让乐高机器人走进信息技术课堂

朱福华

[摘要]随着机器人教育在我国基础教育的不断探索与实践，机器人走进了中小学信息技术课堂，机器人是集机械、电路、程序于一体自动控制的典型代表。乐高EV3机器人是一种既具教娱功能，又具实用功能的机器人，它使用的G语言是一种图形化的編程软件，教师通过合理的教学和实践普及这种语言程序，是一个非常好的培养学生综合素质和解决问题能力的教学工具。

[关键词]机器人教育 乐高EV3 G语言 教学工具

乐高机器人是由可编程控制器（封装了的ARM）、传感器、电机、齿轮、轮轴等电子产品、机械产品组合成的智能机器人。目前乐高机器人经历了三代——RCX，NXT，EV3。现在，乐高机器人已经进入了越来越多的学校。笔者认为，作为信息技术教师，应让乐高机器人走进信息技术课堂。

一、乐高EV3走进信息技术课堂的优势

1.乐高EV3是一个很好的入门级的机器人产品，它采用图形化的编程语言——G语言，中小学生都能从它的引导人手，开发出属于自己的程序。

我们往常搭乐高，会先照着图纸体验设计师们了不起的设计，从中得到启发之后，再开始拼出属于自己的作品。这次EV3的编程也同样如此，当你一步步由说明指引实现一个个功能之后，你就会有了直观的认识，当它们与EV3结合到一起的时候，一个属于你自己的机器人就诞生了。这种不限定算法而让学生一题多解的做法，使每个学生都可以用自己的方法去解决同一个问题。因此，不仅使学生的逻辑思维与发散思维得到了很好的训练，而且他们的创新潜能也得到了极致的发挥。

2.乐高EV3使用和科技系列完全相同的梁、轴、销、齿轮、连接栓等零件，它的结构是可活动的，对于由成百上千个齿轮、传动轴、差速器组合而成的机械模型，即使每个零件只多出一个自由度，最终可以创造出的变化也是无穷无尽的。下图是乐高2010年的科技旗舰8043——大型挖掘机，其前进、后退、左右转向、原地转圈、上机体旋转、挖掘臂抬降、挖掘铲斗的挖放动作都可以通过遥控器完全的控制，这些都是齿轮的功劳。现在乐高已经开发出了1300多种不同形状的积木，把它应用到机器人的搭建中，可以做到事半功倍。

二、乐高EV3走进信息技术课堂的前提

要把乐高机器人引进信息技术课堂，前提是要让学生学会搭建乐高机器人。乐高机器人的搭建很复杂吗？其实不然。学生只要掌握了乐高机器人的基本原理和搭建技巧，就可以自主地搭建属于自己的机器人。下面讲述三个经常用的乐高配件的基本原理、技巧。

1.用乐高齿轮的时候，经常不知道哪些齿轮配合在一起合适。其实如果知道了原理，实际上很简单。即“齿数加起来是16的倍数，能很好配合”。

2.在这个装置中，第一级传动比为3：1，第二级传动比为3：1，这样，总的传动比就为9：1。这样最小的齿轮的转速提高了9倍。再加一级，总的传动比就为27：1，但必须小心使用，提高过大的速度足以扭曲梁，扭断轴或者打破齿轮的齿。在变速箱的设计中，不同的传动比输出不同的速度，就可以设计出不同的挡位。

3.涡轮能产生单向传动系统。也就是说，你能用涡轮带动其他齿轮，但不能被其他齿轮带动，产生这个现象的原因是摩擦力引起的。这一特殊性并不代表它不好，在某些情况下，我们非常需要。例如，我们设计的机器人用手臂提起物体。如果使用标准齿产生25：1的传动比，当手臂提起物体并停止时会发生什么情况呢？马达会自行回转使得手臂回落下来。在类似这种情况中，就可以使用涡轮来解决这一问题，涡轮的自锁功能使马达不能回转。

三、乐高机器人在信息技术课堂教学中的运用措施

1.引导学生熟悉乐高EV3的开发平台，熟悉菜单和各个功能模块。采用一些简单的编程步骤让学生摸索G语言界面分布的规律，比如在电机模块中，可以编程控制乐高机器人前进、后退、转弯、旋转，也可以走一个多边形。

2.引导学生摸索设置传感器的方法，乐高提供的EV3帮助文件，是我们学习编程的最好的老师。我们按照它的说明，可以很快地掌握各类传感器的使用方法；在教学中，我们让乐高机器人寻迹，搬运物体，同时按颜色分类，这样可以使学生对颜色传感器的使用更加深入。

3.多使学生分享彼此的创意设计。俗话说：“三个臭皮匠，赛过诸葛亮。”学生们在一起交流，分享他们当时的设计思路，遇到的难点，解决的方法。当然，有的学生可以拿出自己无法解决的问题，与大家共同交流、分析，从而找到解决问题的方法。通过这种方式，学生的编程能力会大大地得到提升。

（特约编辑 安平）