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乐高火星探测车教案

一、教学分析

本课程是一节典型的STEAM教育融合课程，以“火星探测”这一前沿科技主题为驱动，将科学（天文学、物理学）、技术（机械结构）、工程（设计流程）、艺术（造型美学）与数学（对称、比例）有机结合。课程面向中小学生，采用项目式学习（PBL）的方法，旨在通过动手搭建乐高模型的趣味形式，引导学生体验完整的工程设计流程，锻炼其解决问题的能力、团队协作能力和创新思维。

二、教学目标

（一）知识与技能

1.了解火星的基本环境特征以及人类进行火星探测的目的。

2.认识并理解火星探测车的关键结构，如移动系统（车轮）、能源系统（太阳能板）、探测系统（机械臂、摄像头）等的功能。

3.学习并运用基本的机械结构原理（如杠杆、齿轮传动、底盘稳定性）来设计和搭建模型。

（二）过程与方法

1.引导学生经历“提出问题—设计规划—动手搭建—测试优化—展示交流”的完整工程设计过程。

2.培养学生在团队协作中进行有效沟通、合理分工、共同解决问题的能力。

3.通过搭建与测试，锻炼学生的动手操作能力、空间想象能力和逻辑思维能力。

（三）情感、态度与价值观

1.激发学生对宇宙探索、航天科技的浓厚兴趣和好奇心。

2.培养学生面对挑战不畏困难、勇于尝试、乐于创新的科学精神。

3.在项目式学习中体验创造的乐趣和成功的喜悦，增强自信心和成就感。

三、教学重难点

（一）教学重点

引导学生根据火星探测车的任务需求，自主设计并搭建出具备基本功能（移动、探测）的探测车模型。

（二）教学难点

如何在有限的零件和时间内，创造性地解决探测车在模拟火星地面上遇到的实际问题（如越障、抓取），并对模型进行有效的优化迭代。

四、教学准备

1.教具：多媒体课件（包含火星图片、真实火星车视频）、乐高科教器材（每组一套）、模拟火星场景的场地（设置有沙地、石块、小坡道等障碍）。

2.学具：分组学习，每组一套乐高积木、一张设计草图纸、一支笔。

五、教学过程

（一）导入新课：情境创设，激发梦想

1.播放“祝融号”或“毅力号”火星车登陆火星的震撼视频片段。

2.教师提问：“同学们，这颗红色的星球就是火星。为什么我们要花费巨大的人力物力去探索它？火星车在执行任务时，会遇到哪些困难？”

3.引出任务：今天，我们就是一队小小航天工程师，我们的任务是设计并建造一辆属于我们自己的乐高火星探测车，去完成一项神秘的探测任务！

（二）探究与设计：分析任务，绘制蓝图

1.任务发布

（1）主线任务：设计并搭建一辆火星探测车。

（2）具体要求：探测车需具备以下能力：①稳定的底盘和能够适应凹凸不平地面的轮子；②能够越过一个小障碍物；③拥有一个可以活动的机械臂，用于采集“火星岩石样本”（一块指定的乐高砖）。

2.知识建构与头脑风暴

（1）引导学生观察真实火星车的图片和模型，分组讨论：它们的轮子为什么这么奇特？太阳能板有什么用？机械臂是如何工作的？

（2）教师讲解关键知识点：六轮摇臂式悬挂的优势、底盘重心与稳定性的关系、杠杆原理在机械臂中的应用。

3.设计蓝图

各小组根据任务要求和所学知识，进行讨论和分工，并在草图纸上画出自己小组探测车的设计方案，标注出关键结构。

（三）实践搭建：团队协作，化图为物

1.学生根据设计图纸，利用乐高积木开始搭建。教师巡回指导，重点关注：

（1）底盘结构是否牢固。

（2）车轮与车身的连接是否可靠。

（3）机械臂的设计是否巧妙且实用。

2.鼓励学生在搭建过程中随时进行小范围测试，发现问题，及时调整设计方案。

（四）测试与优化：挑战火星，迭代升级

1.各小组将搭建完成的探测车，依次在模拟的火星场地上进行测试，挑战越障和采集样本任务。

2.引导学生观察测试过程，记录成功之处与失败原因（如：车轮容易打滑、底盘太低被卡住、机械臂够不到目标等）。

3.根据测试结果，给予各小组10-15分钟的“版本升级”时间，对自己的探测车进行优化改造。

（五）展示与交流：成果分享，经验共建

1.邀请各小组的代表上台，展示并演示最终版的火星探测车。

2.每位代表需阐述本组的设计理念、探测车的亮点、遇到的最大困难以及最终的解决方案。

3.师生共同评议，从“功能性”“稳固性”“创新性”三个维度进行评价，鼓励为主。

六、教学总结

教师总结：今天，我们每一位小工程师都成功地完成了火星探测任务。这个过程就像真正的科学研究一样，充满了挑战，需要我们不断地思考、尝试、改进和团队合作。希望这堂课能在大家心中种下一颗探索宇宙的种子，未来，真正的火星探测任务也许就由你们来完成！