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管理信息化智能制造智能机器人
第2课让机器人拥有智能:.
智能机器人第2——让机器人拥有智能课
教学设计
大连沙河口区中学生劳动技术中心耿殿君智能机器人
一、学情分析
随着信息技术的发展,智能机器人这一信息技术的前沿领域也得
到了飞速的发展,有专家预言,从信息产业的角度看,本世纪第一个
十年将是智能机器人时代。教育今天的超前发展是为以后的经济和社
会发展打基础的。为了使现在的学生能够适应未来信息时代的要求,
在教学中及时地增加有关智能机器人知识的内容是有必要的。为此,
中心特设置了智能机器人课,使学生能够亲身体验前沿科技的风采,
揭开机器人的神秘的面纱。有效地激发学生学科学爱科学的热情。
本节课为智能机器人课第21——机课,教学对象为学习过第课
器人搭建,掌握了乐高机器人的基本搭建技巧,了解常见传感器的种
类、功能、原理,能够运用机器人自带的微电脑实现简单的机器人控
制的初三学生。
二、教学任务
本节课的任务是让学生懂得如何实现机器人的人工智能。以学生
为主体,让他们亲自的参与、切身的体会,学习掌握基本的编程的思
路及调试的方法并能根据具体情况加以应用。
三、教学目标
1、知识与技能
通过互动操作让学生在实践过程中,领悟知识,掌握技能::.
(1)
别图形化编程技巧。
(2)理解程序设计思路,掌握程序基本结构中的判断和循环。
(3)学会结合环境对程序进行调试。
2、过程与方法
通过在编程实现人工智能的设计、调试过程中,创设情景,发挥
学生自主学习的积极性,让学生在做中学,学中做。经历思维、实践
过程,让学生在实践中提高分析问题、解决问题的能力,锻炼学生的
逻辑思维能力和动手操作能力。
3、情感态度与价值观
通过多种形式的教学活动,提高学生学习智能机器人课的兴趣。
体会团队合作的精神和使用技术的责任感、使命感。体验科学探究的
过程,激发学生对科学的求知欲和探究科学的勇气。培养勇于实践、
勇于思考、勇于创新的精神和素质。
四、教学重点和难点
1、重点:
(1)
化编程方法。
(2)学生在合作学习的基础上,自行设计,共同分析问题、解
决问题。
2、难点:
程序的调试:.
五、课前准备
1、授课时间:
结合本课的实际目标,设计授课时间90分钟
2、活动人数:
考虑到学生对编程的认识理解速度和程度有所不同,及教师
进行引导和答疑解惑的工作量,人数设定为244人,每人一组
共计6组。
3、器材准备:
,乐高编程软件的电脑蓝
牙机器人套装6套(其中机器人通用底盘已经安装完毕,节省安
装的时间,使学生只需集中精力进行传感器安装),机器人工作
台61张,走轨迹场地个,大屏幕投影设备一套。
4、学生的准备工作:
请学生在课前搜集整理一些智能机器人的资料并做成演示用幻
灯片。
六、教学策略
教法:
演示法、练习法,任务驱动法,教师主要做的是引导和答疑解惑
的工作。
学法:
学练结合法、合作探究法,学生需要在大量的实践操作和合作研
究中完成各项任务。:.
七、教学流程(共75分钟)
1、课程导入:(共8分钟)
(1)学生幻灯片展示(4分钟)
根据幻灯片进行简单介绍(种类多为爱宝机器狗、ASIMOQRIO和
等非拼装机器人。动作多为跳舞、踢球、投篮和模拟机械等特定功
能)。
(2)引入(4分钟)
幻灯片中展示的机器人都是比较具有代表性的,但是它们具有的
功能用我们手中的机器人都能实现,只要同学们愿意去想象去思考,
甚至可以实现更多更好的效果。
拿出教师做的线控机器人,为学生展示线控机器人踢球、绕柱。
(生:老师,你那是线控玩具,人家的那个不用拿手操控。)
换程序,机器人开始自动到处追球跑。
换程序,机器人在走轨迹场地顺黑线跑,在学生惊讶和新奇的眼
光下,机器人大摇大摆的顺线走到场地边沿(众学生:走到头了啊,
停啊),然后翻了下去(众学生:......)
学生都说这个机器人太笨了。的确,它不太聪明,但我没控制它
也按照我们期待的方式顺着黑线跑起来了。也就是说机器人至少有走
线的智能,虽然最后跳崖了。那么,机器人的智能是从哪里来的?
(生:电脑,编程......)人通过电脑编程使机器人能在无人控制状
态下运作,实现虚拟的智能,这种智能称之为人工智能。想让机器人
变得更聪明,就要通过编程为机器人提供人工智能。今天我们就要来:.
学习机器人的编程,让机器人拥有智能。
2、授课内容:(共67分钟)
(1)软件介绍(10分钟)
教法:演示法、练习法
学法:学练结合法
教学意图:
通过演示结合练习,让学生初步掌握软件的使用方法。
教学重点:
1、软件的基本操作(图1、图2、图3)。
2、程序的基本元素:运动与判断(图4)。
教学过程:

及如何进入导航者级别3,对软件中的各种图标及判断符号进行介绍。
重
重点讲解程序运行的基本元素:运
动与判断,机器人的动作依据程序中的
运动环节实现,机器人的智能靠程序中图2判断及延时单元
的判断设定实现。图5AC3档速度正转(既程序的效果为马达与以
向前直行),当1NXTAC3号接口的触碰被按下后,变成马达与以
档速度反转(既向后直行),4秒钟后机器人停。:.
教师活动:
利用大屏幕投影分段进行讲解演示,中间穿插学生练习,最后进
行一次完整过程演示。
学生活动:
听讲,观看演示,每阶段按要求进行操作练习。
(2)任务一:回到原点(15分钟)
教法:任务驱动法
学法:合作探究法
教学意图:
通过练习,
的使用方法。
教学重点:
纠正软件操作中出现的问题,强调判断符号的正确选择。
任务要求:
机器人从起点出发,最终回到起点附近停止,运行方式和传感器
的使用随意,至少用两种方法实现(直线、弧线的延时应用或用传感
器进行判断)。:.
教师活动:
巡回指导和启发。
学生活动:
以组为单位研究探讨,实践操作。
学生易出现的问题:
①现象:双马达中只有一个马达转动或都不转动。
原因:马达线接错。
②现象:双马达同速却不走直线。
原因:轮胎的外胎与内圈咬合不到位,导致一侧轮发漂。
③现象:机器人拐弯超快。
原因:程序中马达方向有错误。
④现象:机器人返回时跑过料或跑不到位。
原因:马达延迟时间设置有错误。
⑤现象:有的机器人回归过程中是靠触碰停止,但碰后无反应。
原因:没有在编程环境中为传感器添加接口数字,导致传感器
无效化。
(3)任务二:悬崖勒马(10分钟)
教法:任务驱动法
学法:合作探究法
教学意图:
通过一题多解的方法熟练程序设计。
教学重点::.
程序设计的思路。
设计要求:
不需要机器人顺线走,只要能运行到桌子边沿时自动后退就可,
传感器的选择和安装以及机器人后退方式各组讨论决定。拔高要求:
机器人在电脑桌上实现前后双向悬崖勒马效果。
教师活动:
巡回指导,总结操作中的问题,表扬优秀的设计并当场演示。
学生活动:
学生以组为单位研究探讨,实践操作。
机器人运行方向的桌子前端必须有学生准备接住机器人以注意:
防掉落损坏。
学生易出现的问题:
①现象:使用超声测距检测地面没有反应。
原因:。
②现象:机器人后退时车轮已经划到桌外退不回来。
原因:传感器离车体太近,导致检测不及时。应适当增加传感
器与车体的距离。
③现象:机器人侧向接近悬崖并滑落。
原因:侧向接近桌边时传感器位置无法保证尽快地检测到悬崖,
增加传感器与车体距离或保持机器人直线运行。
(4)介绍导航者级别47及调试(分钟)
教法:演示法、练习法:.
学法:学练结合法
教学意图:
通过演示结合练习,让学生理解级别437)。的不同之处(图与
教学重点:
程序调试。
教学过程:
介绍导航者级别43与级别的最根本区别:多步编程。
编程实现图8绕柱功能,
分析物理过程共分3步:前进
——转弯180o——前进。编程
流程如图9
此外,在导航者级别4中可设定无限循环或定次循环实现功能,
方便进行反复运动和判断。
调试是机器人设计中非常重要的步骤,它能确保机器人在不同的
环境条件下都能顺利的完成任务。机器人设计的再好,没有经过大量
的调试以适应环境,也无法正常工作。调试的对象一般是传感器和马
达。:.
演示踢足球机器人,球更换为发射红外光的竞赛用球,在拉上遮
光窗帘的情况下机器人靠光电传感器检测亮度从而发现球的存在并
去追球。打开窗帘,机器人对球视而不见直奔阳光方向前进(在球离
机器人较远的时候阳光的红外值大于球发光的红外值,程序设计为寻
找高于一定光值的方向。阴天可用手电筒照射光电传感器代替该效果,
机器人会跟随手电灯光移动)。
通过演示可以看出环境对机器人影响很大。
用微电脑现场测试光值:球正常为40—100(随距离减小光值增
大),阳光下场地中间光值为65—90(随太阳角度有变化),拉上窗
帘情况下场地光值为5—10。
在拉上窗帘的情况下,机器人去找球,光值应该设定在什么范围
内?(生:40-100,10-100,20-100......)大家说的都是可行的方
案,通常我们确定范围可以用(可选范围的最大值+/2最小值)这个
公式来取值,即(40+10)/2=25,所以找球的光值可设定为25—100
即≥25,这样上下都留有相当的容错范围以适应环境的细微变化。对
光电传感器调试结束。不论是传感器或是马达的调试都要选择不同位
置多次检测和分析才能成功。
教师活动:
利用大屏幕投影进行讲解,在足球场地进行调试演示并提问和讲
解。
学生活动:
听讲,观看演示,思考、回答教师提问。:.
(5)任务三:沿线行走(25分钟)
教法:任务驱动法
学法:合作探究法
教学意图:
用设置任务的方式让学生思考解决方案并熟练导航者级别4的
使用和掌握调试的技巧。
教学重点:
编程思路和程序调试。
任务要求:
利用光电传感器,在打开窗帘的环境条件下,机器人能够沿场地
黑线运行。
教师活动:
巡回观看,不做启发指导(保证竞赛公平)。
学生活动:
以组为单位研究探讨,实践操作。
注意:教师应在5分钟后视学生研究情况决
定是否将机器人走线原理图展示出来但不作说
明。学生操作时间20分钟,之后进行走线竞赛
5分钟。
学生易出现的问题:
①现象:在有阴影遮挡的黑线位置,机器人无视线直接往阴影冲。
原因:光线及阴影都会对该段场地的光值造成影响,学生没有:.
针对全程的场地光值进行调试,经测试,无阴影场地光值≥65,而有
阴影场地光值45—6025—35,黑线光值,故根据公式(可选范围的
最大值+/245+35/2=40)最小值)。而很多同学忽略了阴计算应为(
影地区的光值测量,计算结果为(65+35)/2=50,恰好在阴影光值范
围内,故机器人视较深的阴影为黑线而无视真正的黑线。
②现象:轨迹线弯度过大时机器人脱轨。
原因:两轮速度差不够,拐急弯时不宜两轮同向,应单轮
拐弯或两轮差速返向。经测试,两轮速度差应在3档以上。
③现象:机器人能顺线走但极缓慢,前进三步后退两步,1分钟
无法跑完全程。
原因:两轮转向一正一反,但反转轮转速过大,接近正向轮速
度导致进程缓慢,经测试,若使用反转轮,反转转速只能为1档。
八、教学评价(共15分钟)
评价标准:
场地线分成51段,每走完段得该段分。脱离线或脱离后反向沿
线行驶算比赛结束。对运行进行计时,比赛时间上限1分钟,同分的
机器人按用时由少到多排序(要求机器人在沿线跑的情况下还要尽可
能提升速度)。
1、竞赛结束,排出名次,学生自评,教师点评,并让其中较薄
弱的一组同学重新进行现场调试和修改程序(教师从旁提示),使机
器人最终能沿线跑完全程(再次强调调试的重要性)。
2、请学生谈谈这节课的收获和体会(编程软件,实际应用,学:.
会调试、团结协作、分析及解决问题的思路等)。
3、提问通过这节课的学习能否将悬崖勒马和沿线跑两个效果结
合?为什么?
学生意见:不能,因为在导航者级别中,机器人完成任务是按次
序进行,而要结合两个任务必须是机器人在顺线跑的过程中随时可以
检测是否到悬崖边上了,需要任务同时进行。
教师:下堂课,将对机器人的程序设计做更深入的学习,包括解
决任务同时进行的问题,机器人将拥有更完善更丰富的功能(演示走
线+悬崖勒马组合功能机器人)。
4、让学生谈谈下节课想让机器人实现何种功能(学生的设想多
为带有对抗性的竞技类活动如踢球、投篮、格斗等,也有诸如变形、
遥控、对话之类的高难度内容)。
5、课后思考:要实现同学们提到的想要在下节课的让机器人完
成的任务,需要安装哪些设备,需要完成哪些功能,其中哪些需同时
完成,哪些需顺序完成,要做哪些调试?