十四中学乐高机器人科技创新实验室配置方案及课程介绍一、概述多年来，中国的教育界一直以加强学生素质教育为核心，探索和实践着教育改革的方向和途径。全国基础教育工作会议的召开，对全面推进素质教育提出了十分明确的要求，课程教材改革在推进素质教育、培养21世纪技能的重要作用已经成为全国上下的共识。我们引入了以乐高教育为主的教育解决方案，它是长期以来与世界各国教育界密切合作，不断探究和开发出最先进的教育方案，并在25年的教学实践中获得成功应用，受到世界各国教育界的广泛接受和推崇。乐高教育在世界各地教育界的应用中已逐步形成了自身的符合这些教育理念的可持续发展的优秀平台。我们提供的教育解决方案确保学生获得快乐和有效的学习。教师在教学过程中将“指导”和“建构”的理念相互结合，这将帮助教师在学生以团队为单位来共同解决问题的课堂上，扮演顾问型的指导者，而不是灌输者。二、建立乐高创新实验室的意义随着素质教育的推进和新课程新教材的改革，在各个学科的教学中对学生动手操作、动手实验的要求越来越多，因此除了常见的物理实验室、化学实验室、生物实验室，各个学校还建立了很多新课程的实验室，例如科学（自然）实验室、信息技术实验室、劳技实验室、通用技术实验室、探究实验室。这些新课程的实验室由于建设时间较短，并没有形成统一的标准，实验室的设备配置区别很大。乐高教育平台可以很好的在这些课程上使用，而且如果在这些实验室里都有乐高设备，那么教师在教学的时候，学生在学习的时候就会非常的方便。乐高创意实验室是基于乐高教育设备建立的综合性实验室，在这个实验室中可以开展多门学科的教学，学校可以根据需要将这个实验室变为科学实验室、信息技术实验室、探究实验室、通用技术实验室，等等。乐高创新实验室也是一个机器人实验室，在目前机器人活动蓬勃发展的时候，建立一个乐高机器人实验室，会对学校的机器人活动开展带来很大的便利，也会对学生参加各类机器人大赛带来便利。三、《科学与技术》课程总目标1、通过科学课程的学习，知道与周围常见事物有关的浅显的科学知识，并能应用于日常生活，逐渐养成科学的行为习惯和生活习惯；2、了解科学探究的过程和方法，尝试应用于科学探究活动，逐步学会科学地看问题、想问题；3、保持和发展对周围世界的好奇心与求知欲，形成大胆想象、尊重证据、敢于创新的科学态度和爱科学、爱家乡、爱祖国的情感；4、亲近自然、欣赏自然、珍爱生命，积极参与资源和环境的保护，关心科技的新发展。四、《科学与技术》课程分目标五、学习建议(一)把科学课程的总目标落实到每一节课。把科学探究、情感态度与价值观的目标有机地和科学知识目标结合在一起。(二)把握学生科学学习特点，因势利导。科学课程最基本的特点是从儿童身边的自然事物开始学习活动，以形成对自然进行探究的态度、技能和获取关于自然的知识。(三)用丰富多彩的亲历活动充实教学过程。通过这些活动的教学，可以让学生亲身体验一次科学发现、科学探究、科学创造的过程。(四)让探究成为科学学习的主要方式。六、让探究成为科学学习的主要方式建议：　　1.教学中应注意对学生进行发散性提问题的训练，一般安排在探究活动的起始阶段。　　2.鼓励学生大胆猜想，对一个问题的结果作多种假设和预测。　　3.教育学生在着手解决问题前先思考行动计划，包括制定步骤、选择方法和设想安全措施。　　4.注意搜集第一手资料，教会学生观察、测量、实验、记录、统计与做统计图表的方法。　　5.注意指导学生自己得出结论，教师不要把自己的意见强加给学生。　　6.组织好探究后期的研讨，引导学生认真倾听别人的意见。 七、乐高创新实验室器材配置实施方案1.机器人竞赛、教学配置清单该实验室配置按照全日制学校，每个创新班级20人左右，2人一个小组，并留一套教师设备进行配置。根据各年级学生的特点，设计了机械工程课程、NXT蓝牙机器人课程、NXT蓝牙机器人数采分析课程和机器人创新课程，能够满足不同阶段学生在科技学习和创新上的需要。品名型号产品描述数量《简易机器人制作》基础套装GT2503包括各种型号的轮子、齿条、链条、万向节、离合齿轮、差速齿轮、梁、板、条、片、连杆、起子、齿轮箱等技术组件400多个，配有两个零件分类盘。1个32 位 ARM7 微处理器(256 K 闪存, 64K 内存)的微型电脑；3个空载电流为60mA,速度为170rmp，满负荷电流为2A，最大扭力为50N.cm的伺服马达、2个端带有十字孔，方便我们安装和制作缓冲器的触动传感器；1个可以从红外发射管的反射光来读取周围环境光的强度的光电传感器；1个能测量普通声音（dB）和用A 计权测量分贝(dBA)，测量范围为0-100 分贝的声音传感器；1个测量范围在0-255cm 之间,检测误差 /-3cm,检测角度150 度的超生波传感器、1块1400mAH,兼容原有乐高A/C变压器,可充电时间:最多4小时(0到全满)的锂电池；1个9V稳压电源的充电器、多条导线等10《简易机器人制作》高级套装GT2504含1000 多个组件，包括：各种型号的轮子、齿条、链条、万向节、离合齿轮、差速齿轮、梁、板、条、片、连杆、起子、齿轮箱等技术组件；NXT电子组件包括1 个微型电脑、3 个伺服马达、2 个触动传感器、1 个光电传感器、1 个声音传感器、1 个超声波传感器、3 盏灯、1 块锂电池、、1个充电器、多条导线等；单片机组件包括AT89C2051单片机、面包板、三极管、按钮开关、蜂鸣器、电阻、继电器、电解电容、晶振、光敏电阻、干簧管、发光二极管、镊子等；第三方传感器组件，包括指南针传感器、飞眼传感器、颜色传感器、加速度传感器等。2机器人套装备件库9695这套备件套装支持NXT蓝牙机器人套装去搭建更多样的机器人模型，也可以与科学与技术中的套装共同搭配使用。套装提供了更多的梁、轴、连接件及更多种特殊组件，如起重机吊钩、履带等。各种积木被分类归放在乐高蓝色储物盒的分类盘中。可以配合参加机器人竞赛。10《技术与设计2》学生标准套装GT2301包括各种板、砖、梁、齿轮、齿条、滑轮、凸轮、杠杆、轮子、皮带、蜗杆、减速箱、轴、轴套、马达，电池盒电子组件等。气动力套装由气泵、储气罐、气压表、气缸、气阀、输气管等部件组成。10《技术与设计2》教师标准套装GT2402包括各种板、砖、梁、齿轮、齿条、滑轮、凸轮、杠杆、轮子、皮带、蜗杆、减速箱、轴、轴套、马达，电池盒电子组件等。气动力套装由气泵、储气罐、气压表、三通活塞、输气管等部件，WEDO传感器等装置和软件组成。2绿色城市套装9594作为竞赛入门套装有1365 个乐高元件，还包括六个训练垫、两个测试垫、双锁胶带，用来搭建1 2 个测试模型。训练垫是学生学习的区域，依照训练活动中的描述，进行搭建及编程技能训练，测试模型可以结合测试垫进行测试使用。2FLL机器人工程挑战赛场地中国科协、中央电教馆及国际FLL工程挑战赛专用场地，包含一张3M场地垫，一套道具零件。1气动力套装9641含有1个气压表（可承受的压力是0—60磅/平方英寸，相当于0—413.4千帕斯卡）1个大的手动气泵、1个小的电动气泵（不含电机），2个大气缸、1个储气罐、3个阀门、5个三通以及1套气管，可以组成1 套完整的气动力系统2可再生能源套装9688包括一个太阳能板，六个叶片，一个高速马达/发电机，LED灯，一个扩展导线和一个特殊LEGO能源测量表，当连接NXT的时候与一个传感器相连，能量测量表可以收集以下数据：输入/输出 伏特、安培、瓦特和能量储存水平以焦耳显示。这些数据可以被使用在编程中或在数据窗中显示。 完成能源实验有：太阳能、风能和水能的发电，储存和能量运用等，还配有搭建手册一套。2NXT教育软件200080使用LabView 引擎开发的图形化编程软件，针对NXT机器人使用。功能强大、简单易用。1MATRIX 基础套装MX1000材料：铝合金孔间距：0.8cm梁：3孔/5孔/7孔/9孔/21孔/29孔/37孔板:3x3/3x5/3x7/3x9/5x5/9x21折边板:3x3/3x7/3x9/3x5连接器:直连接器/2D连接器/3D连接器轴:52毫米/80毫米/132毫米/152毫米支撑杆:16毫米/32毫米轴垫片:4毫米/8毫米齿轮:24齿/40齿/56齿平梁:3孔/5孔/9孔/11孔2MATRIX 备件套装MX1100材料：铝合金孔间距：0.8cm2MATRIX XL备件套装MX1200材料：铝合金孔间距：0.8cm22013 MATRIX 竞赛包FTC2013马达参数：测试电压9V 直流电无负载速度196转/分钟～265转/分钟无负载电流最大330微安齿轮比27:1失速扭矩780克厘米±15%耐压特性500V交流电10毫安/秒失速扭矩16.8千克厘米堵转电流5800毫安最大输出：扭矩8.75千克厘米电流2.85安输出10.33瓦速度115转/分钟2绿色城市教师用书用于教师教学绿色城市使用14绿色城市学生用书用于学生学习绿色城市使用14计算机联想用于学生编程10计算机桌椅10学生椅40机器人实验桌尺寸1.5M*1.5M10授课多媒体系统教师机、电子白板、投影、展台、功放、音箱、话筒、讲桌、教师椅1套储物柜放置机器人零配件10个以上设备可以满足参加各类机器人创意比赛、机器人常规比赛、FLL工程挑战赛、机器人搜救、机器人舞蹈、机器人足球的需求，同时能兼顾教学，满足不同阶段学生在科技学习和创新上的需要。2、第一阶段：以“绿色城市”为教学主题，实施校本课程“绿色城市”课程设计是以主题教学为基调，契合五大概念：未来家居、绿色生活、快乐教育、智慧通讯和畅游世界。 乐高教育以”做中学”理念、课程、器具为基础，引进国际课程资源，结合环保、绿色、教育、信息和能源等五个科学主题，针对国内教育现况，规划本系列课程做为中、小学校本课程实施方案。通过绿色城市培训课程，不但培养了中小学生对机器人课程的兴趣，并且提高中小学生动手操作的能力，弥补学校教育对素质教育的缺口，增强机器人活动技术能力，提高机器人教育水平和学生学习的热情。 此外，“绿色城市”课程还可对接学校科学类课程，大大增强了课程和器材的灵活性。第二阶段：全面提升学生科学素养对于高年级阶段的学生：由于学业压力，不能以校本课的形式来开展，但考虑到实施素质教育的教学目的，为了孩子们素质教育全方位的发展，可以以机器人兴趣小组的形式进行教学工作，让那些机器人爱好者有更多机会来接触、了解、认识和探索机器人的奥秘，培养学生对科学技术兴趣和创新意识，为国家培养科技创新人才。第三阶段：走向国际；展现实力；争取荣誉随着智能技术突飞猛进的发展、教育理念的不断更新，作为综合了人工智能、计算机、自动控制、图像处理、传感器及信息融合、精密机构、无线通讯、机械电子学和新材料等前沿科技的机器人技术也在为教育改革贡献自己的力量。为了推动机器人技术的发展，培养学生创新能力，在全世界范围内相继出现了一系列的机器人竞赛，FLL工程挑战赛、FTC机器人竞赛、WRO世界机器人奥林匹克竞赛等，其他小型的机器人赛事更是数不胜数。提供竞赛平台：针对在机器人方面有特长的学生可以针对性的来培养，成立一只具备优秀机器人素质的竞赛班，专门参加乐高组织的机器人比赛，包括省赛、全国赛及世界大赛，不仅可以加强学校与其他外校师生的交流，而且可以通过比赛获得名次为学校争得荣誉。第四阶段：突出学校特色，展现区域影响力在竞赛平台上为学校争取荣誉同时，将机器人校本课程建设成为全市乃至全省校本课开展的示范院校，包括样板室建设，器材管理，师资建设，课程设置等，将学校建设成为真正的素质教育强校，培养更多的优秀的科学技术人才。对外交流活动的开展a、通过绿色城市培训的开展，组织绿色城市相关主题竞赛以竞赛为平台，组织冬、夏令营活动，促进对外交流活动的开展。b、以比赛为平台，促进对外交流活动与当地市科协、电教馆联合举办国内机器人选拔赛，将该校作为区域乃至全市或全省比赛指定单位之一。c、促进学校本课程的开展以绿色城市比赛为平台，在该地区学校中推广绿色城市课程，协助中学建立校本课程体系。教师培训基地建设a、将学校建设成为地区技术教育教师培训基地。进一步推广教育部二期项目，把该校作为该地区又一技术教育教师师资培训基地，承担区域技术教育教师的培训工作。b、将学校建设成为该区域机器人辅导教师及比赛裁判员培训基地。将学校建设成为该地区机器人教师培训基地及裁判员培训定点场所。绿色城市校本课程建设方案课程介绍：本系列课程，共有16个主题32课时，适合中小学生一学年每周一次的学习。课程设计由浅入深、循序渐进，让学生在有趣的游戏任务中自然学习完成机器人制作设计的结构、编程和控制，使学习者从接触科技到了解科技进而运用科技，并锻炼学习者解决问题之能力。课程名称章节主题内容课时安排绿色城市1认识机器人22编程软件23向前驱动 24检测触摸 25检测距离26检测暗线27触摸红球 28跟随线路 29校准传感器210涡轮机运转211安装太阳能212机器人绕行213垃圾分类214关上水坝215安装烟囱216活力城市2教学目标：学习者通过“绿色城市”主题课程学习，可以达到在搭建、探索、调查、思考和相互沟通的过程中，综合性的锻练德、智、体、美四育并重的学习目标。“绿色城市” 主题课程所涉及到的学科知识和技能综述如下：科学:调查速度、探索摩擦力的作用，调查研究简单的机器，发展科学测试的技能，有目的的质询和思考问题，预测和测量，收集数据和得出结论。技术:设计、搭建、测试和评估模型解决方案，适应实际需要。选择恰当的材料和步骤：使用二维手册开发对技术的理解；识别技术组件，创造三维操作模型；给机器人编程执行任务；团队合作。工程:调查研究和测试变量时使用工程设计的步骤。数学:在科技领域运用数学知识；测量距离、时间和质量；计算速度、重量和功效；使用图表做媒介呈现预测和测量结果，画表格解释数据；用不正式的方法计算比率。读写能力:调查研究、书写和描述技能是调查设计中所有的元素。绿色城市套装简介：1365个零部件，配合9797机器人套装使用，可实现20多个实验案例，包括场地纸。场景布局3、竞赛项目介绍在目前国内国际众多的机器人竞赛中，适合初中学生参加，并且使用乐高平台也比较容易参与的有以下这些：1)中国青少年机器人大赛该项赛事由中国科协主办，从2001年至今已经连续举办了九届了，是国内规模最大，项目最多的一项赛事。大多数省市需要进行选拔。推荐项目：FLL工程挑战、机器人创意、基本技能、机器人足球网址：http://robot.xiaoxiaotong.org/2)全国中小学生电脑制作活动该项赛事由教育部指导，中央电化教育馆等单位主办，从2000年至今已经连续举办了十届了。目前大多数省市都通过选拔赛推选队伍。推荐项目：FLL工程挑战网址：http://www.huodong2000.com.cn/news/dsj/index.html 3)全国青少年科技创新大赛该项赛事由中国科协、教育部、科技部、国家发展改革委、环境保护部、国家体育总局、共青团中央、全国妇联、国家自然科学基金委员会等机构共同举办，是目前国内规格最高的青少年科技赛事。推荐项目：工程类创意网址：http://castic1.xiaoxiaotong.org/index.aspx 4)WRO国际奥林匹克机器人大赛2003年11月，由中国、日本、韩国和新加坡等国家发起并成立了WRO国际奥林匹克机器人竞赛委员会，希望通过主办一年一度的WRO国际奥林匹克机器人竞赛活动，为国际青少年机器人爱好者提供一个共同的学习平台，现有22个成员国。WRO世界机器人奥林匹克竞赛分别于2004新加坡、2005年泰国曼谷、2006年中国南宁、2007中国台北、2008年日本横滨成功举办过五届，成为了每年一度的世界青少年科技文化交流盛会。第六届WRO世界机器人奥林匹克竞赛于2009年11月在韩国举行。参赛队伍需要先参加每年8月的中国选拔赛，获得优胜的队伍可以代表中国参加国际赛。推荐项目：常规赛、创意赛网址：http://www.nsitp.com/wro/ 5)FLL国际锦标赛FLL是FIRST机构与乐高集团组成的一个联盟组织 。由发明家 Dean Kamen创立的 FIRST机构目的是激发青少年对科学与技术的兴趣。 FIRST LEGO? League是1998年由FIRST机构和LEGO集团组建的一个针对9-14岁孩子的国际比赛项目。该项赛事每年9月公布赛事内容，次年4～5月在美国和欧洲各举办一次国际赛。每年2月的FLL华东、华北、华南选拔赛会选拔队伍参加这两项国际赛事。推荐项目：FLL工程挑战赛（机器人表演、技术答辩、论文答辩、团队展示）网址：http://www.semia.com/fll/6)国际青少年机器人世界杯比赛（RoboCup Junior, RCJ）国际青少年机器人世界杯比赛（RoboCup Junior, RCJ）是国际机器人世界杯比赛（RoboCup）的重要组成部分。目标是通过组织机器人比赛，来推动世界范围内的机器人研究和教育。RoboCup的教育和普及理念主要是通过RCJ活动来实现的。目前，RCJ虽然是RoboCup的组成部分，但是组织管理相对独立。RCJ国际理事会是最高管理机构，负责相关的一切技术问题，管理问题，以及世界范围内的推广和普及。今天，RCJ国际理事会已经在全世界超过30个国家建立了相应的分支机构，并由这些分支结构代表RCJ国际理事会在各自国家开展RCJ相关活动。推荐项目：机器人救援、机器人舞蹈、机器人足球网址：http://www.sycste.org/RCJC/4、乐高创新实验室装修与教师的要求乐高创新实验室是一个具有特殊价值的实验室，为了能够更好发挥它的功能与作用，在实验室的装修与布置上，推荐参考以下内容：a)教室硬件要求如下图所示，教室的中间是12张可以移动的实验桌（根据实际需要增减），教学时采用2人一组进行教学，每2人一张实验桌，实验桌可以根据教学需要两两组合，或者4张组合在一起。为了调动学生的学习兴趣，教室装修的时候应该多使用一些色彩，使学生进入教室后更加的轻松和愉悦，能够更好的调动他们的思维。教室的两侧是电脑，按照一组一台进行配置。讲台后面是一个大尺寸的投影屏幕。讲台两侧及教室后部可以放置一些储物柜，用于存放教学设备，和展示学生的作品。在教室两侧的墙壁上还可以张贴一些海报，介绍乐高教育的价值，或者一些在创新教育和机器人教育上的名人。 乐高创新实验室效果图b)活动区域（教室）如下图所示，在教学和比赛训练的时候会可能需要使用到很多的场地和赛台，如果把这些设备放置在教学区域中，会对正常的教续和活动造成一定的影响，而且不便于管理，因此建议在教室中隔出一块活动区域，当然如果能够有另外一间教室作为活动区域那么效果会更好。 c)教师要求学校在建立乐高创新实验室的时候，需要考虑到教师的人选，通常选择年轻的男教师，在学科上选择科学（自然）、劳技、计算机、信息等学科的教师。如果从每个年级中选择一部分学生组成创意班学习，那么就是3个班级，每个班级一周两节课就是6节课。因此要安排好教师的其他课时，建议不超过6节，一共是12节。因为还有很多的机器人竞赛，需要占用大量的时间和精力。