智能机器人信息技术教案

19一、认识机器人[教学目标]知识目标：了解机器人的概念、特征、分类与用途，简单了解机器人的发展历程。技能目标：熟练利用网络查找信息和处理信息。情感目标：培养学生对机器人的兴趣，培养学生关心科技、热爱科学、勇于探索的精神。[教学重点与难点]教学重点：机器人的概念、特征；学生的自学能力和探索精神的培养。难点分析：机器人的概念及其特征；学生自我评价。[案例描述]片断1观看视频引入教学内容师：21世纪被信息技术专家誉为智能机器人的时代，机器人在各行各业将得到更加广泛的应用，机器人技术综合机械工程、电子工程、传感器应用、信息技术、数学、物理等多种学科，它代表着一个国家的高科技发展水平。同学们在生活中有没有接触过机器人？在影视作品中的机器人是什么样的？请同学给大家描述一下。学生积极举手描述自己生活中、电影中见过的机器人，课堂气氛活跃，教师适时导入新课：师：下面请同学们看一段关于智能机器人的视频。（教师播放关于机器人比赛的视频）观看过后：同学们举了这么多机器人的例子，我们从刚才的视频上也看到机器人具有类似人类的形体和较高的智能。那么，到底什么是机器人呢？是不是只有在高科技实验室、科幻电影里面具有与人类相似的形体的才叫机器人呢？学生开始讨论，问题初步涉及到机器人的特征方面。师：现实生活中，机器人无处不在，并在我们的生活中起着重要的作用。你是否注意过商场的自动门、街头的取款机？这就是机器人！机器人就在我们身边！那么人们是怎么定义机器人的呢？片断2以任务为驱动开展教学师：请同学们自学课本内容回答以下问题1、什么是机器人？2、机器人有什么特征？结合机器人的特征回答为什么商场的自动门、街头的取款机也称为机器人？学生阅读课本内容，总结归纳知识点。几分钟后，大部分学生总结出自己的答案，开始踊跃举手。学生1：机器人是一种具有类似某些生物器官功能、用以完成特定操作和移动任务的、可通过编程来控制的机械电子装置。学生2：机器人应该是由计算机控制的通过编排程序具有某些功能的机械。师：从同学们的回答中可以看出机器人的外表不必像人，只要在功能上能模拟生物的动作和行为，都可以称作机器人。下面请同学们总结机器人的基本特征。学生回答自己归纳、总结的机器人特征：1．大脑：控制机器人的程序。2．动作：任何机器人都有一定的动作表现。3．身体：是一种物理状态，具有一定的形态。师：回过头来，我们看看刚才谈到的商场自动门是不是机器人（与以上特征一一比对，得出它是机器人的结论）。师：下面请同学们思考，你们面前的电脑是不是机器人？为什么？教师扩展知识引出机器与机器人的区别：20（机器人拥有传感器，运用了感测技术，对人类有回馈的作用，而机器则只能完全由人或程序来控制，不会因外在情况的改变而影响自己的动作。）片断3了解机器人的发展史，增加学生对机器人的兴趣学生学习到这里，已经对机器人产生了兴趣，迫切想了解更多的关于机器人的知识，有些学生开始在下面低声讨论自己对机器人认识。教师在学生学习兴趣高涨时介绍机器人的历史，可增加学生对机器人、对信息技术的学习兴趣。师：机器人的出现，使人类摆脱了繁重危险的体力劳动，标志着人类社会的进步。从1961年生产出第一台工业机器人到机器人研制开发蓬勃发展的今天，机器人主要经历了三个发展阶段……（教师详细介绍机器人发展的三个阶段及各阶段机器人的特征，着重介绍第三代机器人---智能机器人的知识，激发学生的兴趣，为下面的学习内容打下基础。）片断4分组活动扩展知识师：现在，智能机器人已广泛应用在社会的各个领域。下面请大家以小组合作的形式通过互联网查找、学习在生产、生活中应用了哪些机器人？它们的用途是什么？并填写机器人应用情况调查表（1）确定活动的探索主题，构建问题框架。机器人名称应用领域关键词用途资料来源表1：机器人应用情况调查表（2）评价要求通过自评和互评的方式进行评价，标准如下：评价项目星级探究主题较明确明确明确且有新意关键词语定位欠准确基本切中主题定位准确信息检索与主题关联少与主题有一定关系与主题密切相关合作学习有简单工作计划，分工不明确工作计划较详细，分工基本明确工作计划详细，分工明确，小组协作好评语表2：评价表学生在听完老师的任务和要求后分组进行学习，教师巡视学生操作，收集掌握学生学习过程的信息：信息1：全部学生都能够按要求分组学习，合理分配各自的任务。信息2：大部分学生能够通过网络完成学习任务，填写完学习表格。有三分之一的学生完成的较出色。信息3：少部分学生在自我评价环节没有按教师提供的评价标准进行。反思熟练利用网络查找信息和处理信息。21二、机器人走直线一、教学目标知识目标：了解机器人的编程环境，理解机器人走直线的几个命令技能目标：会操作图形化编程的有关模块。能初步对简单的任务进行数学建模和画流程图。情感目标：培养学生对程序编写的兴趣。二、重点难点：重点：机器人编程环境的操作，理解机器人走直线的方法。难点：如何把具体任务通过抽象思维进行数学建模。三、教学过程：1．新课引入：通过第一节的学习，我们对机器人有一个基本的认识，从这一节开始我们学习机器人的具体控制和操作，今天我们来教机器人走直线。2．新课讲授机器人使用操作规则说明机器人这种教具价格比较贵，有些电子器件比较容易损坏和丢失，所以每次上课之前由每组组长负责领取机器人和有关器件，课后由负责人把机器人及有关器件设施及时归还，如有故障、损坏和丢失的情况及时向老师汇报。大家在使用的过程中严格按操作规范的要求进行，否则负责赔偿。任务分析，数学建模某港口从远洋货轮上卸下一批集装箱，码头到货仓的路径是一条直线，需要机器人把货物从码头运到货仓，你能设计一个程序对机器人进行控制吗？我们首先学习如何把这样一个具体任务的完成过程用简单图示和语句表示出来，然后画出流程图。请大家观察●机器人是用什么来走路的？●机器人的轮子有几个？结合教师的任务分析请大家自己画一画流程图22编程环境的使用介绍2启动“积木式编程”软件：（1）[开始]-[程序]-[纳英特积木式机器人开发环境]à[纳英特机器人积木式编程]（2）双击桌面上[纳英特机器人积木式编程]图标积木式编程的界面。2积木式编程平台界面菜单栏菜单栏中包含了各类功能项。文件：新建、打开、保存等文档的基本的操作；视图：隐藏/显示工具栏、状态栏、C语言代码；计算功能：编程过程中使用到的各种逻辑运算；子程序：创建子程序、调用子程序、使用子程序；下载：打开RobotOSBoard软件；帮助：帮助主题和关于本软件的信息；工具栏工具栏上分别是新建文件、打开文件、保存文件、关于、退出按钮。模块库区四类模块库可以通过鼠标的点击把它们分别展开。积木式编程平台的各功能区如下：2机器人走直线举例让机器人以70%的功率前进2秒钟。可以按下面的方法编写程序。（1）单击“输出模块”中的“直行”模块，弹出“设置机器人移动”对话框，如23图，进行机器人的移动功率及移动时间的设置。在机器人移动部分，向右拖动蓝色滑块设置机器人两个马达的功率为(+)70%，也可以功率显示框中直接输入数值设计功率。在移动时间的输入框中输入2。设置完后单击“确定”。（2）击“程序模块”中的“结束”模块，完成程序的编写。在流程图区生成如下程序。完成程序编写后，保存程序（保存在全英文目录，使用英文文件名），单击下载菜单的“打开RobotOSBoard软件”以打开“RobotOSBoard”软件，然后下载程序。程序下载方法介绍下载演示第一步：启动机器人操作平台(RobotOSBoard)点击开始－程序菜单，找到“纳英特积木式机器人开发环境”选项中的单击鼠标左键打开。如图图3-1：启动机器人操作平台第二步单击(Cancel取消)进入操作平台。如图：第三步：启动向导单击RobotOSBoard界面的Tools菜单，将鼠标移到Downloadfirmware命令上单击，启动下载操作系统向导。如图：第四步选择通讯端口（通讯线与计算机连接的串口号），选择好后单击。第五步：正确连接各联接线，并点击。如图：第六步：如下图所示，选择，它正在闪烁”。注意：纳英特积木式智能机器人是非常智能的，如果此时串口选择正确通讯灯会不停闪烁。如图：第七步：把机器人打在关闭状态（关闭电源）后，选择。第八步：把机器人开关打在下载后点击；即可。24注：纳英特积木式智能机器人开关为三态开关，左边“下载”状态为机器人下载操作系统，中间“关闭”状态为关闭机器人，右边“正常”状态为机器人下载程序和执行程序。第九步：观察“电源”与“欠压”状态指示灯。如果均在熄灭状态点击“”（“电源”指示灯为绿色指示灯，亮为正常，如果熄灭表示机器人没有接通电源，纳英特积木式智能机器人提供的电池盒为二个3节5号电池盒，均带有开关，检查开关是否打开；“欠压”指示灯为红色指示灯，呈熄灭状态为正确状态，如果该灯亮表示机器人电池电量不足请取出充电，或使用外接电源）如图：第十步：机器人开始正确下载操作系统。如图：先下载操作系统，然后下载程序。注：当上图状态条走到100%后表示机器人操作系统下载完成。如何检察这是正确的下载呢？一是将机器人开关打在“正常”状态过1-2秒后有“嘀”的一声；二是在纳英特积木式智能机器人的液晶右下角有一颗跳动的“?”，这都是正确的状态表示。下载程序文件。注：此时应将开关拨在正常状态。如图：注：当上图状态条走到100%后自动关闭表示程序已经下载完成。将机器人开关拨到“关闭”状态，此时将机器人开关拨到正常即可执行你的命令了。模块的基本操作添加模块在模块区中选择相应模块，用鼠标左键点击，遇有对话框的将调出相应对话框，通过选择或直接输入给定其参数，完成后确定。如：添加“转向”模块，您只需点击输出模块区中的“转向”即可，弹出对话框，可在界面上方左边的文本框中直接输入数值，也可以通过拖动滑条选择转动功率，再在下方的文本框中输入转向时间并确定，可看到流程变化为：删除模块在需删除的模块上点击鼠标右键，即弹出删除对话框，单击确定删除其后面所有模块。模块一旦确定删除后将不能恢复。修改参数在需修改的模块上单击鼠标左键，即弹出参数对话框，修改其中参数和选择项，单击确定完成修改。按取消放弃此次修改。修改后的程序需重新保存和下载到机器人才能生效。下载连接好纳英特机器人，在机器人操作平台（OS）中打开已保存的积木式文件，按照软件提示即可下载到机器人，下载完成后可脱机运行。直行、启动、延时、停止模块的使用说明直行①功能：用于控制机器人前进、后退。②操作：单击“输出模块库”中的“直行”，弹出设置对话框，设置好相应的参数后单击确定。③设置：移动速度：直接输入速度-100-100或拖动滑块设置速度。移动时间：直接输入时间0.001-9999.999或选择随机生成。①功能：“设置电机”控制机器人的左右电机。“停止电机”要用于关闭两个电机。②操作：单击“输出模块库”中的“启动电机”或“停止电机”，弹出设置对话框，设置好相应的参数后单击确定。③设置：在左/右电机输入框中直接输入速度-100-100或拖动滑块设置速度。25①功能：用于让机器人保持前一个状态一段时间。②操作：单击“输出模块库”中的“延时等待”，弹出设置对话框，设置好相应的参数后单击确定。四、课堂练习1、填写教材中“调试”部分中的空格2、熟悉机器人的启动和程序下载五、课堂小结：这节课我们学习了机器人的操作规则，了解了机器人的编程环境及有关操作，了解直行、启动、停止、延时模块的操作，熟悉了程序的下载及机器人的启动。反思正确连接各联接线，并点击3、机器人走正方形教学目标：知识目标：使学生理解循环语句在程序设计中的作用能力目标：通过程序设计及调试培养学生创新能力情感目标：培养互相协作的能力和不怕失败的科学精神教学对象分析及教法设计：学生应具备的知识：学生知道机器人走固定长度的直线的设计方法以及转弯的实现方法。学生的基本能力要求：能使用机器人开发平台，会用简单的流程图表示机器人执行的命令过程（即顺序结构）如图1：教师依据学生知识形成的特点，教学设计上体现以教师为主导，学生为主体，以学生动手操作与实