樂高機器人課程教案一、課程基本信息1.課程名稱：樂高機器人創(chuàng)意搭建與編程入門2.授課對象：6-9歲兒童，具備基礎動手能力，對機械、編程有初步興趣，無專業(yè)基礎要求3.授課時長：單次課90分鐘，共12次課（分基礎搭建、機械原理、編程入門、綜合創(chuàng)作四個階段）4.授課目標：以樂高積木和入門級編程軟件為載體，讓兒童掌握基礎機械結構搭建、簡單編程邏輯，培養(yǎng)動手實踐、邏輯思維及創(chuàng)新創(chuàng)作能力，激發(fā)科學探索興趣5.授課準備：（1）教具：樂高EV3或SPIKEPrime機器人套裝（含主機、電機、傳感器、積木件）；搭建步驟圖、機械結構示意圖；投影設備（展示案例、編程界面）；白板（講解原理、編程邏輯）；任務卡（分階段任務說明）。（2）環(huán)境：創(chuàng)設“搭建+編程”雙功能課堂，桌椅擺放便于小組協(xié)作（4人一組）；預留展示區(qū)域（放置學生完成的機器人作品）；配備電源插座（供機器人主機充電）；地面鋪設防滑墊，避免積木掉落滑倒。（3）學具：為每組學生配備1套樂高機器人基礎套裝；編程設備（平板或筆記本電腦，預裝對應編程軟件）；搭建記錄本（記錄設計思路、遇到的問題及解決方法）；鉛筆、橡皮等繪圖工具。二、課程目標（一）知識目標1.掌握樂高機器人核心組件（主機、電機、傳感器、積木）的名稱、功能及連接方式。2.了解基礎機械結構原理，如杠桿、齒輪傳動、輪軸、連桿等在機器人中的應用。3.理解編程基本概念，如指令、循環(huán)、條件判斷、變量等，掌握入門級編程軟件的操作邏輯。4.熟悉機器人“搭建-編程-調(diào)試”的完整流程，了解傳感器（如距離傳感器、顏色傳感器）的工作原理及數(shù)據(jù)應用。（二）技能目標1.能獨立完成基礎機械結構（如小車、機械臂）的搭建，準確連接電機、傳感器與主機。2.掌握編程軟件的基礎操作，能編寫簡單程序（如控制電機轉動、讀取傳感器數(shù)據(jù)、實現(xiàn)自動避障）。3.具備機器人調(diào)試能力：能排查搭建中的結構問題（如不穩(wěn)定、傳動卡頓）和編程中的邏輯錯誤（如指令順序錯誤、參數(shù)設置不當）。4.能以小組為單位，圍繞主題完成機器人的創(chuàng)意設計、搭建、編程及優(yōu)化，提升協(xié)作與問題解決能力。（三）素養(yǎng)目標1.培養(yǎng)科學探究精神，在搭建與編程中主動探索機械與編程的內(nèi)在規(guī)律。2.提升創(chuàng)新思維能力，能在基礎模型上進行創(chuàng)意改造，實現(xiàn)個性化功能。3.增強抗挫折能力，在調(diào)試失敗時能主動分析原因并反復優(yōu)化，培養(yǎng)耐心與毅力。4.培養(yǎng)團隊協(xié)作意識，在小組任務中學會分工、溝通與互補，共同完成創(chuàng)作目標。三、課程重難點1.重點：基礎機械結構的穩(wěn)定搭建；電機與傳感器的正確連接；編程基本邏輯（循環(huán)、條件判斷）的掌握；“搭建-編程-調(diào)試”流程的運用。2.難點：復雜機械結構（如齒輪變速、連桿傳動）的設計與搭建；傳感器數(shù)據(jù)在編程中的精準應用（如根據(jù)距離傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整電機轉速）；多指令組合的編程邏輯優(yōu)化；小組協(xié)作中的分工協(xié)調(diào)與創(chuàng)意融合。四、課程核心原則1.做中學原則：以實踐任務為導向，讓學生在動手搭建、編程調(diào)試中主動獲取知識，避免單純理論講解。2.分層教學原則：根據(jù)學生能力差異設計基礎任務與拓展任務，基礎任務確保全員掌握，拓展任務滿足進階需求。3.問題驅(qū)動原則：通過設置“任務挑戰(zhàn)”“故障排查”等問題場景，激發(fā)學生主動思考、解決問題的能力。4.創(chuàng)意優(yōu)先原則：鼓勵學生在基礎模型上進行個性化改造，尊重并引導學生的創(chuàng)新想法，不局限于固定搭建方案。五、課程安排（12次課，分四階段）第一階段：基礎搭建入門（第1-3課）——積木與機械結構認知第1課：樂高機器人初識——組件認知與基礎搭建1.導入（15分鐘）（1）興趣激發(fā)：播放樂高機器人比賽視頻、創(chuàng)意作品展示（如自動搬運機器人、跳舞機器人），提問“這些機器人能做什么？是由什么組成的？”引發(fā)思考。（2）課程介紹：講解課程四個階段的核心內(nèi)容，展示本節(jié)課目標“認識機器人組件，搭建第一個簡單模型”，明確小組分工（每組設“搭建員”“記錄員”）。2.核心教學（60分鐘）（1）組件認知：教師展示樂高機器人套裝，逐一介紹主機、電機、基礎積木（梁、軸、銷、齒輪）的名稱與功能，演示積木連接方法（如軸與梁的固定、銷的插入技巧）。（2）基礎搭建示范：以“簡易小車”為例，分步演示搭建流程：①搭建車架（用梁和軸組成穩(wěn)定框架）；②安裝車輪（輪軸連接，確保轉動靈活）；③固定把手（便于推動），強調(diào)“對稱搭建”“結構穩(wěn)定”的要點。（3）小組實踐：各組按照示范搭建簡易小車，教師巡回指導，重點解決積木連接不牢固、車輪卡頓等問題；記錄員記錄搭建步驟及遇到的問題。3.總結與拓展（15分鐘）（1）作品展示：每組展示簡易小車，推動測試穩(wěn)定性，教師點評優(yōu)缺點（如“車架對稱，車輪轉動靈活，很棒”“這里積木松動，需要增加銷固定”）。（2）拓展任務：讓學生嘗試給小車添加“裝飾部件”（如用積木搭建車頭），培養(yǎng)創(chuàng)意意識；布置作業(yè)：觀察生活中的機械結構（如自行車車輪、門把手），記錄其特點。第2課：機械結構基礎——杠桿與輪軸的應用1.復習導入（15分鐘）（1）回顧：提問上節(jié)課組件名稱及簡易小車搭建要點，展示學生作業(yè)中的機械結構觀察記錄，進行分享點評。（2）主題導入：演示“蹺蹺板”“羊角錘”實物，引出“杠桿”概念；演示“車輪”“螺絲刀”，引出“輪軸”概念，講解其在機器人中的作用（如省力、改變運動方向）。2.核心教學（60分鐘）（1）結構原理講解：用白板畫圖展示杠桿的支點、動力臂、阻力臂，輪軸的輪與軸的關系，結合生活案例說明其應用（如杠桿——機械臂夾取物體，輪軸——小車車輪轉動）。（2）模型搭建示范：①演示“杠桿機械臂”搭建：用梁作為杠桿，固定支點，一端安裝“夾爪”，另一端通過推動控制夾爪開合；②演示“輪軸小車”優(yōu)化：將上節(jié)課的小車車輪替換為大輪軸，測試推動難度變化（更省力）。（3）小組實踐：各組選擇“杠桿機械臂”或“輪軸小車”進行搭建，教師指導結構穩(wěn)定性調(diào)整（如支點固定位置、輪軸與車架連接）；記錄員記錄結構原理及搭建心得。3.總結與拓展（15分鐘）（1）功能測試：每組測試機械臂夾取小物體（如積木塊）、輪軸小車推動省力效果，教師點評結構設計合理性。（2）拓展思考：“如何讓機械臂夾取更穩(wěn)固？”引導學生思考優(yōu)化方向（如增加夾爪長度、調(diào)整支點位置）。第3課：傳動結構入門——齒輪傳動的應用1.復習導入（15分鐘）（1）回顧：通過“結構猜猜看”游戲，教師描述結構特點（如“有支點，能繞支點轉動”），學生回答對應機械結構（杠桿）。（2）主題導入：展示鐘表內(nèi)部齒輪、自行車鏈條傳動模型，提問“這些零件如何讓物體轉動起來？”引出“齒輪傳動”主題。2.核心教學（60分鐘）（1）齒輪傳動原理：教師演示不同齒數(shù)齒輪的嚙合轉動，講解“同向轉動”“反向轉動”“變速效果”（大齒輪帶動小齒輪加速，小齒輪帶動大齒輪減速），用白板記錄齒輪傳動規(guī)律。（2）傳動模型搭建：演示“齒輪傳動小車”搭建：在簡易小車基礎上，安裝兩個嚙合齒輪，連接車輪與動力軸，講解齒輪安裝要點（對齊嚙合、固定牢固）。（3）小組實踐：各組搭建齒輪傳動小車，測試不同齒輪組合（大帶小、小帶大）的車速變化，記錄員記錄測試數(shù)據(jù)（如“大帶小，車輪轉得快”）；教師指導解決齒輪嚙合不順暢、松動等問題。3.總結與拓展（15分鐘）（1）數(shù)據(jù)分享：各組分享測試數(shù)據(jù)，教師總結齒輪傳動的變速規(guī)律。（2）階段回顧：梳理前3課機械結構知識（杠桿、輪軸、齒輪），展示下階段目標（結合電機與傳感器），激發(fā)學習興趣。第二階段：機械與電子結合（第4-6課）——電機與傳感器應用第4課：動力系統(tǒng)搭建——電機與主機連接1.導入（15分鐘）（1）問題導入：展示上節(jié)課搭建的齒輪傳動小車，提問“如何讓小車不用手推自動前進？”引出“電機”“主機”等動力組件。（2）組件講解：教師介紹電機（提供動力）、主機（控制核心）的功能，演示主機開機、充電、端口識別等基礎操作。2.核心教學（60分鐘）（1）連接方法：演示電機與主機的有線連接（對應端口插入），強調(diào)“輕插輕拔，避免損壞端口”；講解電機正轉、反轉的基本原理。（2）動力小車搭建：①在齒輪傳動小車基礎上，演示電機安裝：固定電機位置，將電機軸與齒輪傳動系統(tǒng)連接，確保動力傳遞順暢；②測試連接：開機后手動控制電機轉動，檢查車輪是否隨之轉動。（3）小組實踐：各組搭建動力小車，完成電機與主機連接，測試動力傳遞效果；教師重點指導電機固定位置（避免傳動卡頓）、端口連接正確性。3.總結與拓展（15分鐘）（1）故障排查：針對部分小組“電機轉動但車輪不動”等問題，引導學生分析原因（如齒輪未嚙合、電機固定松動），共同解決。（2）預告：下節(jié)課將學習編程控制電機，實現(xiàn)小車自動前進、后退。第5課：傳感器認知——距離與顏色傳感器應用1.導入（15分鐘）（1）情景導入：提出任務“如何讓小車遇到障礙物自動停下？”“如何讓小車識別紅色物體并靠近？”引出“傳感器”概念，說明其作用是“讓機器人感知周圍環(huán)境”。（2）傳感器介紹：展示距離傳感器（檢測物體距離）、顏色傳感器（識別顏色、亮度），講解其工作原理（如距離傳感器通過發(fā)射紅外線測距），演示傳感器與主機的連接方法。2.核心教學（60分鐘）（1）傳感器搭建示范：①在動力小車上安裝距離傳感器：固定傳感器位置（車頭前方，確保檢測無遮擋），連接主機對應端口；②安裝顏色傳感器：固定在小車側面，調(diào)整高度便于檢測地面顏色。（2）基礎功能測試：開機后，用手遮擋距離傳感器，觀察主機數(shù)據(jù)顯示；用不同顏色卡片靠近顏色傳感器，觀察數(shù)據(jù)變化，讓學生直觀感受傳感器的檢測功能。（3）小組實踐：各組為動力小車安裝距離或顏色傳感器（二選一），完成連接與基礎測試；記錄員記錄傳感器檢測到的數(shù)據(jù)變化規(guī)律。3.總結與拓展（15分鐘）（1）功能分享：各組展示傳感器安裝效果，描述檢測到的現(xiàn)象（如“手靠近距離傳感器，數(shù)據(jù)變小”）。（2）思考：如何通過編程讓傳感器數(shù)據(jù)控制電機轉動？第6課：機械與電子整合——避障小車搭建1.導入（15分鐘）（1）任務發(fā)布：發(fā)布“避障小車”任務——小車前進時遇到障礙物自動停下，3秒后后退轉彎，避開障礙物。（2）方案討論：引導學生討論實現(xiàn)思路：“需要動力小車+距離傳感器，通過編程關聯(lián)兩者”，明確本節(jié)課搭建目標。2.核心教學（60分鐘）（1）整合搭建示范：回顧動力小車、距離傳感器安裝要點，演示完整避障小車搭建流程，強調(diào)傳感器與電機的位置協(xié)調(diào)（避免互相遮擋）。（2）小組實踐：各組搭建避障小車，完成電機、距離傳感器與主機的連接，進行基礎調(diào)試（如傳感器檢測范圍調(diào)整、電機動力測試）；教師巡回指導，確保各組件功能正常。（3）預編程講解：簡單介紹編程軟件界面，說明下節(jié)課將編寫“檢測到障礙物→電機停止”等指令。3.總結與拓展（15分鐘）（1）搭建驗收：每組展示避障小車，教師檢查組件連接與功能完整性。（2）問題收集：記錄各組在搭建中遇到的難點，為下階段編程教學做準備。第三階段：編程入門與應用（第7-9課）——編程邏輯與調(diào)試第7課：編程基礎——指令與編程軟件操作1.導入（15分鐘）（1）類比導入：用“交通信號燈”類比編程指令——紅燈停、綠燈行，說明編程就是“給機器人設定規(guī)則和步驟”。（2）軟件演示：打開樂高編程軟件（如SPIKEApp），介紹界面組成（指令區(qū)、編程區(qū)、連接區(qū)），演示主機與軟件的藍牙連接方法。2.核心教學（60分鐘）（1）基礎指令講解：介紹“電機控制指令”（前進、后退、轉彎、停止，設置速度、時間）、“等待指令”（等待指定時間），用拖拽方式演示指令組合（如“電機前進2秒→停止”）。（2）編程演示與測試：①連接上節(jié)課搭建的動力小車，編寫“前進3秒→后退2秒→停止”程序，發(fā)送到主機并運行測試；②講解調(diào)試方法：若小車前進方向相反，調(diào)整電機端口連接或指令中的“正轉/反轉”參數(shù)。（3）小組實踐：各組連接自己的動力小車，編寫簡單程序（如“前進1秒→左轉1秒→前進1秒”），反復測試調(diào)試；教師指導指令拖拽、參數(shù)設置、故障排查（如程序無法發(fā)送，檢查藍牙連接）。3.總結與拓展（15分鐘）（1）程序分享：各組展示編寫的程序及運行效果，教師點評指令邏輯合理性。（2）拓展任務：嘗試編寫“不同速度的前進”程序，感受速度參數(shù)對小車的影響。第8課：編程進階——循環(huán)與條件判斷1.導入（15分鐘）（1）問題導入：提出任務“讓小車持續(xù)前進，直到遇到障礙物再停止”，提問“如果只用水滴指令，需要拖拽很多個前進指令，有沒有更簡單的方法？”引出“循環(huán)指令”；再問“如何讓小車根據(jù)障礙物情況決定是否停止？”引出“條件判斷指令”。（2）指令講解：演示循環(huán)指令（重復執(zhí)行指定次數(shù)或一直執(zhí)行）、條件判斷指令（如果滿足條件則執(zhí)行對應操作，如“如果距離傳感器檢測到障礙物→電機停止”）的圖標與用法。2.核心教學（60分鐘）（1）程序編寫示范：①編寫“循環(huán)前進”程序：用“一直循環(huán)”包裹“電機前進”指令，讓小車持續(xù)前進；②編寫“避障基礎程序”：用“如果距離傳感器檢測距離＜10cm→電機停止”指令，結合循環(huán)實現(xiàn)持續(xù)檢測避障。（2）小組實踐：各組用自己的避障小車編寫程序，實現(xiàn)“持續(xù)前進→檢測到障礙物停止”功能，再嘗試優(yōu)化為“停止后后退轉彎”；教師重點指導條件判斷的參數(shù)設置（如距離閾值）、循環(huán)與條件指令的組合邏輯。（3）調(diào)試指導：針對“小車未檢測到障礙物就停止”“檢測到后不反應”等問題，引導學生檢查傳感器位置、程序參數(shù)（如距離閾值設置過大或過?。?。3.總結與拓展（15分鐘）（1）調(diào)試分享：各組分享調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法（如“調(diào)整距離閾值為8cm后，檢測更準確”）。（2）思考：如何讓小車繞過障礙物后繼續(xù)前進？第9課：傳感器編程——數(shù)據(jù)應用與程序優(yōu)化1.導入（15分鐘）（1）任務升級：發(fā)布“智能循跡小車”任務——讓安裝了顏色傳感器的小車沿著黑色線條前進，偏離后自動修正方向。（2）思路分析：引導學生討論“顏色傳感器如何識別線條？”“如何根據(jù)顏色數(shù)據(jù)控制電機轉彎？”明確“讀取傳感器數(shù)據(jù)→判斷位置→控制電機”的邏輯鏈。2.核心教學（60分鐘）（1）傳感器編程演示：①演示讀取顏色傳感器數(shù)據(jù)：將傳感器對準黑色、白色區(qū)域，記錄對應數(shù)據(jù)范圍；②編寫循跡程序：“如果檢測到黑色（數(shù)據(jù)在XX范圍內(nèi)）→電機直行；如果檢測到白色（數(shù)據(jù)在XX范圍內(nèi)）→左側電機減速，右側電機加速（右轉修正）”。（2）小組實踐：各組為自己的循跡小車（或避障小車升級）編寫程序，在教室預設的黑色線條軌道上測試，反復調(diào)整傳感器數(shù)據(jù)閾值、電機速度參數(shù)；記錄員記錄調(diào)試過程中的參數(shù)變化與效果。（3）程序優(yōu)化：引導學生思考“如何讓小車轉彎更平穩(wěn)？”，嘗試調(diào)整電機速度差、增加“等待指令”緩沖。3.總結與拓展（15分鐘）（1）成果展示：各組在軌道上演示循跡小車，評選“最穩(wěn)循跡小車”。（2）階段回顧：梳理編程核心邏輯（指令、循環(huán)、條件、傳感器數(shù)據(jù)），為綜合創(chuàng)作做準備。第四階段：綜合創(chuàng)作與展示（第10-12課）——創(chuàng)意與協(xié)作第10課：主題創(chuàng)意構思——小組項目規(guī)劃1.導入（15分鐘）（1）創(chuàng)意啟發(fā)：展示樂高機器人綜合作品（如自動分揀機器人、救援機器人、娛樂機器人），講解其功能與設計思路。（2）主題發(fā)布：公布綜合創(chuàng)作主題“未來生活小幫手”，要求機器人具備至少2個功能（如“搬運+避障”“分揀+計數(shù)”“循跡+播報”），需結合搭建與編程。2.核心教學（60分鐘）（1）小組討論：各組確定作品主題（如“自動整理積木機器人”“智能快遞搬運機器人”），討論功能設計、所需組件（電機、傳感器類型）、分工方案（搭建組、編程組、調(diào)試組、展示組）。（2）方案設計：各組用繪圖工具繪制作品結構草圖、編寫編程邏輯流程圖，明確搭建步驟（如“先搭建車架→安裝搬運機械臂→連接電機與傳感器”）和編程模塊（如“避障模塊+搬運控制模塊”）。（3）方案審核：教師逐一審核各組方案，提出優(yōu)化建議（如“機械臂需要增加穩(wěn)定性，建議增加支撐梁”“編程邏輯可增加循環(huán)檢測，提升可靠性”）。3.總結與準備（15分鐘）（1）任務分配：各組明確下次課的搭建與編程任務分工，確保每人參與。（2）材料準備：教師根據(jù)各組方案，補充所需特殊積木或組件。第11課：綜合創(chuàng)作實踐——搭建與編程整合1.導入（10分鐘）（1）進度說明：明確本節(jié)課核心任務是完成作品搭建與初步編程，教師將巡回提供技術支持。（2）協(xié)作提醒：強調(diào)小組內(nèi)溝通的重要性，如搭建組與編程組需同步確認電機、傳感器的連接端口，確保編程時對應正確。2.創(chuàng)作實踐（70分鐘）（1）搭建實施：各組按照草圖進行作品搭建，重點關注結構穩(wěn)定性（如機械臂承重、車架平衡）、組件兼容性（電機與傳動系統(tǒng)匹配）；教師針對搭建難點（如復雜連桿結構）提供示范指導。（2）編程實施：編程組根據(jù)邏輯流程圖編寫程序，分模塊調(diào)試（如先調(diào)試避障功能，再調(diào)試搬運功能），再進行整合測試；教師幫助解決復雜編程邏輯問題（如多傳感器數(shù)據(jù)融合、多電機協(xié)同控制）。（3）問題解決：針對“搭建與編程不匹配”（如傳感器位置影響檢測效果）等問題，引導小組共同調(diào)整搭建結構或編程參數(shù)。3.進度總結（10分鐘）（1）進度檢查：各組匯報作品完成情況（如“搭建完成80%，避障程序調(diào)試完成”）。（2）調(diào)整計劃：對未完成部分，明確下節(jié)課的重點攻堅任務。第12課：作品優(yōu)化與展示——總結與表彰1.優(yōu)化完善（30分鐘）（1）細節(jié)優(yōu)化：各組對作品進行細節(jié)調(diào)整，如美化外觀（添加裝飾積木）、優(yōu)化程序（減少卡頓、增加提示音）、提升穩(wěn)定性（加固易松動部位）。（2）展示準備：各組準備展示文案，包括作品名稱、設計理念、功能介紹、分工情況、遇到的困難及解決方法，制作簡單的展示牌。2.作品展示與交流（40分鐘）（1）小組展示：每組派代表上臺展示作品，演示功能，講解設計思路與創(chuàng)作過程（5分鐘/組）；其他同學可提問（如“你們的機器人如何實現(xiàn)自動分揀的？”）。（2）互評環(huán)節(jié)：設置“最佳創(chuàng)意獎”“最佳功能獎”“最佳協(xié)作獎”，由學生投票與教師評分結合選出獲獎小組。3.課程總結與表彰（20分鐘）（1）課程回顧：教師總結12次課的核心知識點（機械結構、編程邏輯、傳感器應用），展示學生從“基礎搭建”到“綜合創(chuàng)作”的進步歷程。（2）表彰頒獎：為獲獎小組頒發(fā)證書與小獎品（如樂高積木小套裝），為所有學生頒發(fā)“樂高機器人創(chuàng)意工程師”結業(yè)證書。（3）拓展建議：推薦樂高機器人進階學習資源（如官方課程、機器人比賽信息），鼓勵學生繼續(xù)探索創(chuàng)意。六、教學方法1.示范教學法：教師精準演示搭建步驟、編程操作，強調(diào)關鍵細節(jié)（如齒輪嚙合、指令組合），便于學生模仿入門。2.任務驅(qū)動法：以“簡易小車→避障小車→循跡小車→綜合作品”等階梯式任務為核心，激發(fā)學生學習動力，確保知識逐步遞進。3.小組協(xié)作法：4人一組分工合作，培養(yǎng)學生的溝通、分工與互補能力，在解決問題中實現(xiàn)思維碰撞。4.問題導向法：通過設置“故障排查”“功能優(yōu)化”等問題場景，引導學生主動分析