用USB连线下载刚刚编写好的程序并运行，观察六足机器人的运动情况，体验成功的喜悦。

设计意图：这部分活动相对简单，引导学生观察数据线并尝试连接，培养观察与实践能力，学生很容易根据自己的以往经验进行探究来完成。当学生按下启动按钮，看到自己制作的机器人动起来时，喜悦的心情和成就感油然而生，兴趣倍增，这也是本课的高潮所在。

3.拓展延伸，研究调试

师：能通过更改程序的方法让机器人走得更远或更近、更快或更慢吗？能用调整足的位置后重新安装12齿齿轮的方法让机器人跳舞吗？

学生活动八：思考如何改变机器人的运动姿态或路线

在学生经历了制作机器人的基本过程，体验了亲手制作的机器人能够成功地行走之后，进一步引导学生思考，如何改变机器人的运动方式和运动轨迹。

师生分析讨论后得出结论：可以通过调整程序或改变结构来实现。学生动手尝试调整结构或程序，改变机器人的运动方式和运动轨迹。

设计意图：开放学习内容，拓展想象空间，让学生了解搭建和编程的作用，自主尝试调整程序或机器人的结构，体验调试过程，发挥想象力，进行初步创新设计。

4.知识整理，总结提升

师：在这节课中，同学们两两一组合作完成了一个六足机器人的搭建、编程和运行，真是非常能干！机器人是一个创意性的项目，可以培养我们的观察力，拓展我们的思维，激发我们的想像力和创造力。同学们可以利用生活中的知识和经验，像小工程师一样去设计机器人，让机器人为我们的生活服务。

● 教学反思

课虽然上完了，但细细品味和反思之后，也发现了存在一些问题，尤其是对于细节方面还需要进一步改进。①对学生学习情绪的把握。我在课程设计中希望学生能持续以积极的学习情绪、高度集中的注意力来带动整个课堂进度。但是在实际课堂上，舞台式的课堂使得教师与学生都没能完全放开情绪，所以影响了对课堂学习进度的掌握。②学生自主探究式学习空间不足。由于是一节始业课，大容量的学习内容尤其是搭建与生活实践知识的穿插使得无法安排更多的时间给学生自主探究式学习。这也是我上课后的一大遗憾，我感觉学生对机器人有了初步的了解和极大的兴趣，但是对机器人组成的设计与程序的调试过程体验还不足。所以，如何有效地选择教学内容，给学生更多的时间自主动手设计与体验是我面临的一大难题。endprint