机器人课程介绍

第第 1 1 课课 机器人简介机器人简介 目的意义概述目的意义概述 本课以科普的形式介绍机器人的发展及应用 并在此基础 上初步给出机器人的定义 机器人的分类和机器人的基本组成 最后向学生介 绍了款教学机器人 1 1 1 1 什么是机器人 什么是机器人 本节以科普的形式机器人的诞生及其广泛应用 并简单地给出了 机器人 的定义 教学中让学生在自学的基础上 通过上网了解更多的机器人诞生的 背景 目前的应用范围以及科学家目前的努力方向 关于机器人的定义目前国 际上还没有准确的定义 因此让学生理解什么是机器人 机器人与普通机器人 的主要区别是什么就可以了 1 1 2 2 机器人的分类机器人的分类 与计算机的分类一样 机器人按照不同的分类方式有着多种不同类别的机 器人 教材中介绍了多种分类机器人 同样建议在教学中采用自学和上网探究 的学习方式 主要是了解各种不同类型的机器人的应用情况 以及在我国现阶 段机器人工业机器人 服务机器人以及仿人型机器人主要有哪些方面的应用 1 1 3 3 常见教学机器人简介常见教学机器人简介 教材在介绍各种教学机器人的基础上 主要介绍了乐高机器人和纳英特机器人 的特点 有条件的情况下 一定要向学生展示和演示教学机器人完成任务的过 程 以提高学生的感性认识 激发学生的学习兴趣 1 1 4 4 机器人的基本组成机器人的基本组成 本节教学中应让学生明白 机器人系统与计算机系统一样 包括硬件和软件两 部份 机器人硬件包括思维器官 动作器官和感应器官 而软件系统包括操作 系统和高级计算机语言编程系统 同时应让学生明白机器人学习中 主要是学习科学家是如何分析问题 并针对 问题设计和搭建机器人来解决问题的 重点应落实到分析问题和解决问题的方 法上 上学生树立信心 随着机器人的技术的不断提高 设计和制作自己的机 器人是完全可行的 第第 2 2 课课 机器人的编程系统机器人的编程系统 目的意义概述目的意义概述 本课通过实际操作纳英特机器人和乐高机器人了解和学习 机器人的编程系统 教学时可根据学校的实际 选用一种类型的教学机器人实 施教学 教师应尽可能的创造条件让学生有机会亲自操作 至少应能给同学演 示 本课的重点是机器人与机器人的连接方法 为机器人下载操作系统 学生 的兴奋点在如何让 机器人前进 的任务上 概述 首先让同学明确 机器人的微处理器实际是一台微型计算机 它只 懂得机器语言 不同类型的机器人一般都有自己专门的操作系统 另外 由于 机器人的微处理器体积小 功能简单 一般不提供直接编程 因为大多数情况 下人们都需要在计算机上为机器人编写程序 再通用下载线将程序下载到机器 人内存中 以便控制机器人的行为 2 2 1 1 纳英特机器人编程系统纳英特机器人编程系统 2 本节重点介绍纳英特机器人编程环境 纳英特机器人与计算机的连接方式以及 如何为纳英特机器人下载操作系统和程序 最后通过一个简单的实例 让机 器人前进 让同学们感受和体验人们是怎么为机器人下达命令并让机器人运动 起来的 教学中 教师应尽可能让学生有动手机会 至少要能观看教师的演示操作 2 1 1 纳英特机器人编程系统简介 打开纳英特机器人编程软件窗口 指出纳英特机器人编程系统支持 C LOGO BASIC 等多种计算机高级语言以及流程图方式编程 为了学习计算机 编程语言和思维方法 本书我们采用 BASIC 为纳英特机器人编写程序 2 1 2 机器人与计算机的连接 让学生明确机器人通讯下载线是计算机与机器人连接的桥梁 教师可通过 实物投影仪向学生清楚地演示计算机与机器人的连接方法 2 1 3 机器人操作系统的下载 对初中同学来讲 他们很清楚计算机正常工作需要有正确的操作系统 教 师应充分利用这一有利条件 实现学生知识结构的正迁移 使学生明白机器人 的 大脑 是一台微电脑 它也需要有自己的操作系统 教师演示或分组操作 学习如何为纳英特机器人下载操作系统 2 1 4 应用举例 让机器人前进 有了操作系统的机器人就能执行人们的程序指令了 为了激发学生的学习 兴趣 作为第一个机器人行为任务 我们选用了最简单的任务 机器人直线前 进 任务虽然简单 但它包含了以下四个基本过程 A 为机器人编写程序 B 下载程序 C 试运行机器人 D 观察调试 本环节的重点是让学生明确要机器人完成任何一个任务 都需要上述四个基 本过程 难点在理解图 2 6 所示的程序 2 2 2 2 乐高机器人编程系统 乐高机器人编程系统 ROBOLABROBOLAB 2 2 1 乐高机器人编程系统简介 让学生明白 乐高机器人编程软件很多 最常用的是 ROBOLAB 它是一 款集 RCX 管理 机器人编程和数据采集 显示 分析于一身的图形化编程系统 软件 教师可向学生简单演示 ROBOLAB 的图形化编程特点 2 2 2 机器人与计算机的连接 乐高机器人采用红外发射器与计算机连接 连接方法很简单 教学时应让 学生知道这是红外线无线连接 需要将红外射器的发射端与机器人红外接收接 对接 2 2 3 选择红外线发射器的端口 我们可以通过 ROBOLAB 管理员来管理乐高机器人 为了正确实现机器人与 计算机的通讯 当然需要选报正确的红外发射器的安装端口 这是学生很容易 理解的 3 如果在本课教学中只选择了乐高机器人 教师在教学过程可适当拓展介绍 ROBOLAB 管理中的其他功能 2 2 4 下载 RCX 固件 RCX 固件可以理解 RCX 的操作系统 下载固件的方法比较简单 教学时应 讲清楚图 2 13RCX 显示器代表的意义 第第 3 3 课课 制作能行走的机器人制作能行走的机器人 目的意义概述目的意义概述 本课主要想通用制作一个能行走的机器人 让学习亲身体 验机器人制作的基本步骤 通过活动锻炼同学们的动手动脑能力 本课的重点 是体验机器人制作过程 难点是 ROBOLAB 编程环境及编程方法 教学建议 将本两分为 2 课时完成 第一课时完成机器人的搭建及 ROBRLAB 编程环境的认识 第 2 课时 完成为机器人编写程序和调试机器人 3 1 机器人制作的基本步骤机器人制作的基本步骤 在中小学机器人活动中 机器人的外型常常被做成车的外型 为了打破这一固 有思维 教师可通过视频展示各种外型 不同功能的机器人 在展示的基础上 让学生理解设计制作机器人的四个基本步骤 1 确立目标 2 搭建机器人 3 编写程序 4 调试机器人 3 2 搭建机器人的搭建机器人的 身躯身躯 本环节的目的是让同学们认识搭建机器人所用到的各种积木件 有条件的学校 应该同学亲自动手摸一摸 试一试 3 3 制作能行走的机器人制作能行走的机器人 3 3 1 搭建 身躯 乐高机器人的精华之一是它具体丰富的积木块和灵活多样的搭建方式 能行走 的机器人 巧妙地应用了齿轮传动和活赛杆 教学时中应让学生理解传动原理 不限制学生的思维 引导他们自行设计更好的机器人 3 3 2 进入 ROIBOLAB 编程环境 初看 ROBOLAB 编程环境会有眼花缭乱的感觉 教师应引导学生分类认识 ROBOLAB 的功能面板和工具面板 教师应演示如何拖拉功能图标 编写程序 3 3 3 为机器人编写程序 教师在上面讲清了编程方法后 这里可分组让学生自己完成任务 因为 这个 任务十分简单 教材也说得很清楚 3 3 4 下载程序 本环节的重点是讲清楚程序的选择 3 3 5 程序的执行和测试 这个环节同样可分组让学生自己完成 教师的任务是帮助学生解决他们解 决不了的问题 第第 4 4 课课 让机器人送餐让机器人送餐 4 目的意义概述目的意义概述 本课的目的是通过两个具体任务为教学载体 培养学生分 析问题和解决问题的思维方法 两个任务从编写程序的角度来讲 都是解决机 器人转弯的问题 这是本节的重点 4 1 教机器人走正方形教机器人走正方形 本任务我们用纳英特机器人完成 其目的是把同学的注意力集中在编程的算法 上 如何走正方形 对学生来讲不是难点 难点在于如何控制机器人转弯 这里有 两个问题 一是实际机器人马达电源的接口与程序控制的马达端口的对应关系 是怎样的 二是 如何实现转弯运动 教师应讲清楚 一般从左到右 0 号马达 1 号马达 转弯运动的几种方法可 让学生讨论 差速转动和反转都能实现转弯 实际应用时应看你是要转大弯还 是小弯而定 本节的第二个难点是图 4 2 中的程序 要求学生能理解就行了 4 2 让机器人送餐让机器人送餐 本任务用乐高机器人完成 其目的是皆顾两种机器人器材的选取 送餐机器人的搭建比较难 需要在老师的指导下完成 建议教学时分组完成 由一部分同学负责搭建 一部分同学负责编程 关于任务描述 有条件的学校可以搭一个场地 条件一般的学校 可以画一个 场地 用一个方块代替餐桌 4 2 1 解决方案 时间控制 本环节分为机器人的搭建和编程 可分组进行 程序的编写难点在图标的修饰量的设置 对此 需要教师演示 扫清障碍 4 2 2 解决方案二 角度传感器控制 角度传感器是学生接触的第一个传感器 教学时应让学生理解 角度传感器其 实就是一个记数器 它记录转动轴转过的圈数 图 4 8 的程序比较复杂 教师除了讲清各图标的意义外 还应说明图标在功能 面板中的位置 第第 5 5 课课 计算机程序与计算机程序与 QBASICQBASIC 语言语言 目的意义概述 目的意义概述 本册的编写意图之一是通过智能机器人活动为教学载体 学习计算机程序编写的基本思想和方法 本节主要学习什么是计算机程序 计 算机语言等基本概念 并在此基础上学习 QBASIC 语言 本节的重点是 QBASIC 程序的组成及格式以及 QBASIC 语言中的常量和变 量 变量的数据类型 本节的技能目标要求 同学们在理解例程的基础上 能应用常数 变量以及函 数编写简单的程序 5 1 算机的程序与语言算机的程序与语言 5 1 1 计算机程序 本小点通过两个具体的机器人控制程序 让同学理解什么是程序 即 把解决 问题的方法 步骤 用计算机语言编写成一条条指挥计算机动作的指令集 就 叫计算机程序 5 1 2 计算机语言 5 既然程序是由计算机语言编写而成的 那么 什么是计算机语言它与人们使用 的自然语言有什么相同和区别呢 从逻辑的顺序首先应让同学明白 计算机还 听 不懂人类的自然语言 它只 懂得二进制的 机器指令 开始人们用机器语言为计算机编程 后来改用 汇编语言 一种采用符号代表机器人指令的语言 不管是机器语言还是汇 编语言 它们都依赖于具体的计算机 再后来 人们开发出了 计算机高级语言 一种接近人们自然语言和数学语 言的计算机语言 它们与具体的计算机无关 但计算机执行这样的语言编写的 程序之前 必须由解释程序和编译程序翻译成具体的计算机指令 教学时 应理清什么是机器人语言 汇编语言和计算机高级语言 以及它们的 发展历程 但不具体深究 5 1 3 程序的结构 程序的好坏与程序的结构直接相关 计算机语言中提供的循环程序结构 条件 分支结构是解决实际问题的突破口 在此 可简单提示同学 程序的执行并非 从第一条指令顺序招待到最后一条指令 5 2 QBASIC 语言简介语言简介 5 2 1QBASIC 程序的组成 QBASIC 程序的组成是 QBASIC 语言编程的约定 也是程序编写时必须遵守 的法规 对此 教师应对比具体的例程说明 避免空洞地说教 否则说了学生 也记不住 5 2 2 常量和变量 常量和变量是计算机语言中的基本概念 教学时同样应通过具体的例子说明 以帮助理解 5 2 3 变量的数据类型 变量的数据类型是计算机语言所特有的 一般在数学中不区别变量的类型 原因是不同的数据类型 计算机的存储空间和方式不同 所以 在编写程序使 用变量之前 须说明变量的数据类型 对此 学生是能够理解的 5 2 4QBASIC 语句的格式 基本格式 语句定义符 语句体 这里建议 以例程 2 讲解语句的格式 同进说明各语句的功能 程序都是一些 简单的巩单词 学生在理解上应该没有障碍 5 2 5QBASIC 的函数 计算机语言中的函数相当于数学中的公式 用 QBASIC 语言控制机器人的动作 使用得最多的函数是 MOTOR 和 SLEEP 应该说这两个函数都不难理解 我们 可通过延长机器人运动的时间或提高机器人的运动速度等具体问题 帮助学生 理解它们 第第 6 6 课课 程序设计流程图程序设计流程图 目的意义概述 目的意义概述 学习了计算机语言 接下来就可以用计算机语言编写程序 解决具体问题了 本课的目标是了解程序设计的一般步骤及流程图 学会用流 程图表示问题的解决过程 6 本课首先通过让机器人走正方形这一任务 说明程序设计的一般步骤 再在此 基础上引入程序流程图的概念及表示方法 最后通过 前方有障碍 STOP 这个具体实例的应用 让学生亲历 问题分析 机器人的搭建 程序设计和编 写 调试的过程 从而构建分析问题 解决问题的思路和方法 流程图是本节 的重点 建议用两课时完成 6 1 程序设计的一般步骤程序设计的一般步骤 本小点学生不难理解 可略讲 值得注意的是应让学生理解 算法 这一 概念 6 2 程序流程图程序流程图 程序流程图是本课的重点 首先可通过图 6 1 说明 像这样用图框描述解决问 题或执行任务的方法 思路或算法的图叫程序流程图 然后再引导学生观察 不同的操作用不同形状的框表示 箭头表示了计算机处理或执行的逻辑顺序 建议第一课时到此为止 剩下的时间可让学生画出送餐机器人程序的流程图 通过实物展台或视频展示的方法 讲评学生作业 以检查学生的掌握情况 最后总结流程图的优点 6 3 应用举例 前言有障碍 应用举例 前言有障碍 STOP 本小节是前部分知识的具体应用 对学生来说问题是全新的 教材提示的问题 简单 目的是把学生的注意力和思维放在问题的解决方法和过程上来 而不是 自怎样求解这个问题 6 3 1 任务描述 任务描述也是任务解决需达成的目标 可以说在机器人活动中 能准备描述出 任务目标 任务已经解决一半了 建议通过动画或视频演示说明任务达成目标 6 3 2 任务分析 在机器人活动中 任务分析常常要从两方面去思考 一是机器人的硬件搭建 二是程序实现的可行性 这两者常常又是相辅相成的 也就是说 不同的搭建 需要不同的程序 有的老师可能会认为机器人的搭建不是信息技术的内容 而 我们认为 机器人的搭建不仅是信息技术的内容 而且是重要内容 试想 机 器人感受其周围环境 不正是感测技术吗 本节的任务分析 建议让学生讨论 首先作为机器人来说 它怎么感受到有无 障碍物 自然同学们会想到 需要有一个检测是否有障碍物的元件 第二 机 器人的行为动作是怎样的 无障碍物怎么办 有障碍物怎么办 6 3 3 机器人的搭建 这里机器人的搭建很简单 教师可先搭好 让学生观察 认识红外避障传感器 教师应可通过实物投影仪讲解红外避障传感器的结构 6 3 4 设定检测距离 红外避障传感器是感测技术的常用传感器 对此学生也很容易理解 教学时 应注意讲清楚检测距离的调整方法 有条件的学校可分组实验 6 3 5 程序流程图 这个程序流程图比较简单 可让学生讨论完成 6 3 6QBASIC 程序 程序的实现方法很多 可能成为难点的是红外避障传感器检测到有无障碍在程 序中的表达式是怎样的 可用下面的表格表示 7 红外避障传感器检 测 Digital 10 其中 10 是连接端口号 有障碍Digital 10 1 无障碍Digital 10 0 建议 如果学生能力强的 可引导学生讨论程序的编写 对于能力一般的 只 要求能理解程序就行了 最后 下载程序 运行 调试 根据机器人停止点距障碍物的距离 教师可适 当调整距离 让学生体会检测距离的作用 探索活动 探索活动 机器人前方遇障碍 右转 90 度后继续直线前进 这个任务是应用举例的延续 可引导学生在前一任务的基础上修改 第第 7 7 课课 机器人的机器人的 感觉器官感觉器官 目的意义概述 目的意义概述 通过前一课的学习 我们知道机器人可以通过红外线传感 器感知障碍 本课类比人的感觉器官 认识机器人的传感器 了解几种常见传 感器的原理和作用 教材安排了三个探究性实验 建议用二课时 第一课时完 成 7 1 7 3 第二课时完成 7 4 7 5 和探究活动 教学时始终应让学生明白一个道理 那就是 机器人与机器最显著的区别在于 机器人对外界环境具有逻辑判断和思维的能力 那么 机器人是如何感觉环境 变化的呢 它是靠各种传感器 传感器实质上是一些特殊的电子元件或装置 它能感受或响应特定的被测量的物理量或化学量 并将其转化为电信号 7 1 机器人的机器人的 嘴巴嘴巴 和和 耳朵耳朵 明确机器人的 嘴巴 和 耳朵 其实就是机器人的发声和听觉装 教学时让 学生了解 目前人们还只能让机器人感知声音的有无或强弱 还不能识别音色 要让机器人认识人的声音 还有待科学家的努力 简单的声控传感器很容易实现 教材介绍了纳英特机器人的声控传感器 教学建议 1 认识纳英特声控传感器 2 明确纳英特声控传感器是模拟传感器 检测环境声音的相对强度 3 会正确连接纳英特声控传感器 4 将 实验一 检测环境声强的相对值 作为探究性实验 7 2 机器人的机器人的 眼睛眼睛 视觉传感器是机器人身上至关重要的传感器 由于目前还找不到能代替人眼这 样精密的视觉传感器 既能分辨颜色 又能判断距离 人们只好根据不同的 用途制作出不同的视觉传感器 如有检测距离的红外传感器或超声波传感器 有能分辨颜色的光电传感器或灰度传感器 教学建议 教材对红外传感器和灰度传感器的原理叙述十分清楚 学生易于理 解 可指导学生阅读 活动重点应放在 实验二 检测迷宫场地地面和白线的 灰度值 上 当然 也可检测不同物体表面颜色的灰度值 如果是使用乐高光电传感器 也可以检测不同颜色的物体的光值 7 3 机器人的机器人的 鼻子鼻子 8 机器人的鼻子其实就是一个烟雾传感器 建议教学时简单介绍 7 4 机器人的机器人的 触觉触觉 机器人的触觉传感器很多 教材中只介绍了触碰传感器和温度传感器 教学建议 由于有前面的基础 本节的实验三 可以让学生自主探究 完成 7 5 机器人的能源机器人的能源 机器人的能源一般来源于电池的化学能 探索活动 探索活动 本课的探究活动效果明显 趣味性强 建议创造条件让学生动手去做 第第 8 8 课课 机器人走迷宫机器人走迷宫 目的意义概述 目的意义概述 前面学习了机器人的传感器和程序的编写 作为应用 教 材选用了机器人走迷宫 目的是通过机器人走迷宫问题的分析和求解 培养和 提高学生分析问题和解决问题的能力 本课 1 3 小节重在问题的分析和机器人的搭建 4 6 小节为程序的编写 保存和调试 建议 本课用两课时 1 3 小节为一课 4 6 小节为第二课时 机器人硬 件条件不够的学校可将本课与下一课重组 在仿真环境下学习和练习 8 1 任务描述任务描述 本节主要是让学生明确机器人走迷宫所需完成的任务 教学时可用纳英特仿真 软件 快速启动项目 仿真演示 8 2 任务分析及算法任务分析及算法 可组织同学讨论 如果是我们人来完成走迷宫 你会怎么走 在此基础上引入 迷宫定则 确定左手或右手定则后 再进一走讨论 在迷宫里行走过程中可能遇到的几种 情况 下面是左手定则的三种情况 1 前方有障碍 2 前方无障碍 左方有障碍 3 前方无障碍 左方无障碍 进一步讨论 在上述三种情况中 机器人应做出怎样的反应 8 3 走迷宫机器人的搭建走迷宫机器人的搭建 机器人的搭建 涉及到两个问题 选用什么样的传感器来判断障碍物 传感器 如何安装 这实质上就是上一课传感器学习后的应用问题 可组织学习讨论解 决方案 8 4 机器人走迷宫程序流程图机器人走迷宫程序流程图 有了前面的分析 画出程序流程图不是难事 8 5 机器人走迷宫的机器人走迷宫的 QBASIC 程序程序 根据流程图写程序 难点在于 QBASIC 语言的表达 已经写出的程序学生要读 懂不难 难在自己写程序 再有就是程序中马达参数的调整 实际上马达参数 的调整与场地有关 必须认真观察机器人的运动后 才能得到正确的参数 9 建议 对程度一般的学生 只要求能读懂程序就可以了 有条件的学校 应安排时间调试程序 8 6 程序的保存程序的保存 新版的纳英特编程软件保存操作简单多了 探索活动 探索活动 活动活动 1 建议改为 假定机器人前方红外传感器接 10 号数字传感器端口 要求机器人 前方有障碍特 左转 90 度 否则直行 本目题实质上是在理解前面程序的基础上的改写 也是条件判断语句的练习 If digital 10 1 then Motor 0 70 Motor 1 70 Else Motor 0 100 Motor 1 100 End 答案不唯一 教师庆鼓励学生写出不同的程序段 活动活动 2 这是一个简单的机器人活动 对场地要求不高 在机房就可完成 第第 9 9 课课 在仿真环境中走迷宫在仿真环境中走迷宫 目的意义概述 目的意义概述 教材安排本课的目的 一方面是学习如何在仿真软件中搭 建场地和机器人 另一方面是利用仿真软件开展机器人活动 弥补硬件条件不 足 实际新版的纳英特仿真软件 较教材中介绍的软件操作更简单 本课可完成两课时 第一课时 认识软件 搭建场地 第二课时 搭建机器人 仿真运行 9 1 认识机器人仿真系统认识机器人仿真系统 初三的学生使用纳英特仿真软件 很容易上手 这一节主要应通过 快速启动 感受三维立体仿真系统 同时会变换不同视角 观察机器人的运动情况 9 2 在仿真系统中搭建场地在仿真系统中搭建场地 场地的搭建包括 1 画场地底图 2 导入场地图 3 搭建场地实物 本小节的难点在搭建场地实物 教学建议 教师可安排具体而简单的操作任务 让学生练习 9 3 在仿真环境下搭建机器人在仿真环境下搭建机器人 机器人的搭建包括马达 轮子和传感器的安装 这部分内容教材写得很详 细 新版的软件也比较好用 教师只要安排足够的时间让同学们上机实践就可以了 9 4 在仿真环境中测试机器人在仿真环境中测试机器人 仿真运动包括 1 机器人组队设置 2 机器人与场地的合成 3 仿真运 行 对同学来说 按提示操作 问题不大 10 第第 1010 课课 轨迹机器人轨迹机器人 目的意义概述目的意义概述 轨迹机器人是机器人活动应用的又一个典范 本课教材以 轨迹机器人活动任务为载体 学习乐高光电传感器的工作原理 使用方法 以 及 ROBOLAB 的编程技巧 主要学习条件分支和跳转图标的使用 从思维训练 的角度上讲 本课分别就单光感和双光感机器人走轨迹进行了任务描术和算法 分析 对开拓同学的创新思维具体一定的帮助和借鉴 建议 本课用二课时 第一课时完成 1 2 小节 单光感走轨迹 第二课时完 成第 3 小节双光感走轨迹 10 1 光电传感器是怎样工作的光电传感器是怎样工作的 本节主要介绍了光电传感器的工作原理 乐高光电传感器的使用方法 就原理 部分 学生很容易理解 教学中应着重介绍乐高光电传感器的使用方法 特别 是如何检测物体的光值 教师应指导学生认真完成 P65 的试一试 10 2 单光电传感器实现走轨迹单光电传感器实现走轨迹 单光感走轨迹只能是单线轨迹 为此 教师应准备一个简单的场地 本任务涉及到机器人的搭建 算法分析 程序的编写 下载运行和调 试 四方面的问题 对同学来讲都是全新的 下面就这四方面提出建 议 1 机器人的搭建 不是我们教学的重点 加之这样的机器人的 搭建也不是很复杂 教师可先搭建好 与学生一起分析为什么 这样搭就行了 2 算法分析 是思维的高级训练 教师可制作一个简单的动画 演示 帮助学生理解 流程图能直观 清晰的表示算法分析 3 程序设计 作为例程 教师可先介绍程序 让学生理解程序 再演示程序的编写 在 ROLBLAB 中 常用跳转图标实现无限循环 分支图标可实现各种条件分支 本例中的光感分支图标实现了 根据光电传感器不同的反馈值 让机器人做出不同的动作反应 4 程序的保存 下载 运行和调试 乐高机器人程序的保存 下载都很简单 关于程序的优化 可引导学生讨论 图 10 5 所示的程序有什么不足 为什么 从而进一步思考 怎么制作一个全自动机器人 另外 作为 思维训练 应让学生明白 传感器自主采集数据是信息技术应用的重 要组成部分 10 3 用双光感实现走轨迹用双光感实现走轨迹 从任务描述看 本任务比前一个任务多了一个 十字 路口 教师应引导 学生分别出图 10 12 所示的几种情况 并读懂图 10 13 所示的程序 建议 本课时的重点应放在机器人的调试上 第第 1111 课课 可监控事件的机器人可监控事件的机器人 11 目的意义概述目的意义概述 事件控制技术是信息技术中传感技术 自动控制技术的重 要内容 同时事件控制也是解决多任务并发问题的一种有效途径 教材安排本 课既是学习多任务 事件 监控处理的方法 同时又有利于提高同学们分析问 题和解决问题的能力 本课的重点是事件监控的思维训练 难点是理解本课的程序流程图和程序 11 1 什么是事件控制什么是事件控制 本小节主要是让学生理解什么是事件 什么是事件监控 所谓事件 简单地理解就是一段时间内发生的事情 或事物变化 事件监控是指关注事件是否发生 当事件发生后做出什么样的响应和处理 建议 教学时多用同学们熟悉的实例说明 11 2 RCX 对事件的监控对事件的监控 本小节的重点应让同学知道事件监控分为定义事件 监控事件 事件着陆 和停止监控四个步骤 并认识相应的图标 ROBOLAB 对事件的监控用以下四步 1 定义事件 即事件触发的条件 2 监控事件 即关注事件的发生 如果只是定义了事件 没有开始监控 事件 即使事件发生了 处理器也不会对事件做出响应 3 事件着陆 指事件触发后的着陆点 其后是事件触发后 所做出的响 应命令 4 停止监控 指程序结束对事件的监控 以上四个操作中 定义事件是难点 11 3 三光电传感器轨迹机器人的制作三光电传感器轨迹机器人的制作 11 3 1 问题解决策略 问题解决策略分为硬件搭建和软件实现 二者是相辅相成的 教材中所用的硬件搭建是经典的三光感小车 教师可事先搭建 并向学生介绍 这样搭建的优点 优点 动力后驱 具有强劲的动力 两轮距离较大 具有较大的动力力矩 转 弯灵活 三光感成 品 字排列 有利用黑线的检测 减小检测黑线后的摆 幅 循线策略分析 这是训练学生思维能力的良好载体 是教学分析的重点 11 3 2 程序流程图 初看图 11 5 的程序流程图会有眼花缭乱的感觉 教学时应注意理清思维逻辑 简单地说就是 初始化环境条件 包括环境光的检测 事件的定义等 事件分支 即如果红色事件发生 如何处理 蓝色事件发现如何处理 两事件 同时发生如何处理 以上述逻辑层次去分析流程图 能帮助学生理清思路 11 3 3 程序 图 11 6 的程序与流程图对应理解应该说不是很困难 程序理解上的难点在于 事件的值 上 教师应说明由于有多个监控的事件 而事件的着陆点只有一 个 那么如何区别是哪个事件发生了呢 最大的办法就是通过 事件的值 去 区分 再根据事件的值分支 当不同的事件发生 实现不同的响应和处理 12 第第 1212 课课 机器人灭火机器人灭火 寻找火源寻找火源 目的意义概述目的意义概述 机器人灭火可以说是一个大型的综合任务 所涉及到的传 感器的应用和程序的处理都比较复杂 同时 它又是培养学生综合应用所学知 识解决实际问题的一个典型实例 教材以纳英特机器人灭火活动为载体 化整 为零 从简单到复杂一步一步的引导学生完成灭火任务 这样做既分散了教学 难点 将灰度传感器 火焰传感器 声控传感器以及模块化程序结构思想溶入 教学中 建议 本课分两课时完成 第 1 2 节为第一课时 第 3 节为第二课时 12 1 灭火实验及场地简介灭火实验及场地简介 此小节目的在于让学生明确任务目标 可让学生自行阅读 12 2 简易灭火机器人的制作简易灭火机器人的制作 本节的重点是认识纳英特灰度传感器及其使用方法 并会用灰度传感器检测物 体表面的灰度值 而本节的任务 1 可作为灰度传感器的应用实例 任务一只要求机器人能判断自己是否进入警线 12 2 1 简易灭火机器人的搭建 要求 1 认识地面灰度传感器 并会正确安装 2 知道灰度传感器属模拟传感器 一般来说 物体表面颜色越深 灰度值越大 白色 浅色 物体 灰度值小于 125 黑色 深色 物体 灰度值大于 125 3 理解图 12 4 的程序 会正确检测物体表面灰度 12 2 2 灭火程序 到现在读懂图 12 6 的程序并不困难 12 2 3 测试 建议 教师可自制一个简易场地 让学生分组完成灭火任务 12 3 使用火焰传感器寻找火源灭火使用火焰传感器寻找火源灭火 用检测是否 看 到白线的方法灭火很不科学 学生很自然地会想到是否有一 个能检测火焰的火焰传感器 12 3 1 火焰传感器 作为信息技术 正确采集有利信息非常重要 因此 根据火焰特征 制作的火 焰传感器能有效的检测和判断火源的位置 至于火焰传感器的反馈值与火源的距离及方位的关系 教材把它作为探究性实 验 为既有利于教师组织教学活动 又有利于培养学生探究性学习的兴趣和能 力 12 3 2 能寻找火源的机器人搭建 由于有前面的基础 这里的搭建很容易 12 3 3 教会机器人寻找火源 这是一个探究性实验 我们希望同学在读懂程序的基础上 通过实验 发现火 焰值与火焰距离以及方位的关系 12 3 4 寻找火源灭火的两个任务 这两个任务 有条件的学校也可作为探索性实验 硬作条件不足的学校 可在 仿真环境下完成 任务 2 与任务 1 的算法一样 只是以火焰值来判断灭火的有效位置 13 任务 3 实质上是任务 1 和任务 2 的综合 灭火条件是复合条件 即 火焰值达 到有效距离 并且进入警戒线 第第 1313 课课 机器人灭火机器人灭火 迷宫灭火迷宫灭火 目的意义概述目的意义概述 本课是迷宫机器人和灭火机器人的综合 本课的重点应放在分 析问题 解决问题的思维以及程序的模块化结构上 换言之 本课的机器人灭 火任务的完成只是作为学习的一个结果 甚至可淡化实验 利用仿真软件帮助 学生理解 这样可减小真实实验中一些不确定的干扰因素 把注意力集中在思 维训练上 建议 本课用两课时 第一节为第一课时 结构化程序设计和第二节为第二课时 13 1 迷宫机器人的制作迷宫机器人的制作 13 1 1 迷宫灭火的策略 可借助仿真软件 比如把火焰放在房间 2 或房间 3 组织学生讨论灭火方 案 引导学生得出迷宫灭火策略 没有发现火焰 走迷宫 寻找火源 发 现火焰 启动灭火程序 13 1 2 迷宫灭火的流程图 图 13 1 所示的灭火程序流程图 非常符合人的思维习惯 教师应很好的 加以利用 左边的模块化程序流程图 简单 清晰 右边的程序流程图 是左边流程图的细化 即启动灭火程序 具体要做什么 又该怎样走迷宫 寻找火源 程序流程图的细化 实质上将程序分成了两个分支 每个分支只完成该分 支所要解决的问题 另外 对复杂任务 我们还可以分工合作 一部分人 解决发现火焰后如何灭火 一部分人解决寻找火源的问题 这样的教学 我们不仅教给了学生分析问题和解决问题的方法 而且倡导的合作精神 这才是教学的根本 13 1 3 迷宫灭火机器人的搭建 这里的机器人实质上是迷宫机器人和简易灭火机器人的综合 建议通过仿 真练习机器人的搭建 13 1 4 迷宫机器人灭火程序 要求学生能读懂程序 建议 通过仿真灭火帮助学生理解程序 结构化程序设计结构化程序设计 结构化程序设计思想作为知识窗介绍 要求学生能理解就行了 关于主程序和子程序的关系 可归纳为 主程序罗列满足什么条件 需要 完成什么任务 而子程序则回答 如何去完成相应的任务 13 2 声控启动灭火机器人 本节可以说是前面的大综合 要求能读懂程序就行 第第 1414 课课 机器人实验室机器人实验室 目的意义概述目的意义概述 前面我们提到的机器人基本上都是一辆车 一辆智能化的 小车 通过传感器 感受环境的变化 采集数据 再根据程序做出相应的 14 处理和响应 所涉及到的信息技术 主要包括传感技术和自动控制技术 但还未涉及到信息的采集后的分析 处理和加工 为了拓展学生装的思维 和知识面 本课我们将学习如何利用 ROBOLAB 软件建立一个机器人实 验室 并在此基础上设计一个简单的物理实验装置 通过编写程序 体验 数据的采集 上传 分析和处理的全过程 对课对教师和教学设备要求都比较高 建议作为演示教学 目的是让学生 体验实验方法和过程法和过程 14 1 建立自己的主题建立自己的主题 ROBOLAB 实验研究是在研究者级别中完成的 在开始实验之前 需要创 建一个实验主题 本节的重点 应让学生明确一个实验项目所经历的五个步骤 1 使用传感器设计和搭建实验 2 编写程序 告诉 RCX 需要采集的信息 3 开始实验 采集信息 4 上传数据 信息 5 分析数据 14 2 我的第一个实验我的第一个实验 大家都知道 蒸发要吸热 物体温度要降低 但物体温度降低了多少 经 过多长时间温度降到最低 要得到相关的数据 并制成温度变化曲线还真 不是一件容易的事 但智能机器人实验 确可以轻易的做到 14 2 1 设计和搭建实验 利用乐高温度传感器 很容易设计出简单的实验装置 实验要求 让 RCX 每隔 3 秒钟采集一次温度数据 1 分钟后停止采 集 14 2 2 程序的编写 这里我们用的是研究者编别中的编程者级别 1 即最简单的研究者程序 程序虽然简单 但它仍包含了数据的采集思想 即采集什么数据 数据采集的 速度以及结束采集的条件 这是教学的重点 14 2 3 下载程序 与编程者级别一样 14 2 4 开始实验 这个实验很简单 实验时间也不长 14 2 5 上传数据 上传数据是本节的难点 这里包括 1 数据集名