交大附中 机器人活动交流(省教育厅培训用).ppt

2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,1,如何开展青少年机器人活动,西安交大附中刘全铭,E-mail: Tel:2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,2,如何开展青少年机器人活动,一、机器人教学活动二、机器人比赛活动,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,3,一、机器人教学活动意义, 培养学生科学素养的优良载体 1.综合性涉及机械、电子、计算机、人工智能、传感、控制等学科， 学生能从中得到综合素质的培养； 2.参与性学生亲自动手参与机器人设计、制作的过程，富有竞争性， 更能使他们产生主动学习的热情； 3.创新性开放式设计项目，学生可以发挥各自的创造性，寻找尽可 能多的方案，追求最佳结果； 4.互动性分组活动，培养团队精神，分享彼此的想法，互相帮助， 集思广益. 为提高机器人活动及参加比赛储备人才,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,4,1. 老师指导与学生动手紧密结合教材教具 (均实体化)课堂机器人实验室以学生为中心，边做边学 ( “做中学” 的理念)2. 以项目为牵引的知识整合多项专门知识- FLL 纳米科技 (研究创意探险)1-2个综合项目多元化的评价（过程与终结）,一、机器人教学活动特点与方法,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,5,一、机器人教学活动教材与课件,教育部高中教材课程标准四个出版社已出版正式教材机器人产品配套教程配套的课件较少（有待开发）,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,6,一、机器人教学活动教具,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,7,一、机器人教学活动现有产品,乐高LEGO（丹麦）- 西觅亚公司,国际知名玩具厂商（丹麦），年销售额100亿美圆，有近百年的历史，曾主要以拼装积木 玩具为主，近几年开发出RCX、NXT等控制器后推出风靡全球的拼装机器人。LEGO产品以拼装的灵活性和娱乐性取胜，是一款比较理想的机器人教育活动首选产品 （竞赛类待开发）。控制器接口少，只有3个输入和3个输出，限制了用户的发挥。编程软件只有图形化语言，不符合课标。全进口产品价格虽贵，但不易损坏。,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,8,一、机器人教学活动现有产品,慧鱼Fisher（德国）,国际名牌。前期生产工程设备的组装模型玩具，产品的系列化和专业化特征比较突出， 以面向大学的高档机器人教具见长。产品也采用拼装式，拼接牢固。 控制器、积木块的体积较大，不适合中小学生使用。编程软件为专用LLWIN，类似图形化，但较复杂，不符合课标。价格较贵，在￥8000￥15000元不等。全进口产品，政府主管不接受。,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,9,一、机器人教学活动现有产品,广茂达（上海）,其产品面向分大学、中学、小学三类，中学产品为主导，市场占有率比较大，在北京、上海等地较为中学用户接受，主要用于比赛。具有影响的产品是面向中学生的能力风暴智能机器人综合版（AS-MII）。控制系统硬件有较好的开放性，用户可以方便的增加传感器的数量，安装的位置也比较灵活。软件在保留流程图编程方式的前提下，增加了VJC代码编写环境，适合有C语言基础的高中学生。 不满足课程标准：产品都做成固定模块，未体现课标中的基本机械结构制作要求，因而目前不可能作为教具。据有些地区老师反映，技术支持、售后服务、培训力度不够。控制电路板需要借用国外的免费资源，并非完全独立开发、修补软件中的漏洞是当务之急,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,10,一、机器人教学活动现有产品,交大阳光（北京）,主打产品是SUNNY618教育机器人，面向大学、中学、小学，近几年的后起之秀。拼装件质量粗糙，装配工艺不良，可靠性差。功能比较单一，主要面向机器人足球比赛，不适于课堂教学。控制硬件和软件界面过于简单，在使用中不断出现硬件问题。用户主要集中于大学等。,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,11,一、机器人教学活动现有产品,通用依耐特（北京）,通用依耐特从2002年开始通用ROBOT-II教学机器人开发。产品的特点是简单、实用、模块化，在玩具车的基础上加装了主板以及各种不同的功能模块。模仿其它公司产品，无自主开发的新产品，唯一优势就是价格低。用玩具车改装，这种理念不符合课程标准。没有得到广大中、小学生及教师的认可，市场范围有限。,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,12,一、机器人教学活动现有产品,其他产品,广州中鸣数码，其产品结构件因用金属螺丝连接,故牢固适合于冲撞类机器人足球比赛。广州双龙电子，以销售AVR芯片为主。机器人产品简单，主要为配合单片机销售。不符合课标。南京紫光。代理韩国产品，拼装性不好，软件界面不适合中国学生使用。上海路佰得。代理日本产品，拼装件少，只有图形化语言。,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,13,一、机器人教学活动实验室配置,可以新建，也可以改造已有的计算机实验室,活动人数：3040，每34人为一组。面积： 在50平米以上。机器人配置：应配备11套机器人教具开发系统。设备： 实验室应该至少应该配置11台PC机，其中学生使用10台，教师使用一台。操作台： 操作台是学生搭建调试机器人的平台。操作台推荐尺寸1500mm800mm， 操作台上放置一台PC机，另外还有简易机器人的各种部件。供电要求：220V交流电，能提供功率为8KW 。采光要求：实验室光线应明亮，每扇窗户应有深色窗帘。必备仪器设备：万用表11个，电烙铁1把，焊锡1卷，组合工具一套（万用表 改锥、 钳子、镊子等）。其它： 有条件的学校应配置投影仪一套。,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,14,二、机器人比赛 第一步 选题, 创新性开放式设计，选择项目好坏的关键； 1.自动化应用：来自生活，代替人的劳动 举例：刷试管机器人，智能房屋，反恐爬壁（竿）机器人,清扫机器人 2.仿生：模仿生物的运动 举例：扑翼飞机，蛇，螃蟹，蚂蚱 3.联想：改造其他已有的作品应用于不同的环境、对象 举例：从螃蟹到足球机器人改进 技术集成性有一定技术难度 举例：声控灯；台球机器人 可实施性要中学生的知识水平力所能及，强调老师的作用。 举例：单腿跳机器人,第一步：选题/构思老师、学生,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,15,二、机器人比赛 第二步 选人,第二步：队伍组织 校内选拔赛规则性比赛 每项挑选24名同学 机器人的综合性决定的(机械、控制硬件（控制器、传感器）、控制软件)。 能适应比赛的精神：创新、团队、勇于实践、吃苦耐劳、心理健康 指导教师: 勤于积累，善于学习,乐于奉献，坚定信心，排除干扰. 校外资源(辅导老师12名加工场所) 针对自己的缺项，从周边科研所或大学聘请技术指导,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,16,二、机器人比赛 第三步 分工,第三步：任务分解分工,举例：灭火机器人项目, 机器人项目的综合性，知识交叉 功能分解老师指导, 分工 计划进度,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,17,二、机器人比赛 第四步 制作,第四步：机器人制作, 元器件、原材料 1.电机、传感器、电池 厂家采购,或电子市场去掏既好又便宜的产品； 电机的改造 2.控制器 以购买为主；输入输出口的配置，易于编程 附件加工 1.外协：影响机器人性能的关键器件、配件 2.改进与加工:自己动手，既方便又锻炼同学,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,18,二、机器人比赛 第五步 编程调试,第五步：编程与调试, 反复的过程，也是最关键的时期 1.要有充足的时间：整个制作周期的1/3以上 2.从单元到系统，要有耐性 举例：空中拍照机器人 可靠性好，适应力强比赛的基础 举例：灭火 足球机器人 设计好表演动作，体现机器人的特点 举例：舞蹈机器人,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,19,二、机器人比赛 第六步 参赛, 赛前准备 1.技术准备上场人员、赛程、演练（器材检查） 2.心理准备充分考虑各种困难和不利因素(挫折承受交流技巧) 3.物质准备充足备件(电池 易损件 电表）、必要工具 实战技巧 1.珍惜现场演练机会,尊重裁判 2.知己知彼，百战不殆 3.随机应变，机动灵活 4.坚持就是胜利 赛后总结 1.重在参与，享受过程 2.总结经验，以备来年,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,20,二、机器人比赛 主要赛事 ( 国内 ),中国青少年电脑机器人竞赛,中国青少年科技创新大赛,全国中小学生电脑制作活动,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,21,二、机器人比赛 主要赛事 ( 国际 ),WRO国际机器人奥林匹克竞赛,国际FLL机器人世锦赛（美国）,ROBOCUP机器人杯青少年比赛,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,22,二、机器人比赛 主要赛事项目,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,23,机器人活动能够给我们带来什么？,一个迅速成为学校亮点的项目一个新的中(高)考加分项目 - 教育部“全国中小学生电脑制作活动” - 中国科协“全国青少年科技创新大赛” (限于工程设计)一个基础教育课改大背景下的适时项目 - 综合实践 通用技术课程的操作平台,2018年1月15日,省教育厅中小学机器人培训材料,24,为什么机器人如此受宠？,机器人作为当今高科技前沿技术及知识的载体,吸引了世界上众多科学家的注意力,也正是它的新奇和神秘吸引了青少年的眼球机器人综合多学科知识和技能，更具发掘学生潜力体现个性发展通过电脑机器人活动可以使青少年更能主动地学习计算机编程、工程设计、动手制作与技术构建，同时结合日常观察、积累，寻求自己最完美的问题解决方案，发展自己的创造力最具创新精神、创新意识、创新能力的培养。(创新缘于实践)培养了青少年综合分析问题和解决问题的能力,有了初步的