论文部分内容阅读
六脚怪机器人的设计与制作是一次开放性的探究活动。在活动过程中，学生们不仅能学会设计和组装硬件结构，还将学会设计面向对象的流程图，并能根据机器人实际结构和运动的情况适度调试程序，获得统一软、硬件协调的技能，从而提高综合实践能力。
活动目标
通过六脚怪机器人的制作活动，初步理解算法，掌握流程图的编辑方法和技巧以及光敏传感器的使用方法；体会机器人多脚联动行走的基本原理，学会机器人结构搭建的方法与技巧，探索高效率“爬行”程序与结构的有效统一；培养对智能机器人研究和实践的兴趣，提高互助合作和勇于竞争的意识。
方案设计
1 参加对象：七、八年级学生。
2 时间安排：4-6课时。
3 活动准备：(1)器材：两人一套“未来之星”科普机器人，镊子、起子、剪刀、尖嘴钳、小手电、小块砂纸、细扎带、五号电池、润滑油等。(2)场地：带窗帘的计算机网络教室一间，六脚怪突围竞赛场地两个。
活动过程
一、情境导入
播放江苏省科普机器人大赛六脚怪突围项目比赛中机器人激烈竞争的视频片段。
师：同学们是不是也想制作出这样的六脚怪机器人?(出示项目：设计并制造可光控的六脚怪机器人。)
设计意图：通过播放视频，让学生了解六脚怪机器人的形状，初步感受其控制技术，激发学生参与活动的兴趣。
二、分组安排
六脚怪机器人的制作涉及结构搭建和程序编辑两部分。为此，结合器材数量，按两人一小组进行协商分工，并将四个小组组成一个大组，各大组推选一位组长，协调制作进度。
设计意图：通过合作活动，所有学生相互帮助、共同学习，并能形成合作与竞争并存的局面，让活动开展得有声有色。
三、制作六脚怪机器人
任务一：认识机器人套材
学生根据“未来之星”科普机器人的配置说明自主学习，逐一认识各种部件和器材，体验它们的功能和特点。教师巡视，并针对活动中学生较易出现的问题及时提出要求，说明注意点：
1 安装各接插件时要准确到位，分清其类型、长短和大小；当接插错误、很难拨出时，可用尖嘴钳在反面夹一下固定卡子后再拨；活动中多余的材料务必归类放好，不能遗失。
2 如果新的接插件在接插时过紧，要先用砂纸少量打磨再安装调试。
设计意图：让学生通过自主学习，初步体验各器材的功能和使用注意点，方便后期的操作。
任务二：搭建六脚怪身体电路及控制部件
将主电路板、左右马达、三个光传感器组装在六脚怪身体正面合适的位置，并用连接线正确连接。
针对学生出现的问题，教师提出操作建议：
1 主电路板及电池盒应安装在身体中部偏前位置，电池电源线接入主电路板电源插头。
2 左右马达控制线分别接入主电路板左、右电机输入口。
3 将三个单光传感器按“品”字形安装在身体后部，并尽量拉开距离。
4 用细扎带将所有连线捆扎整齐，以免影响六脚怪的运动及外观。
任务三：装配六脚怪的六条腿
利用两侧面及底部组装六脚怪两边的各三条腿，并将两侧连动控制运动曲轴分别与两个电机轴相连。
组装调试中经常会出现两电机轴互顶、腿脚相卡或曲轴不能转过360°等影响电机运转或六条腿运动的情况。为此，在活动前教师应适当提示：各条腿脚与连接轴、曲轴之间的相互配合很重要，其中任何一个部件都不能被卡住；各连接头要可动、灵活；两电机轴顶端之间应留有空间。
设计意图：通过结构搭建，让学生充分地动起手来，并学会通过不断尝试找出最佳的组装方法，深刻体会细节决定成败的道理。
教师带领学生进行小组实验，随后分大组讨论两个问题：(1)如何确保六脚怪总能正常行走?(2)六脚怪的活动脚可高可低，那么，高和低各有什么利弊?讨论结束后，由各大组选代表作答。
每个大组评出一个优秀作品送上讲台，记入相应的活动记录单，开始学生互评。评价标准为：尺寸合适、结构合理、形体流畅、组装牢固。教师再从结构设计、组装质量等方面评价各组选送的优秀作品，最后评选出最佳作品。
四、编写六脚怪运动控制程序
任务四：安装“未来之星”科普机器人软件
学生通过学习“未来之星”机器人套件中安装光盘的帮助文件，完成安装NFL08-ZB2版本的软件。教师在巡视过程中注意提示，有困难的学生要主动寻求小组内首先完成安装的同学的帮助。
设计意图：让学生在实际需要中自主学习如何安装应用软件。
教师指导学生启动编辑软件，分别介绍软件窗口上的命令按钮、指令选择区域、属性编辑区，特别讲解指令选择区域中的指令集，如普通命令、循环命令、条件判断、子程序调用、转移等指令。教师在右侧流程图区域点击某个流程图命令后，在属性编辑区域里显示出该命令的属性，教师对其进行编辑。通过这一演示，帮助学生认识流程图的开发环境。
教师利用软件平台分别讲解和演示三种基本结构(顺序结构、选择结构和循环结构)的程序编辑。
设计意图：了解计算机语言的基本算法，为学生完成实际需要的流程图打下基础。
任务五：六脚怪直行2秒，再右转0.5秒，后退1秒并停止
学生以小组为单位，利用软件平台合作编写程序并控制机器人运行，大组内相互检查并开展互助。教师巡视，及时点评。
任务六：运用计算机上所编写的程序控制六脚怪运行
1 通过连接线将六脚怪下载端口与计算机串行端口相连，并在软件平台上编译程序后下载。
2 以组为单位进行调试，看哪台机器人最先按要求运行。
下载程序时，学生往往会忘记编译所编写的程序，教师要适当提示。
任务七：六脚怪在光控传感器控制下前进2秒并停止
比比看哪个小组最先完成光控传感器控制程序的编写、编译、下载及控制运行。
活动中，容易出现光控传感器插入光控板输入端的端口号与流程图上的端口号不一致，或者搞错传感器条件判断的向下和向右输出端口的情况，造成光控传感器不能有效控制机器人运动，因而需要组内学生逐一互查。
当有小组完成任务时，教师可对该组程序进行点评，并分析其中的条件判断，演示程序下载及光控下机器人的运行。接着组织所有学生继续完成编写及调试程序等工作，组织优秀学生当“助教”。
任务八：六脚怪在三个光控下分别执行前进、左转，右转命令
比一比哪个小组最先完成上述任务。
学生编写程序时，教师不断巡视并适当指导，及时点评典型的错误。
当有小组完成任务时，教师及时鼓励，并让该组学生进行表演，激励其他学生完善程序。
比一比：当所有小组均完成任务后，大组内先组织比赛。大组内四台六脚怪放在同一个比赛场地的起跑线上，四名控制手在不接触机器人的前提下，用手电光控制六脚怪运行。比比哪个小组控制得最灵活、哪个小组的机器人最先从场地内突围出来，并记录下最快突围的时间。比赛结束后，再比比看哪个大组选手的六脚怪运行得最快。
设计意图：通过编写从简单到复杂的流程图，学生逐步理解和体验了顺序、判断与循环三种程序结构，完成三个光控传感器控制下的程序与硬件结构的协调统一。
教师组织学生讨论：
1 比赛过程中出现过哪些问题?
2 如何解决相互堵塞的问题?
3 六脚怪机器人本身只能有三个光控传感器，如何做到兼顾前进、左转、右转、后退、停止功能?
教师建议有能力的学生课后利用程序解决问题。提示：可以用两个光控传感器的控制组合达成目标。
设计意图：进一步激发学生学习和探究机器人的兴趣。
五、师生小结
教师再次表扬在结构搭建和程序编辑中表现优秀的学生，特别要表扬那些小组合作好、大组互助强的学生，并展示优秀的结构和程序。
活动反思
机器人活动充分培养了学生的学习兴趣，体现了动手与动脑的结合。活动中，教师要尽量让学生自主发现问题、自行解决问题，并适时鼓励组内成员相互帮助、相互检查、互相合作、相互激励，不同学习小组还要开展有序的竞争和比赛，让学生充分体验到成功的快乐，体会到组内成员间精诚合作、共同进步的集体荣誉感。
注：本文系江苏省现代教育技术研究2011年度重点资助课题《机器人实验兴趣社团的实践研究》(2011-R-20886)。
活动目标
通过六脚怪机器人的制作活动，初步理解算法，掌握流程图的编辑方法和技巧以及光敏传感器的使用方法；体会机器人多脚联动行走的基本原理，学会机器人结构搭建的方法与技巧，探索高效率“爬行”程序与结构的有效统一；培养对智能机器人研究和实践的兴趣，提高互助合作和勇于竞争的意识。
方案设计
1 参加对象：七、八年级学生。
2 时间安排：4-6课时。
3 活动准备：(1)器材：两人一套“未来之星”科普机器人，镊子、起子、剪刀、尖嘴钳、小手电、小块砂纸、细扎带、五号电池、润滑油等。(2)场地：带窗帘的计算机网络教室一间，六脚怪突围竞赛场地两个。
活动过程
一、情境导入
播放江苏省科普机器人大赛六脚怪突围项目比赛中机器人激烈竞争的视频片段。
师：同学们是不是也想制作出这样的六脚怪机器人?(出示项目：设计并制造可光控的六脚怪机器人。)
设计意图：通过播放视频，让学生了解六脚怪机器人的形状，初步感受其控制技术，激发学生参与活动的兴趣。
二、分组安排
六脚怪机器人的制作涉及结构搭建和程序编辑两部分。为此，结合器材数量，按两人一小组进行协商分工，并将四个小组组成一个大组，各大组推选一位组长，协调制作进度。
设计意图：通过合作活动，所有学生相互帮助、共同学习，并能形成合作与竞争并存的局面，让活动开展得有声有色。
三、制作六脚怪机器人
任务一：认识机器人套材
学生根据“未来之星”科普机器人的配置说明自主学习，逐一认识各种部件和器材，体验它们的功能和特点。教师巡视，并针对活动中学生较易出现的问题及时提出要求，说明注意点：
1 安装各接插件时要准确到位，分清其类型、长短和大小；当接插错误、很难拨出时，可用尖嘴钳在反面夹一下固定卡子后再拨；活动中多余的材料务必归类放好，不能遗失。
2 如果新的接插件在接插时过紧，要先用砂纸少量打磨再安装调试。
设计意图：让学生通过自主学习，初步体验各器材的功能和使用注意点，方便后期的操作。
任务二：搭建六脚怪身体电路及控制部件
将主电路板、左右马达、三个光传感器组装在六脚怪身体正面合适的位置，并用连接线正确连接。
针对学生出现的问题，教师提出操作建议：
1 主电路板及电池盒应安装在身体中部偏前位置，电池电源线接入主电路板电源插头。
2 左右马达控制线分别接入主电路板左、右电机输入口。
3 将三个单光传感器按“品”字形安装在身体后部，并尽量拉开距离。
4 用细扎带将所有连线捆扎整齐，以免影响六脚怪的运动及外观。
任务三：装配六脚怪的六条腿
利用两侧面及底部组装六脚怪两边的各三条腿，并将两侧连动控制运动曲轴分别与两个电机轴相连。
组装调试中经常会出现两电机轴互顶、腿脚相卡或曲轴不能转过360°等影响电机运转或六条腿运动的情况。为此，在活动前教师应适当提示：各条腿脚与连接轴、曲轴之间的相互配合很重要，其中任何一个部件都不能被卡住；各连接头要可动、灵活；两电机轴顶端之间应留有空间。
设计意图：通过结构搭建，让学生充分地动起手来，并学会通过不断尝试找出最佳的组装方法，深刻体会细节决定成败的道理。
教师带领学生进行小组实验，随后分大组讨论两个问题：(1)如何确保六脚怪总能正常行走?(2)六脚怪的活动脚可高可低，那么，高和低各有什么利弊?讨论结束后，由各大组选代表作答。
每个大组评出一个优秀作品送上讲台，记入相应的活动记录单，开始学生互评。评价标准为：尺寸合适、结构合理、形体流畅、组装牢固。教师再从结构设计、组装质量等方面评价各组选送的优秀作品，最后评选出最佳作品。
四、编写六脚怪运动控制程序
任务四：安装“未来之星”科普机器人软件
学生通过学习“未来之星”机器人套件中安装光盘的帮助文件，完成安装NFL08-ZB2版本的软件。教师在巡视过程中注意提示，有困难的学生要主动寻求小组内首先完成安装的同学的帮助。
设计意图：让学生在实际需要中自主学习如何安装应用软件。
教师指导学生启动编辑软件，分别介绍软件窗口上的命令按钮、指令选择区域、属性编辑区，特别讲解指令选择区域中的指令集，如普通命令、循环命令、条件判断、子程序调用、转移等指令。教师在右侧流程图区域点击某个流程图命令后，在属性编辑区域里显示出该命令的属性，教师对其进行编辑。通过这一演示，帮助学生认识流程图的开发环境。
教师利用软件平台分别讲解和演示三种基本结构(顺序结构、选择结构和循环结构)的程序编辑。
设计意图：了解计算机语言的基本算法，为学生完成实际需要的流程图打下基础。
任务五：六脚怪直行2秒，再右转0.5秒，后退1秒并停止
学生以小组为单位，利用软件平台合作编写程序并控制机器人运行，大组内相互检查并开展互助。教师巡视，及时点评。
任务六：运用计算机上所编写的程序控制六脚怪运行
1 通过连接线将六脚怪下载端口与计算机串行端口相连，并在软件平台上编译程序后下载。
2 以组为单位进行调试，看哪台机器人最先按要求运行。
下载程序时，学生往往会忘记编译所编写的程序，教师要适当提示。
任务七：六脚怪在光控传感器控制下前进2秒并停止
比比看哪个小组最先完成光控传感器控制程序的编写、编译、下载及控制运行。
活动中，容易出现光控传感器插入光控板输入端的端口号与流程图上的端口号不一致，或者搞错传感器条件判断的向下和向右输出端口的情况，造成光控传感器不能有效控制机器人运动，因而需要组内学生逐一互查。
当有小组完成任务时，教师可对该组程序进行点评，并分析其中的条件判断，演示程序下载及光控下机器人的运行。接着组织所有学生继续完成编写及调试程序等工作，组织优秀学生当“助教”。
任务八：六脚怪在三个光控下分别执行前进、左转，右转命令
比一比哪个小组最先完成上述任务。
学生编写程序时，教师不断巡视并适当指导，及时点评典型的错误。
当有小组完成任务时，教师及时鼓励，并让该组学生进行表演，激励其他学生完善程序。
比一比：当所有小组均完成任务后，大组内先组织比赛。大组内四台六脚怪放在同一个比赛场地的起跑线上，四名控制手在不接触机器人的前提下，用手电光控制六脚怪运行。比比哪个小组控制得最灵活、哪个小组的机器人最先从场地内突围出来，并记录下最快突围的时间。比赛结束后，再比比看哪个大组选手的六脚怪运行得最快。
设计意图：通过编写从简单到复杂的流程图，学生逐步理解和体验了顺序、判断与循环三种程序结构，完成三个光控传感器控制下的程序与硬件结构的协调统一。
教师组织学生讨论：
1 比赛过程中出现过哪些问题?
2 如何解决相互堵塞的问题?
3 六脚怪机器人本身只能有三个光控传感器，如何做到兼顾前进、左转、右转、后退、停止功能?
教师建议有能力的学生课后利用程序解决问题。提示：可以用两个光控传感器的控制组合达成目标。
设计意图：进一步激发学生学习和探究机器人的兴趣。
五、师生小结
教师再次表扬在结构搭建和程序编辑中表现优秀的学生，特别要表扬那些小组合作好、大组互助强的学生，并展示优秀的结构和程序。
活动反思
机器人活动充分培养了学生的学习兴趣，体现了动手与动脑的结合。活动中，教师要尽量让学生自主发现问题、自行解决问题，并适时鼓励组内成员相互帮助、相互检查、互相合作、相互激励，不同学习小组还要开展有序的竞争和比赛，让学生充分体验到成功的快乐，体会到组内成员间精诚合作、共同进步的集体荣誉感。
注：本文系江苏省现代教育技术研究2011年度重点资助课题《机器人实验兴趣社团的实践研究》(2011-R-20886)。