科技普及-机器人来了

学习主题科技普及—机器人来了时间30分教学目标认识机器人，掌握机器人定义；掌握三角形具有稳定性；了解投石机，和机器人的组成结构；搭建完成投石机。重难点三角形的性质注意事项注意准备皮筋。教学准备课件、套盒、教案教学过程一、情景导入师：在上课之前老师和大家科普一下，随着新兴信息技术的发展，AI逐步进入我们生活，它所涉及的范围也很广泛，包含了语言识别、自然语言处理、也就是计算机和人对话，还涉及到机器人领域、模拟思维等等。小朋友们你们能想到自己身边的哪些人工智能呢？老师想到了小度小度，跟小度机器人对话，还有咱们进出站的人脸识别以及咱们疫情的时候自动测温的机器人。我们身边最常见的就是人工智能机器人啦。本节课我们就以机器人给各位同学展开科普讲解。我们稍后可以一起设计机器人做人工智能的小项目，设计机器人过程呢也非常的有趣。那你们想不想设计属于自己的机器人呢？是不是迫不及待了？生：......师：不要着急，上课前呢，老师啊，要给大家提一点小小的课堂要求。首先呢我们要准备出机器人搭建器材。将器材套盒放置于一个干净平坦的桌面上。第2点呢，我们上课的时候要保持坐姿端正。养成良好的习惯。第3点，使用完教具以后要拆装整理好工具。二、知识讲解师：今天课程内容主要分为三大部分，第一部分老师会带大家了解一下什么是机器人，带着同学们一起去认识机器人。第二个部分是同学们最期待的环节，就是使用套装跟着老师一起去创作机器人吧。第三部分呢是要使用自己的机器人去完成本节课的任务。比比谁的机器人设计的更加厉害。生：......师：一起进入本节课的第一部分内容，认识机器人！说到机器人，你们一定是在电影里，动画片里或者是生活当中有见过，今天呢老师啊也给大家带来了几个机器人朋友，我们一起来看一看，你们认不认识他们好不好呢？教学过程生：好师：有知道这些机器人都叫什么名字的吗？生：大黄蜂，大白，扫地机器人师：对，你们说的很好。大黄蜂是电影变形金刚里面的机器人，一个著名的汽车机器人，它呢可以变身为一辆汽车参与一些救援工作。可以保护人类。第2款机器人是大白机器人，他呢是一个体型胖嘟嘟的可以充电型的智能机器人，是属于陪伴型机器人，大家来看第3个，这是一款清扫型机器人，他的名字呢叫做瓦力，刚刚我们看到三个机器人呢，他们都是电影中的一些角色，其实呢随着时代的发展啊，不只在电影中出现过机器人，我们生活中啊也出现了很多厉害的机器人，本节课老师就给大家展示几种现代非常先进的机器人，一起通过小视频了解一下吧！师：通过视频我们发现，其实人工智能已经悄悄的来了，就在我们的身边，人工智能技术以及机器人也在逐步改变人们生活。我们可以把当今时代呢，称之为人机共存的新时代。机器人在生活中应用非常广泛，涉及到生活方面，交通，医疗，生产，农业以及军事方面都有机器人的身影。生：......师：同学们，想一想，生活中这么多机器人，到底什么样的叫机器人呢？我们一起来总结一下机器人的定义吧。生：......师：同学们说的都很好，机器人这个词我们可以拆分成两个词去理解。首先机器，机器人可不是普通的机器，它是一种能够自动执行工作的一种机器，非常智能。怎么才能称之为智能呢，因为他很聪明和我们人类很相似，机器人是模拟人或其他生物去创造设计出来的，他们有着相似的智力和行为。机器人呢可以模拟人的动作。比如说踢足球的机器人去模拟足球运动员的动作。打乒乓球的机械臂呢可以模拟人手的动作进行打球，陪着人训练。所以是智能化的。总结一下，我们把智能化能自动执行工作的机器就称之为机器人。同学们理解了吗？生：理解了师：那么问题又来了，机器人都是由什么组成的呢？我们一起来了解一下机器人的组成。对比着我们人来分析一下机器人有哪几部分组成？首先人有一个非常聪明的大脑，思考问题。那机器人是不是也需要一个聪明的大脑呢？当然这个大脑是带引号的，这个大脑叫做CPU主控板。是模拟人的大脑功能建造的，可以让机器人根据环境做出判断控制机器人执行动作。那机器人需要依靠什么去执行各种复杂动作完成任务呢？人有身体，四肢。机器人第二部分组成，就为机器人的身体，也称之为机械结构。这属于机器人的结构搭建，需要我们自己动手搭建出来机器人的外形。外形设计好以后，机器人怎么动起来呢？就需要用到教学过程编程啦，使用计算机编程控制机器人执行动作。所以机械+智能=智能机器人，结构搭建加上程序才能设计出来完整的机器人来。不同功能的机器人就有不同的结构。生：......师：接下来我们一起来看几个非常有意思的机器人吧，首先第一个，摇头风扇是模拟家中落地风扇的造型进行设计的，利用了齿轮的加速装置，使风扇扇页转动的很快，搭配曲柄摇杆机构，可以使风扇进行左右摇摆去吹风。程序呢可以控制马达动起来，马达可以驱动齿轮转动，这样摇头风扇机器人就设计好啦。第二个机器人为四足机器人，采用平面四杆机构控制机器人向前行走。第三个呢为按钮飞天爪加入传感器，按钮开关，控制马达转动，马达连接着涡轮涡杆机构，所以呢可以控制这个机械爪张开和闭合。可以使用这个按钮飞天爪去抓取物品。第四个机器人爬行车，模拟的是尺蠖式的爬行机器人，利用剪叉结构可以使机器人的身体进行伸缩，从而蠕动前进。这都是后期课程当中我们会设计搭建的机器人，每一节课呢我们都会进行机器人的外形搭建，包括程序编写，去创造几十种类型的机器人。生：......师：学习了这么多，你们有没有掌握机器人的定义呢？根据定义来做一个小练习吧。说一说下列四个图哪个属于机器人呢？首先，第一个奥特曼属于机器人吗？生：不属于师：非常好，他是电影里边儿的角色，是人扮演的，所以不属于机器人。第二个呢？小爱同学，属于机器人吗？生：属于师：对我们呢能够跟小爱同学进行语音对话。比如说让小爱同学去打开空调，小同学呢就可以远程控制空调打开啦。那么第三个相机属于机器人吗？生：不属于师：对的，他不是智能化的机器，所以不属于机器人，那第四个呢？餐厅里边的送餐机器人是属于机器人吗？生：属于师：它可以把菜送到客人手中它非常智能化，能够识别路线。好啦看来第一个知识点，大家已经牢牢掌握住了。那我们就可以进行今天的机器人设计啦。生：...师：本节课我们要进行机器人，结构搭建部分的设计，去设计一个投石机。然后使用设计的投石机去发射小球完成任务。一起来看看投石机演示吧！是不是非常好玩，搭配橡皮筋就可以发射小球，设计好以后就可以比比谁的小球可以投的更远。这属于纯结构搭建。生：......教学过程师：后期课程我们还可以加入一些电子件，比如控制板，马达，按钮开关，加入程序去设计功能更为复杂的，电动的投石机，一起来看看吧！可以看到我们还可以通过编程控制马达正转反转，进而发射小球。变得更加有趣啦。生：....师：同学们，想不想来设计这个投石机作品呢？在搭建作品之前呢我们先来认识一下投石机吧！投石机是古代的一种攻城武器，可以进行远距离投射，造成破坏。投石机上一个很重要的原理是弹射原理，比如我们玩的弹弓也可以理解为是一种投石机，只是它的体积比较小。投石机的种类也分为很多种，最早出现于战国时期，是纯利用人力的人力投石机，投石机的一端放置石弹，另一端系很多条绳索，让人力拉拽而将石弹抛出去。第二种呢，叫做弹力投石机，依靠弓弦的弹力来抛射，除了发射大型箭也可以发射石弹，是机械弓弩的其中之一。第三种呢，叫做扭力投石机，依靠扭绞绳索产生力量弹射。弹射时，先用绞盘将弹射杆拉至接近水平的位置，在“勺子”或皮弹袋里放进弹丸。松开绞盘绳索时，弹射杆恢复到垂直位置将弹丸射出。可以看到，各式各样的投石机都非常厉害，通过它可以将弹药打到很远的城楼里边，那不同类型的投石机，结构有什么相似之处呢？同学们观察一下。可以发现在设计的时候内部框架都有三角形结构。师：三角形有什么神奇之处？生：.......师：我们一起来拿出来机器人科普搭建器材，然后使用里边的零件进行探究小实验吧。同学们一起将器材准备出来，然后打开它吧。打开它之后发现里边儿呢有小袋子装着各式各样的零件，我们需要从中找出三个15孔连杆。15孔连杆是白色的，上面有15个圆形的机械孔，一起数一数，找一找。再准备出三个黑扣。黑扣是黑色的，属于机器人的紧固件，连接机器人的身体组成。让机器人各个身体结构连接在一起。准备好以后，跟老师一起动手搭建出一个三角形吧。师：同学们，你们搭建完成了吗？搭建好之后呢我们使用双手去推三角形的左侧和右侧任意一边儿。你发现啊，这个三角形形状不会发生任何改变。是非常牢固，而且推不倒的。这说明呢三角形具有稳固，坚定，耐压的特点。那么使用这个三角形结构去设计投石机。投石机的整个身体结构就很稳定了。即使是放置非常重的石块，也不会将这个投石机压坏。生：......师：那有什么形状是不稳定的呢？我们来看一下拓展知识。课下同学们可以尝试去搭建一个四边形。搭建好之后呢我们手去推四边形的任意一条边儿，你会发现教学过程四边形啊，马上形状就发生了变化。由正方形变成了平行四边形。是不是压扁了，说明四边形具有不稳定性，是容易变形的。所以我们只能使用三角形去构建投石机的整个外形结构。一起来说一遍吧，三角形是具有稳定性的。生：......师：那生活中三角形的应用也非常广泛，我们一起来进行一个小练习吧。找一找图片中的三角形。在建房子时候，哪里用了三角形呢？指一指吧！首先来说是屋顶构建，用了三角形非常好，然后呢有没有发现在设计楼梯的时候也是三角形结构的。这样整个房子在构建的时候呢就会非常牢固了，同学们在课下呢也可以找一找自己身边的三角形应用。生：.......师：所以投石机在进行结构设计的时候，用的一个非常重要的结构就是三角形的稳定结构去设计它。除此之外，还增加橡皮筋儿，通过弹性势能的能量转变去发射弹药。为了能够让投石机弹药发射的更远，并且省力气，还应用了杠杆原理。这些机械知识以及物理知识呢，在后期上课的时候呢，我们会一一的讲解到。好了分析完它的结构之后呢接下来呢我们就可以进行创作机器人环节啦。一起来揉揉眼睛，做做眼保健操，休息五分钟吧。组装搭建第一步，先找出零件15孔连杆，6个；.............................按照流程图一步步进行搭建。搭建好及时检查。师：同学们，你们的投石机机器人设计好了吗？设计好后，进行任务比拼吧！我们需要用自己设计的投石机去击倒纸杯，纸杯的造型可以用普通的喝水的纸杯，也可以在此基础上进行外形设计去创建情景，比如将纸杯设计成小猪造型，或者小老鼠造型，看看能不能把它们击倒。本次呢我们使用积木件进行了机器人结构搭建，后期还可以加入更多电子件进行综合作品的创作。展示与交流同学们，你们的投石机搭建完成，这节课程也即将进入尾声，老师有几个小问题考考大家，进入我们的小试牛刀环节，你们准备好了吗？生：·····师：（做小考题）师：