动力机械创意设计

国务院于2017年7月颁布的《新一代人工智能发展规划》要求“实施全民智能教育项目，在中小学设置人工智能相关课程”。在国家政策的推动下，人工智能教育在中小学中逐步落地生根。人工智能教育课程的主要目标是培养学生的人工智能思维方式与应用创新实践能力，将学生培养成为能够适应、使用、创造智能技术的优秀人才，为实现国家的科技跨越发展、产业优化升级与核心技术的自主创新贡献力量。可以说，我国能否抓住新一轮的科技革命和产业变革机遇，主要在于是否能够加快发展新一代人工智能技术，储备、培养青少年人工智能技术的拔尖创新人才。北京市朝阳区自2018年起积极布局人工智能教育，着手建设中小学人工智能教育课程体系，开发青少年人工智能技术教材等课程资源，为人工智能教育在朝阳区中小学中更好地普及推广并逐步形成地区教育特色奠定了基础。
实践证明，人工智能教育融合了信息技术、机械、电子、通信、控制、声、光、电、磁等多学科、多领域的知识。而人工智能创新与实践活动既能引导孩子独立思考，又可以让孩子通过动手、动脑，培养综合素质。孩子们通过亲手组装人工智能系统、检测调整传感器、编制和调试控制程序等工作，不仅综合知识水平得到了提高，动手能力、逻辑思维能力、综合应用能力、创新能力等也得到了全面的训练和提升。
人工智能教育对进行学科知识渗透、培养素质全面的创新型人才具有重要的作用。本书以机器人为学习载体，针对4～12岁儿童的学习特点，由简单的模型入手，衍生出生活案例，并通过解密生活案例，
引出技术原理，终通过思维训练，让孩子学会利用机械原理设计出自己的作品。活动设计旨在通过促进孩子无限制探索和解决问题的活动，帮助他们构建自己的知识体系，实现联系、建构、反思和延续的过程，从而形成学习知识和积累知识的螺旋式发展。
本书的编写基于北京市朝阳区科技教师多年的教学经验和实践经验，参考了多部文献，并借鉴了专家的研究成果。本书由北京教育学院朝阳分院胡秋萍老师组织信息科技教师完成编写，并得到了朝阳教育研究中心郭春玲老师和朝阳分院蔡益老师的指导，图例及创作素材由深圳市童心网络有限公司提供。在此，向各位专家和教师表示感谢。
由于本书编写人员的理论和实践水平有限，书中难免存在不足之处，希望广大读者批评指正。
作者
2021年12月

《动力机械创意设计》针对4～12岁儿童的学习特点，通过“试一试”“想一想”“新认知”“探究生活”和“解密原理”等学习环节，由简单的模型入手，联系丰富的生活案例，通过解密生活案例，引出技术原理；通过思维训练，让孩子学会利用机械原理设计自己的作品。除了孩子的自主学习，成人（包括教师和家长）的观察和引导也至关重要，《动力机械创意设计》通过“学习助力”“学习引导”和“学习评价”环节，让指导者可以更加有效地陪伴和引导。 《动力机械创意设计》既是符合儿童思维特点和规律的学习手册，又是指导者的引导和评价指南，旨在激发孩子学习的主动性和探索性，并提高指导者的观察和引导能力，从而形成良好的师生或亲子关系，帮助孩子形成科学的思考习惯。《动力机械创意设计》所授内容与学校教育相得益彰，力求为孩子今后的学习之路奠基。

胡秋萍：北京教育学院朝阳分院基础素质中心主任，信息安全硕士，北京市骨干教师，信息技术学科名师，主要负责朝阳区信息技术教师培训和学科教学研究工作，主持朝阳区信息技术应用研究工作坊，编著教材10本，其中《Scratch趣味编程》《动力机械创意设计》教材为人工智能教育落地中小学课堂提供了内容支撑。
苏永兴：童心致砖造型设计师，电气自动化专业毕业，从事乐高教学和积木造型设计5年，带队参加2017、2018年乐高Fll比赛，2018WRO机器人高手大会优秀教练员，中国电子学会青少年机器人创客指导教师。有丰富的积木教学经验，设计相关积木课程和编程课程时长达500课时，擅长图形化编程教学、积木原理解析与编程操作结合教学。

第1课　妈妈的手机架1
试一试1
要点提示2
想一想2
探究生活2
新认知3
1.梁（连杆）和轴3
2.连接销、轴套等连接器4
解密原理5
练一练6
步骤7
想一想9
第2课　走钢丝的秘密11
试一试11
要点提示12
想一想13
探究生活13
新认知14
重心与平衡14
解密原理16
练一练16
步骤17
想一想20
第3课　小齿轮大作用22
试一试22
要点提示23
想一想23
探究生活24
新认知25
解密原理26
练一练26
新认知27
马达和电池仓27
步骤28
想一想31
第4课　旋转的摩天轮33
试一试33
要点提示34
想一想34
探究生活34
新认知35
解密原理37
练一练38
步骤38
想一想40
第5课　四驱月球车42
试一试42
要点提示43
想一想43
探究生活44
新认知44
解密原理45
练一练46
步骤47
想一想50
第6课　可升降的叉车51
试一试51
要点提示52
想一想53
探究生活53
新认知54
解密原理55
练一练55
步骤56
想一想62
第7课　开合桥63
试一试63
要点提示64
想一想64
探究生活65
新认知65
解密原理67
练一练67
步骤68
想一想71
第8课　能屈能伸的秘密72
试一试72
要点提示73
想一想73
探究生活74
新认知74
杠杆74
剪叉机构75
解密原理76
练一练77
步骤78
想一想83
第9课　开屏的小孔雀85
试一试85
要点提示86
想一想86
探究生活87
新认知87
曲柄滑块机构87
解密原理88
练一练89
步骤90
想一想95
第10课　爷爷的三轮车97
试一试97
要点提示98
想一想99
要点提示99
探究生活101
新认知101
解密原理102
练一练103
要点提示1103
要点提示2104
步骤105
想一想109
第11课　“拔地而起”竞赛案例111
背景描述111
场景描述112
任务解决方案113
机器人核心装置分析114
拓展任务实现118
附录　家长指导手册119

《动力机械创意设计》以机车、机器人、飞行器、太空探索装置等为学习载体，针对4～12岁儿童的学习特点，从拼搭简单的模型，衍生出生活案例，并通过解密生活案例，引出物理知识，终通过思维训练，让孩子学会利用机械原理设计出自己的作品。活动设计旨在通过促进孩子无限制探索和解决问题的活动，帮助他们构建自己的知识体系，实现联系、建构、反思和延续的过程，从而形成学习知识和积累知识的螺旋式发展。
《动力机械创意设计》的编写基于北京市朝阳区科技教师多年的教学经验和实践经验，参考了多部文献，并借鉴了专家的研究成果，可选学习资源包括教具（内含265块科技零件，有150种进阶玩法）、搭建录播课、直播课、创意设计大赛等。