乐高9686教学课件

乐高简单动力机械教学课件9686第一章认识乐高套装与课程目标9686乐高9686套装是专为教育设计的简单动力机械学习工具，它包含了丰富的零部件，可以帮助为什么学习简单与动力机械？学生理解机械原理并进行创造性实践本套装特别适合8-14岁的学生，通过搭建各种模型来简单机械是现代复杂机械的基础，了解它们的工作原理可以探索简单机械的奥秘培养逻辑思维和空间想象能力在这48节课程中，我们将系统性地学习提高动手实践和创新设计能力•基础机械原理（齿轮、滑轮、杠杆等）•建立物理学和工程学的基础概念•动力传递与转换激发对科学技术的兴趣•问题解决与创新设计•工程思维与团队合作乐高套装全貌展示9686套装总览核心机械部件动力元件乐高9686套装包含396个零件，专为教育领域设计，可支持套装主要包含齿轮、滑轮、杠杆、轮轴等基础机械元件，以及套装配备电机和电池盒，让静态模型转变为动态机械，学生可12-24名学生同时学习套装采用分类储存设计，便于课堂管连接件、轴承、轴和各种结构构件，可以组合成复杂的机械系以观察动力传递过程并测试不同的机械结构效果理和零件查找统套装配件数量明细套装特点齿轮类48个（包括不同尺寸的直齿轮、斜齿轮、锥齿轮）乐高9686不仅提供了丰富的零件，还具有以下教育优势滑轮类32个（包括不同直径的滑轮和皮带）零件色彩分明，便于识别和分类轴与连接件86个结构牢固可靠，适合反复拆装结构构件214个配有详细说明书和教学指导电机与电池盒各1个•可与其他乐高教育系列产品兼容其他配件14个简单机械基础概念什么是简单机械？简单机械如何改变力？简单机械是能改变力的方向、大小或传递力的基本机械装置，是复杂机械的基础古希腊科学家阿基米德最早系统研究了简单机械原理简单机械通过牺牲距离或方向来获得力的优势，遵循能量守恒定律例如•用杠杆撬动重物时，用力距离增加，但所需力减小杠杆•使用滑轮组时，拉绳的距离增加，但所需力减小绕着固定点（支点）转动的硬棒，能改变力的方向和大小根据支点、力点和重点的位置关系，可分为

一、

二、三类杠杆•使用齿轮传动时，可以改变转速和力矩生活中的简单机械实例滑轮轮缘上有槽的轮子，通过绳索和轮子的配合改变力的方向或大小固定滑轮改变力的方向，动滑轮减小所需力的大小轮轴由同轴的大轮和小轴组成，通过半径差产生机械优势施力在轮上，负载在轴上时，可以放大力；反之则可以放大速度动力机械简介动力机械与简单机械的区别简单机械主要依靠人力或其他外部力量驱动，而动力机械则具有自身的动力源（如电机），能够持续提供机械能主要区别包括能源来源动力机械有独立能源输入（电能、燃料等）自主性动力机械可以持续工作，不需要持续人力投入复杂度动力机械通常结构更复杂，包含能量转换系统功率动力机械通常能提供更大的功率输出电机在动力机械中的作用电机是将电能转换为机械能的装置，是现代动力机械的核心组件在乐高9686套装中，电机具有以下功能提供稳定的旋转动力通过齿轮系统可调节输出转速和力矩可实现正反转控制，增加机械功能多样性为学生提供观察能量转换的直观体验动力机械的实际应用案例现代社会中，动力机械无处不在，以下是一些典型例子交通工具汽车引擎通过曲轴、传动轴和差速器将动力传递到车轮；电动车电机通过减速器驱动车轮；高铁动力系统等工业设备各类机床、传送带、起重机、风力发电机、水泵等，都是动力机械系统的应用家用电器课程结构总览48节课程分布扩展练习与问题解决任务基础阶段（1-12课）1每个课程单元都配有扩展练习，帮助学生•认识乐高9686套装•巩固课堂所学知识•简单机械基础概念•探索更复杂的机械设计•基础构件搭建技巧2核心阶段（13-30课）•解决开放性问题•发展创造性思维•齿轮传动系统•杠杆原理与应用扩展任务示例动力阶段（31-42课）3•滑轮系统设计•电机工作原理•轮轴结构探索设计挑战•动力传递系统设计搭建一个能够提升小物体的机械装置，要求使用至少两种简单机械原理4创新阶段（43-48课）•复合机械系统搭建•综合项目设计优化任务•团队合作挑战•成果展示与评估改进既有模型，使其能够减少50%的输入力，并记录设计变化实际应用设计一个解决教室或家庭中实际问题的简单机械装置教师备注与学生学习卡机械传动基础齿轮的秘密齿轮的种类与功能齿轮传动的速度与力矩关系齿轮是机械传动系统的核心元件，通过啮合传递旋转运动和动力乐高9686套装中包含多种齿轮齿轮传动遵循能量守恒原理，表现为速度与力矩的此消彼长关系大齿轮驱动小齿轮转速增加，力矩减小小齿轮驱动大齿轮转速减小，力矩增加相同大小齿轮啮合保持转速和力矩，但改变旋转方向直齿轮锥齿轮/冠状齿轮最基本的齿轮类型，齿平行于轴，用于平行轴之间的动力传递套装中包含8用于垂直或特定角度轴之间的动力传递，可改变旋转方向是设计转向系统的关齿、24齿、40齿等不同规格键部件蜗轮蜗杆实现大传动比，可作为减速器或防逆转装置蜗杆转动带动蜗轮，但蜗轮无法反向驱动蜗杆齿轮传动实操演示组装基础齿轮传动模型观察齿轮转动效果我们将按照以下步骤搭建一个简单的齿轮传动系统组装完成后，进行以下观察实验准备底板作为基础平台转动输入轴，观察各齿轮的转向安装轴和轴承作为齿轮的支撑两个齿轮啮合，转向相反按照设计安装不同尺寸的齿轮三个齿轮啮合，第一个和第三个转向相同添加手柄作为输入装置计数不同齿轮的转速安装指示器观察输出效果•主动轮转动一圈，从动轮转动几圈？•验证实际结果是否符合齿轮比计算

3.感受力矩变化在输出轴添加阻力，感受输入所需力的变化•比较不同齿轮比对力矩的影响课堂互动齿轮传动的变速实验将学生分成小组，每组设计一个包含至少三个齿轮的传动系统，完成以下任务杠杆原理与应用杠杆的三种类型及力臂概念杠杆如何放大力杠杆是最基本的简单机械之一，由硬棒和支点组成根据支点、阻力点（负载点）和动力点（施力点）的相对位置，杠杆分为三类杠杆的机械优势（MA）可以通过力臂比计算机械优势大于1时，杠杆起到省力作用；小于1时，增加速度和距离杠杆遵循力矩平衡原理，即这说明杠杆并不能创造能量，只是通过牺牲距离来获得力的优势，或牺牲力来获得速度和距离的优势设计杠杆模型的步骤一类杠杆二类杠杆支点在中间，阻力点和动力点分别在两端例如跷跷板、剪刀、撬棍特点是阻力点在中间，支点和动力点在两端例如开瓶器、独轮车、坚果钳特点是可以改变力的方向始终能够省力三类杠杆动力点在中间，支点和阻力点在两端例如镊子、钓鱼竿、人体前臂特点是增加速度和距离，但需要更大的力力臂概念杠杆的机械优势来源于力臂差异动力臂支点到动力点的垂直距离阻力臂支点到阻力点的垂直距离杠杆模型搭建与测试组装杠杆机械臂测试不同力点的效果我们将搭建一个可调节的杠杆机械臂，用于演示不同类型杠杆的效果使用搭建好的模型进行以下测试准备乐高底板和支撑构件，构建稳固的基础使用长杆构件作为杠杆臂，确保其足够坚固安装可调节支点，使其能在杠杆臂上不同位置固定平衡测试添加负载装置（如小篮子或钩子）用于放置测试重物设计输入力测量装置（如橡皮筋拉力器或指示杆）在杠杆两端放置不同重量的物体，调整它们的位置直到杠杆平衡验证力矩平衡原理重量×距离相等时杠杆平衡添加刻度标记，便于记录和比较不同配置力放大测试固定支点位置，在阻力端放置已知重量的物体，测量在不同动力点位置需要多大的力才能抬起物体记录力的变化与力臂比的关系速度比较测试比较三类杠杆中，当动力点移动相同距离时，阻力点移动的距离观察哪种类型的杠杆能产生最大的位移放大效果学生分组设计挑战滑轮系统与力的传递固定滑轮与动滑轮区别滑轮组合的机械优势滑轮是通过绳索绕过轮缘来改变力的方向或大小的简单机械根据安装方式和功能，主要分为两种固定滑轮动滑轮滑轮本身固定不动，只能改变力的方向，不能改变力的大小例如旗杆、窗滑轮本身随负载移动，能减小所需的力，但拉绳距离增加一倍例如起重机、帘、井绳等机械优势为1电梯等机械优势为2滑轮如何减小用力滑轮系统的机械优势取决于承重绳索的股数例如•单个固定滑轮机械优势=1（不省力）•单个动滑轮机械优势=2（用力减半）•一固一动组合机械优势=2（用力减半，且改变方向）•双动滑轮系统机械优势=4（用力减为1/4）滑轮遵循能量守恒定律，减少力的同时必然增加拉绳距离滑轮模型实操搭建单滑轮与复合滑轮系统体验力的变化我们将使用乐高9686套装搭建不同类型的滑轮系统搭建完成后，进行以下体验和测试

1.单固定滑轮系统方向改变测试安装滑轮支架和滑轮使用固定滑轮，观察拉力方向与负载移动方向的关系尝试从不同角度拉动绳索，感受方向改变的便利性绕上绳索（乐高绳或橡皮筋）一端连接负载（乐高积木块）力量比较测试另一端作为拉力输入使用相同重量的负载，分别通过单固定滑轮、单动滑轮和复合滑轮系统提升，比较所需拉力的差异可以用力度计或通过手感比较

2.单动滑轮系统将滑轮直接连接到负载上距离测量实验绳索一端固定在支架上绳索绕过滑轮后作为拉力输入标记起始位置，测量当负载上升特定距离（如10厘米）时，每种滑轮系统需要拉动绳索的距离验证机械优势与距离关系

3.复合滑轮系统（滑轮组）效率考察安装多个滑轮（固定和动滑轮组合）按照设计图绕上绳索讨论不同滑轮系统中存在的摩擦和效率损失比较理论机械优势与实际体验的差异，并分析原因连接负载和拉力输入课堂讨论滑轮在生活中的应用轮轴与转动轮轴的定义与机械优势轮轴与滑轮的关系轮轴是由同轴连接的大轮和小轴组成的简单机械，利用半径差异来获得机械优势轮轴和滑轮有密切的关系结构相似性滑轮本质上可看作特殊的轮轴，其中绳索绕过的轮缘相当于轮，中心轴相当于轴功能差异轮轴通常用于转动运动的传递和转换，而滑轮主要用于改变力的方向和大小组合应用实际机械中常将轮轴和滑轮结合使用，如手摇绞盘（轮轴）与滑轮组合形成复合机械系统轮轴模型搭建演示轮轴的机械优势计算轮轴有两种工作模式省力模式力作用在轮上，负载连接在轴上•优点减小所需力•应用方向盘、水龙头、手摇绞盘省距离模式力作用在轴上，负载连接在轮上•优点增加速度和距离•应用自行车踏板与车轮、风车叶片轮轴同样遵循能量守恒原理，省力则牺牲距离，省距离则需增加力动力机械核心电机与传动乐高电机的工作原理电机如何驱动机械运动乐高9686套装中的电机是将电能转换为机械能的装置，是动力机械的核心组件电机提供连续旋转动力，通过机械传动系统可以转换为各种形式的运动旋转运动电机的基本输出是旋转运动，可直接驱动车轮、螺旋桨等旋转部件速度/力矩转换通过齿轮系统可以改变转速和力矩，适应不同负载需求方向转换使用锥齿轮、蜗轮蜗杆等可以改变运动方向，从垂直轴到水平轴线性运动电机构造电源连接通过齿轮齿条、曲柄连杆等机构可将旋转运动转换为直线往复运动乐高电机主要由定子（固定磁铁）、转子（带有线圈的旋转部分）、换向器和输电机通过连接线与电池盒相连，电池盒通常使用6节AA电池，提供约9V的工作电机与齿轮的结合设计出轴组成电流通过线圈产生磁场，与永磁体相互作用产生旋转力电压电池盒上的开关控制电机的启停和转向电机的主要技术参数转速约350-400RPM（空载）扭矩中等，适合大多数教学模型输出轴兼容标准乐高轴件系统转向可通过电池盒开关反向在设计电机驱动系统时，需要考虑以下因素电机驱动模型搭建组装电机驱动的简单机械观察动力传递过程我们将搭建一个由电机驱动的基础传动系统，展示动力传递的过程

1.准备材料乐高电机和电池盒各种齿轮（8齿、24齿、40齿等）•轴和连接件结构构件和底板

2.搭建步骤构建底座框架，安装电机连接电机与第一级齿轮设计并安装齿轮传动链添加输出装置（如指示臂或车轮）连接电池盒与电机组装完成后，打开电源观察动力传递过程能量转换电池的化学能→电池盒输出的电能→电机产生的机械能→通过齿轮传递的机械能→最终输出的机械功速度变化观察不同齿轮的转速变化，计数并比较输入轴与输出轴的转速比，验证是否符合齿轮比计算扭矩效果在输出轴上增加负载（如摩擦阻力），观察系统的反应和电机负载变化注意听电机声音的变化，它反映了负载情况设计思维与问题解决设计流程介绍学生设计任务示例机械设计遵循工程设计思维，是一个迭代优化的过程以下是一些适合学生的设计任务示例爬坡车挑战设计一辆能够爬上15度斜坡的电动车，要求使用一个电机和合适的齿轮系统比较不同齿轮比对爬坡能力的影响重物提升机明确问题设计一个能够提升50克重物的起重机，要求使用滑轮和/或杠杆原理，尽量减小所需的力定义需要解决的问题，明确设计目标和约束条件例如设计一个能够提升物体的机械装置，高度至少10厘米，使用不超过30个零件方案设计节拍器头脑风暴产生多种可能的解决方案，选择最佳方案进行深入设计绘制草图或简单模型，规划机械结构和传动方式设计一个电动节拍器，要求能够产生稳定的节奏，并能通过调整结构改变节拍速度搭建测试课程案例分享机械抓手设计任务目标与设计要求设计思路与搭建步骤机械抓手是一个综合应用多种简单机械原理的典型项目，非常适合学生实践所学知识机械抓手的设计可以按照以下思路进行设计目标结构规划创建一个能够抓取和搬运小物体（如乐高积木）的机械抓手，通过简单操作实现张合控制设计抓手的基本结构，包括底座、支臂和爪子机构确定各部分的大致尺寸和活动范围机构设计技术要求设计爪子的开合机构，可考虑使用杠杆联动、齿轮传动或曲柄连杆等方式关键是将旋转或拉动转换为爪子的张合运动•抓取能力能抓起至少一个2×4乐高积木•开合幅度爪子张开至少3厘米控制设计•操作方式手动或电动控制设计操作界面，可以是手动摇柄、杠杆控制或电机驱动考虑操作的直观性和舒适度•结构稳定抓取物体时不会松动测试优化约束条件组装完成后进行功能测试，检查抓取能力、操作灵活性和结构稳定性根据测试结果进行调整和强化•零件限制仅使用乐高9686套装中的零件•时间限制两课时内完成设计和搭建成功案例展示与分析•必须应用至少两种简单机械原理课程案例分享动力传送装置任务背景与挑战机械结构设计要点动力传送装置是一个展示能量转换和传递的综合项目，帮助学生理解复杂机械系统的工作原理动力传送装置的成功设计需要考虑以下关键要点传动系统1设计合适的齿轮减速系统，将电机高速旋转转换为传送带的稳定速度通常需要大齿轮驱动小齿轮的减速组合，以增加扭矩任务背景传送带结构模拟工厂生产线的传送带系统，需要设计一个能够将小物件从A点运送到B点的动力传送装置可使用乐高履带或轮配合橡皮筋作为传送带关键是确保张力适中——太松会打滑，太紧会增加摩擦和负载2支撑框架功能要求设计坚固的支撑结构，确保系统稳定性特别注意电机固定和传送带轴承的支撑，避免运行中的晃动和松动•使用电机驱动整个系统导向系统•能稳定运送至少3个小物件•传送距离不少于30厘米添加侧边导轨防止物品从传送带侧面掉落设计入料和出料斜坡，使物品平稳上下传送带•系统需连续工作至少1分钟不出错学生作品展示与点评3设计挑战•如何保证传送带的稳定性•如何调整传送速度适合物品大小•如何设计上料和卸料装置•如何处理不同重量物品的传送机械结构的稳定性与优化结构强度与连接方式常见问题与解决方案机械结构的稳定性是确保功能正常发挥的基础，在乐高机械设计中尤为重要在机械设计中，常见的几个稳定性问题及其解决方案结构松动问题运行中零件逐渐松动解决使用锁定连接件、增加连接点数量、避免长悬臂结构齿轮脱啮问题齿轮在负载下啮合不稳定解决确保轴距精确、使用支撑架固定齿轮轴、控制齿轮端面晃动传动滑动框架结构连接技术问题皮带或链条打滑使用梁和支柱创建坚固的框架是基础三角形结构比四边形更稳定，因为三角形有效的连接方式包括搭叠连接（错开搭建，增加接触面）、垂直连接（使用垂解决调整适当张力、增加摩擦表面、使用导向轮不易变形交叉支撑和三角加固可以显著提高结构强度直连接件）和轴销连接（用于需要活动的部件）电机过载问题电机负载过大停转或过热解决增大齿轮减速比、减轻活动部件重量、减少摩擦优化设计的技巧分享受力分析识别机械中的主要受力点，并针对性加固特别注意活动部件的支撑点和电机安装处，这些往往是结构失效的关键部位良好的结构设计应考虑静态稳定性（支撑自身重量）和动态稳定性（运行中承受力和振动）课堂互动机械竞赛挑战竞赛规则与评分标准竞赛模型设计建议机械竞赛是激发学生创新思维和应用所学知识的有效方式以下是一个综合性机械挑战赛的设计为帮助学生在竞赛中取得好成绩，教师可提供以下设计建议挑战任务先规划后搭建设计并搭建一个能够完成特定任务的机械装置，如花5-10分钟进行团队头脑风暴和草图设计，明确目标和方案再开始搭建避免边搭建边思考导致的反复拆装和时间浪费1•爬坡挑战设计能爬上最陡坡道的车辆保持简洁实用•投射挑战设计能将物体投射最远距离的装置追求设计的简洁性和可靠性，而非复杂性复杂设计往往有更多故障点，且难以在有限时间内完成调试•起重挑战设计能提升最重物体的起重机•搬运挑战设计能在规定时间内搬运最多物品的系统迭代测试优化采用快速原型法，先搭建核心功能进行测试，再逐步完善预留时间进行多次测试和调整，不要期望第一版设计就完美竞赛规则•团队规模2-3人/组合理分工协作•时间限制设计和搭建阶段90分钟根据团队成员优势进行分工（如设计师、搭建师、测试师），并保持良好沟通定期同步进度，确保各部分能顺利集成2•材料限制仅使用提供的乐高9686套装零件•测试回合每队有3次测试机会，取最佳成绩激发学生创新与团队合作•技术要求必须应用至少两种简单机械原理•必须包含电机驱动部分（适用部分挑战）评分标准评分采用100分制，包括以下几个方面功能性（50分）任务完成度和性能测量3创新性（20分）设计独创性和问题解决方法工程质量（15分）结构稳定性和制作精度团队合作（10分）团队分工和协作效果展示说明（5分）对设计原理的清晰解释扩展练习介绍进阶机械结构探索动力机械复杂应用在掌握基础机械原理后，学生可以探索更复杂的机械结构和原理结合电机和机械系统，学生可以创建更复杂的动力应用自动循环系统设计能持续运行并完成循环任务的机械系统，如自动分拣机、循环升降装置或模拟工厂生产线可编程序列动作使用凸轮、连杆和机械程序器设计能按特定顺序执行多个动作的机械，如自动售货机模型或机械音乐盒双动力源系统探索如何设计使用两个电机协同工作的系统，如全地形车、双臂机械装置或模拟步行机器人差速器机构凸轮机构问题解决任务示例探索汽车转弯时内外轮速差的实现机制通过搭建差速器模型，理解其如何在保研究如何将旋转运动转换为特定规律的往复运动通过设计不同形状的凸轮，观持两轮总功率不变的情况下，允许两轮以不同速度旋转察和比较输出运动的特点，应用于模拟自动化设备行星齿轮系统探索复杂的齿轮传动系统，了解如何在有限空间内实现大传动比分析行星齿轮的运动规律，计算复杂齿轮系统的传动比这些进阶练习帮助学生从简单机械原理过渡到更复杂的机械系统，为未来学习机器人技术和自动化系统奠定基础学生学习卡使用指导学习卡内容与填写方法促进学生反思与总结学习卡是引导学生进行结构化学习和反思的有效工具，每个实验或项目都可配备相应的学习卡学习卡不仅是记录工具，更是促进深度学习的载体以下方法可以提高学习卡的教育价值提问策略设计不同层次的问题，从基础记忆到高阶应用和创新使用为什么和如何类问题促进批判性思考，而非仅限于是什么的表面问题对比分析引导学生比较不同设计或参数的效果，分析优劣并提出改进方案这种对比思维有助于深化理解机械原理的应用条件知识连接鼓励学生将课堂所学与日常生活或其他学科知识连接，建立知识网络例如，将齿轮比与数学比例概念关联同伴交流安排学生分享和讨论各自的学习卡内容，相互学习和补充这种交流可以扩展思维，发现自己的盲点教师如何利用学习卡评估学习卡是重要的形成性评估工具，教师可以通过以下方式使用进度监控通过学习卡了解学生对知识点的掌握程度，及时调整教学节奏和重点差异化教学根据学生在学习卡中表现的不同理解水平，提供针对性指导成长记录将学生的多次学习卡按时间顺序整理，形成学习成长档案综合评价结合学习卡、项目成果和课堂表现进行全面评估反馈改进在学习卡上提供具体、建设性的书面反馈，而非简单的分数设计优化基于学生的学习卡表现，改进未来的教学活动和学习卡设计有效的学习卡使用可以形成正向循环学生通过填写和反思加深理解，教师通过评估改进教学，共同提高教学质量和学习效果典型学习卡包含以下部分基本信息区包含学生姓名、日期、组别和实验/项目名称确保填写清晰完整，便于归档和评估学习目标明确列出本次活动要达成的具体学习目标，让学生了解活动意图和评估标准预测部分在开始实验前，记录对可能结果的预测和猜想，培养科学思维和假设检验能力教师备注与教学建议课堂管理与时间安排常见教学难点与应对有效的课堂管理对于实践型机械课程尤为重要在乐高机械教学中，以下是常见的难点和解决策略课前准备学生进度差异大提前检查零件完整性，按小组分装准备分层任务，快速完成的学生可挑战进阶任务；为进度慢的学生提供简化步骤或额外辅导1准备示范模型和教学辅助材料确保电池充足，电机能正常工作零件混乱或丢失准备学习卡和评估工具实施零件清单检查制度，课前发放、课后清点；教导学生使用分类盒整理零件；建立零件银行系统时间分配理论与实践脱节标准45分钟课时建议分配采用做中学策略，先让学生尝试，遇到问题再引入理论；使用类比和生活实例解释抽象概念5分钟导入和目标说明210分钟原理讲解和示范团队协作不佳20分钟学生实践活动5分钟成果展示和分享明确分工与规则；设计需要不同技能配合的任务；表彰良好的团队行为；适时调整分组5分钟总结反思和收拾整理激励学生积极参与的方法保持学生的参与热情是成功教学的关键小组管理情境化学习建议2-3人一组，确保每人有任务3设置角色轮换机制（如设计师、搭建师、记录员）将机械原理融入有趣的故事或现实问题中，如救援任务、太空探索或环保挑战，增强学习的意义感和代入感使用组内自评促进合作与贡献成果展示机会建立明确的零件管理和归还制度组织班级展示日、学校科技展或邀请家长参观，让学生有机会展示自己的创作并获得认可进阶挑战系统设计阶梯式的挑战任务，让学生能够看到自己的进步并不断挑战新的难度，类似游戏的升级机制创意自由空间在结构化学习之外，预留时间让学生自由探索和创造，尊重他们的想法和兴趣方向真实世界连接邀请工程师或技术人员分享，组织工厂参观，或分析现实机械视频，帮助学生理解所学知识的实际应用多元评价方式除了功能性评价，也重视创新性、审美性、团队合作等多方面，让不同特长的学生都能获得成就感STEM跨学科融合机械与物理力学知识结合数学计算与工程设计乐高9686机械课程是物理学原理的生动展示，可与物理课程深度整合乐高机械模型提供了应用数学知识的绝佳平台比例与比率通过齿轮比和传动比的计算，应用比例数学例如计算复杂齿轮系统的最终传动比，或根据所需速度设计合适的齿轮组合几何与空间在设计三维结构时应用几何知识，计算杠杆的力臂长度，或分析齿轮啮合的空间关系数据分析设计实验收集数据，如测量不同滑轮组合的机械优势，然后进行图表绘制和趋势分析力与运动能量转换优化问题通过齿轮和杠杆探索力的传递、力矩平衡和机械优势学生可以设计实验测量不电机驱动的模型展示能量形式转换（电能→机械能）和能量守恒原理可设计能面对多变量约束（如重量、速度、成本），寻求最优解，这是应用数学中的优化问题实例同机械系统的输入力与输出力关系，验证力学原理量效率测量实验，分析能量损失的原因和减少方法科技创新与实践能力培养摩擦与阻力探索摩擦力在机械系统中的影响，研究如何减少有害摩擦并利用有益摩擦比较不同材料、接触面积和润滑条件对机械效率的影响通过这种整合，物理概念变得具体可见，而机械知识也获得了理论基础，实现双向强化安全须知与操作规范乐高机械搭建安全注意事项电机使用安全指导虽然乐高套装相对安全，但在教学过程中仍需注意以下安全事项电机是动力机械的核心，但也涉及电气安全，需特别注意零件使用安全电源安全小心处理尖锐零件（如轴和连接件），避免划伤使用推荐规格的电池，不要混用新旧电池或不同类型电池；不使用时取出电池；定期检查电池是否泄漏不要将小零件放入口中或靠近眼睛拆卸紧密连接的零件时使用专用工具，避免指甲损伤连接安全搭建高大结构时确保稳固性，防止倒塌伤人确保电线连接牢固，但不要过度用力；检查电线是否磨损或断裂；不要让电线缠绕在活动部件上工作区域安全操作安全保持地面清洁，防止零件散落导致滑倒启动前确保活动空间充足；检查机械部件是否干涉；如果听到异常声音应立即关闭电源；不要长时间持续运行电机确保工作台稳固，有足够空间操作远离水源和其他液体，防止电气安全隐患应急处理保持适当照明，减少视觉疲劳知道紧急断电方法；发现电池发热或电机过热应立即停止使用；准备适当的应急工具，如绝缘手套行为规范维护与保养建议禁止将零件抛掷或用于嬉戏良好的维护可以延长设备寿命，确保教学质量尊重他人作品，未经许可不随意拆解日常整理测试机械装置时保持安全距离遇到零件卡住不要过度用力，寻求帮助每次课后进行零件清点和分类；使用分隔收纳盒按类型和大小存放零件；建立零件清单检查制度定期清洁使用软毛刷清除零件缝隙中的灰尘；用微湿的布擦拭有污渍的零件；避免使用化学清洁剂，可能损坏塑料零件检查定期检查磨损部件，如轴、连接件和齿轮；及时更换变形或破损的零件；检查电机和电池盒接触点是否良好存储条件存放在干燥通风处，避免阳光直射和高温；大型成品模型可用防尘罩保护；长期不用的电池应取出并妥善存放损坏处理建立零件更换流程；记录常见损坏类型和原因，改进使用方法；对于无法修复的零件，可联系乐高教育客服咨询更换方案课程资源与支持官方课程包下载链接与内容教师培训与社区支持乐高教育提供了丰富的官方支持资源，帮助教师更好地开展9686教学教师可以获取专业发展和同伴支持的渠道教师指南线上培训课程包含完整的课程计划、教学目标、课时安排和评估标准提供每节课的详细教学步骤、关键知识点和常见问题解答乐高教育提供的网络研讨会和在线课程，涵盖9686套装的基本使用、教学策略和评估方法培训完成后可获得认证证书下载链接education.lego.com/zh-cn/downloads/simple-machines线下工作坊搭建指南定期举办的面对面培训，由乐高认证培训师指导，提供实践经验和教学技巧可通过区域教育部门或乐高教育合作伙伴报名参加详细的模型搭建说明书，包含48个基础模型的逐步图解指导每个模型都配有零件清单、搭建步骤和功能说明教师社区下载链接education.lego.com/zh-cn/product-resources/simple-machines加入乐高教育在线社区，与其他教师分享经验，交流教学案例，解决共同面临的挑战社区定期举办经验分享活动和教学比赛学生工作表技术支持可打印的学习卡模板，包含实验记录、思考问题和自评表格根据不同年龄段设计，有基础版和挑战版遇到技术问题可联系乐高教育客服团队，提供零件更换、故障排除和使用咨询等服务支持电话、邮件和在线聊天多种方式下载链接education.lego.com/zh-cn/lessons/simple-machines学生作品展示平台介绍补充资源视频教程、交互式学习内容和扩展项目案例这些资源丰富了教学内容，提供了多种教学方法和应用场景下载链接education.lego.com/zh-cn/support课程总结与学习成果展示学生技能提升回顾典型作品与创新设计完成48节乐高9686课程后，学生在多方面能力都会有显著提升92%85%动手实践能力问题解决能力通过反复搭建和调试，学生的精细动作控制和空间构建能力明显提高，能够独立面对设计挑战，学生能够系统分析问题，提出多种可能的解决方案，并通过测试完成复杂机械结构的搭建优化找到最佳方案78%88%科学思维能力团队协作能力学生对力学原理的理解从感性认识提升到理性分析，能够运用科学概念解释机械通过小组活动，学生学会了有效沟通、任务分工、意见协调和共同解决问题，培现象，进行预测和验证养了良好的合作习惯这些数据来自对完成课程学生的能力评估，显示了乐高机械课程在培养综合能力方面的显著效果以下是一些优秀学生作品示例，展示了课程学习成果自动分拣机结合电机、传感器和多级传动系统，能够根据物体大小自动分类创新点在于使用杠杆原理设计的灵敏度调节机构，可适应不同尺寸标准全地形车未来学习路径推荐进阶乐高机械与机器人课程编程与自动化结合完成9686基础课程后，学生可以选择多种进阶学习路径机械与编程的结合开启了自动化和智能控制的新维度中级机械设计1视觉化编程入门使用乐高Technic系列套装，学习更复杂的机械结构，如差速器、变使用Scratch或乐高自有编程环境，通过拖放块的方式学习编程逻辑重点学习顺序、循环、条件判断等基本概念，控制机械模型执行简单任务速箱、悬挂系统和气动系统这一阶段注重真实工程机械原理的模拟和应用2入门机器人传感器交互过渡到乐高WeDo系列，结合简单编程和基础传感器，创建能响应环高级机器人3境的智能机械适合初次接触编程的学生，通过图形化界面轻松入学习使用各类传感器（触摸、光线、距离、颜色等）感知环境，并据此控制机械动作培养输入-处理-输出的系统思维和基于事件的编程模式门进入乐高MINDSTORMS或SPIKE Prime平台，学习高级编程、多数据记录与分析传感器集成和自主决策系统这一阶段能够创建能执行复杂任务的自4专业工程设计主机器人通过传感器采集数据并进行简单分析，例如测量不同机械结构的效率或环境参数的变化引入简单的统计概念和图表表示结合CAD软件和乐高模型，学习工程设计流程、结构分析和性能优化通过数字化设计和物理实现的结合，培养专业工程思维多智能体协作设计多个机器人或机械装置协同工作，完成复杂任务学习通信原理、任务分配和协同控制的基本方法STEM竞赛与项目实践机会参与竞赛和实践项目是应用所学知识、提升综合能力的重要途径校内竞赛参加学校组织的机械设计比赛、创客马拉松等活动，在熟悉的环境中锻炼竞赛经验和团队合作能力区域性比赛参与青少年科技创新大赛、机器人等级赛、FLL（FIRST LEGOLeague）等正规赛事，与其他学校的学生交流竞技主题项目参与或发起与社会议题相关的设计项目，如环保装置、无障碍辅助工具、智慧城市设施等，将技术与社会责任结合开源贡献加入在线设计社区，分享自己的创作并参与改进其他人的设计通过开源协作，接触前沿理念和全球视野这些进阶路径不仅拓展了技能广度和深度，更为学生未来在工程、科技、设计等领域的发展奠定了坚实基础QA互动环节解答教师与学生常见问题分享教学经验与心得以下是教学实践中最常见的问题及其解答以下是一些有经验教师的教学心得分享如何管理大班级的零件和课堂秩序？我发现故事化教学特别有效将机械原理融入引人入胜的故事中，如太空救援任务或未来城市建设，大大提高了学生的参与度当学习有了明确的情境和目的，学生更愿意克服困难，坚持完成挑战采用小组管理制，每组指定材料管理员，负责领取和归还零件使用编号收纳盒和检查表，课前分发、课后清点建立明确的课堂规则和信号系统，如需—张老师，小学科学教师，教龄8年安静时使用特定手势或声音提示我最重要的经验是留出足够反思时间每次活动后，我会引导学生思考我们学到了什么、哪里可以改进和这些知识如何应用到其他领域这个简单习惯如何处理学生之间的能力差异？极大提高了知识保留率，也培养了学生的元认知能力实施多层次教学策略为基础水平学生提供更详细的指导和简化任务；为进阶学生设计额外挑战和探索性任务采用伙伴学习模式，让能力强的学生指导—李老师，初中物理教师，教龄12年其他同学，既巩固了知识，又培养了领导力不要害怕让学生犯错！我曾经太急于纠正学生的搭建错误，后来发现让他们自己发现问题并解决，学习效果更好现在我会说测试一下看看效果而不是直接零件丢失或损坏怎么办？指出错误，这培养了学生的自我纠错能力和科学探究精神建立零件库存系统，记录常见易丢失零件，准备适量备件教导学生小心使用，同时接受一定程度的损耗是不可避免的可联系乐高教育客服购买替换零—王老师，STEM课程协调员，教龄6年件包必要时，鼓励创造性使用替代零件解决问题收集反馈改进课程设计如何评估学生的学习成果？持续改进课程的几种有效方法采用多元评估方法功能测试（机械装置是否完成预定任务）；设计报告（记录思考过程和原理应用）；同伴评价（学生互评创新性和合作表现）；反思学生反馈机制日志（学生自评学习收获和挑战）评估重点不仅是最终产品，还包括整个设计过程和问题解决能力设计简单问卷或反馈表，定期收集学生对课程内容、难度和趣味性的评价对低年级学生可使用表情符号评分系统，高年级学生可提供更详细的文字反馈教师协作研讨组织同课异构活动，多位教师使用相同教材但采用不同教学方法，然后比较效果并分享经验建立教师学习共同体，定期交流教学心得和改进建议课堂观察记录使用结构化观察表记录学生的参与度、困惑点和突破性时刻分析这些记录可以发现课程设计中的强项和弱点，为下一轮教学提供针对性改进方向长期效果跟踪追踪学生在后续学习中的表现变化，特别是与机械、工程和问题解决相关的能力发展收集毕业学生的反馈，了解课程对他们长期学习和职业选择的影响外部专家审查邀请行业专家或教育研究者评估课程内容的时效性和相关性，确保教学内容与当前技术发展和教育理念保持一致通过这些方法收集的反馈不仅有助于优化当前课程，也能为开发新的教学资源和活动提供宝贵参考致谢与激励鼓励持续探索机械世界乐高9686课程只是机械世界探索的起点，我们鼓励大家保持好奇心世界充满了令人惊叹的机械系统，从简单的门锁到复杂的航天器保持对身边机械原理的好奇，主动观察、思考和探究，这是科学精神的核心勇于尝试不要害怕失败，每次不成功的尝试都是宝贵的学习机会大胆假设，小心求证，通过反复实验和优化，你会获得比成功更重要的能力跨界思考机械原理与物理、数学、艺术、甚至文学都有联系尝试从不同学科角度看问题，综合应用多领域知识，往往能产生意想不到的创新分享创造感谢参与与支持将你的想法和创作与他人分享，不仅能获得反馈改进，也能激发集体智慧，共同进步今天的小小分享，可能成为明天伟大发明的种子我们衷心感谢所有为乐高9686教学课程提供支持的各方乐高9686助力未来创新者成长各位教师的专业指导和辛勤付出当今世界正经历前所未有的技术变革，对创新人才的需求与日俱增乐高9686课程培养的动手能力、批判性思维、创造力和团队协作，正是未来创新者学生们的积极参与和创造性思维必备的核心素养学校领导对STEM教育的重视和资源支持家长的理解和配合无论你未来选择成为工程师、科学家、艺术家还是企业家，在乐高机械课程中培养的解决问题的能力和创新思维都将伴随你终身受益乐高教育提供的技术支持和教学资源让我们怀着对知识的渴望、对创造的热情，共同探索精彩的机械世界，成为推动未来进步的力量！教育同仁间的经验分享和协作精神学无止境，创无境界！正是因为各方的共同努力，我们才能为学生提供这样一门兼具教育价值和趣味性的优质课程。