机器人课程介绍

第1课机器人简介目的意义概述：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。1．2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。1．3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。1．4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2课机器人的编程系统目的意义概述：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。2．1纳英特机器人编程系统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乐高机器人编程系统（ROBOLAB）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。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3课制作能行走的机器人目的意义概述：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“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4课让机器人送餐目的意义概述：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5课计算机程序与QBASIC语言目的意义概述：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。5．2QBASIC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6课程序设计流程图目的意义概述：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。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