初识机器人

2018为孩子们开启人工智能之窗——《初识机器人》教材分析与建议昆一中杨蓉单元设计的初衷2017年7月，国务院印发了“新一代人工智能发展规划的通知”，在通知中制定了新一代人工智能发展的规划：要点一在中小学阶段设置人工智能课程要点二人才培养建设人工智能学科要点三人工智能高端人才队伍建设要点四建立重大科技创新基地重点五智能教育单元设计的定位教材定位：以培养学生对信息的获取、加工、管理、表达和交流的能力为主线，以应用技术，挖掘其中的问题解决策略为主要目标的。单元定位：从体验到应用,应用机器人仿真实验系统，让学生们体验机器人从硬件的搭建到程序控制，再到仿真运行的全过程。单元设计的目标总目标体验过程引发兴趣认识什么是仿真实验系统了解什么是机器人能够进行简单搭建能够编写简单程序123单元知识框架目录CONTENTS教·学碎碎念每节课的教学建议单元知识框架元目CONTENTS单课1初识机器人2搭建第一个机器人3“绝壁求生”避障机器人4“循迹夺宝”循迹机器人单元知识框架KnowledgeFrame•构建避障机器人•编写程序•开始仿真3“绝壁求生”避障机器人1.初识机器人•认识机器人•机器人的应用•机器人的构成•机器人仿真实验系统初体验•制作简易机器人的基本流程•构建第一个机器人•编写程序•开始仿真2搭建第一个机器人•构建循迹机器人•编写程序•开始仿真4“循迹夺宝”循迹机器人单元知识框架KnowledgeFrame本单元的任务设计和教学主线索：以让机器人完成一个寻宝任务为主线索，逐步深入完成任务机器人沿小路到达藏宝地什么是机器人机器人沿峭壁前进机器人前进至峭壁口机器人开始分捡宝物单元知识框架KnowledgeFrame第9课第10课第11课第12课拓展每节课的教学建议第9课Lesson9了解什么是机器人，它的主要构成和功能；认识机器人仿真实验系统，了解制作简易机器人的基本流程。•教学目标机器人的构成和功能使用仿真实验系统运行仿真•教学重点•教学难点第9课初识机器人想一想思考现实中的机器人是什么样子的知识链接介绍机器的发展历程，发现人类自古就有设计机器人的愿望。一、认识机器人从我们身边的机器人入手，列举了大量的事例，意在引入机器人的概念。第9课Lesson9二、机器人的应用身边实实在在的机器人有哪些？它们真正是什么样子的呢？让学生们看到实际的机器人不一定要长得像人。第9课Lesson9工业机器人完成搬运、装配、焊接和喷涂等繁重工作医用机器人为不同需要的病人提供贴身和细致的服务军用机器人机器人已被广泛地运用到了无人作战系统中家用和服务机器人使得机器人参与日常生活成为了现实教育机器人今后学习中使用的教育用机器人第9课第9课Lesson9教学建议学生探寻：什么是机器人引发思考：机器人的到来，对我们意味着什么？三、机器人构成只要有控制系统、传感系统和执行系统三个基本的系统构成，就可以被称之为机器人。第9课Lesson9控制系统控制系统是机器人的大脑执行系统机器人的身体和动作表现也是由特定的机械结构组成的传感系统感应外界并传递信息到机器人大脑的功能第9课Lesson9教学建议利用实物进行展示利用视频进行展示利用仿真实验系统展示仿真运行“城市穿梭”构建好的机器人编写完成的程序重在体验提起兴趣四、机器人仿真实验系统初体验——城市穿梭通过虚拟现实技术，将机器人教育和设计的各个应用细节进行三维仿真，实现三维世界里的任务场景设计、智能体构建、行为设计、运动模拟和组织评价。第9课Lesson9五、制作简易机器人的基本流程通过仿真运行，引导学生思考，并帮助总结出仿真系统里制作简易机器人的基本流程和制作实体机器人的流程。第9课Lesson9技能练习打开仿真实验系统，了解它的界面组成，尝试使用它们的功能综合实践构建好的机器人编写完成的程序重在体验提起兴趣第9课Lesson9综合实践尝试打开程序，调整电机的速度，比一比谁的速度更快第9课Lesson9教学建议•简单介绍仿真系统•大胆让孩子们自己体验•充分发挥学生的主动性第10课Lesson10熟悉机器人仿真实验系统，搭建出一辆能前进和转弯的机器人小车；借助流程图，编写能让机器人小车运动的程序。•教学目标机器人的搭建,在理解流程图的基础上编写控制程序。机器人三维环境的使用，控制程序的编写•教学重点•教学难点第10课搭建第一个机器人机器人编辑器的组成打开仿真实验系统了解编辑器的组成一、构建机器人Lesson10第10课思路依照思路顺序教学一、构建机器人Lesson10第10课一、构建机器人Lesson10第10课构思机器人机器人设计成什么样子?分析任务需要哪些部件？如何将他们组装起来？小车控制器电机轮子电机驱动轮子连接到控制器一、构建机器人选择添加控制器Lesson10第10课搭建顺序主中间次两边一、构建机器人构建机器人的“四肢”•添加直流电机和轮子•利用模板简化过程•安装到控制器•为直流电机设置端口号Lesson10第10课一、构建机器人构建机器人的“四肢”•添加直流电机和轮子•利用模板简化过程•安装到控制器•为直流电机设置端口号Lesson10第10课一、构建机器人构建机器人的“四肢”•添加直流电机和轮子•利用模板简化过程•安装到控制器•为直流电机设置端口号Lesson10第10课一、构建机器人构建机器人的“四肢”•添加直流电机和轮子•利用模板简化过程•安装到控制器•为直流电机设置端口号Lesson10第10课想一想：为什么左侧的直流电机要勾选“反转电机”，而右侧的不勾选“反转电机”？教学建议•少说，精说，多实践•引导孩子们发现•要求要有梯度Lesson10第10课二、编写程序绘制流程图•分析机器人运动过程•绘制流程图Lesson10第10课运动过程：机器人小车前进几秒后左转，再前进，直到到达目的地教学建议•引导学生用语言描述机器人运动的过程•再用流程图的形式描述过程•其间穿插流程图的绘制规则。Lesson10第10课二、编写程序在仿真实验系统中编写程序•流程图转换成相应的程序模块•设置每一个模块相应的值Lesson10第10课流程图转换成相应的程序模块选择对应的电机设置相应的数值知识链接呈现流程图与程代码的对应关系教学建议抓住两个要点•电机运行时间要靠“延时”来控制•每个动作要设置对应电机的值Lesson10第10课二、编写程序知识链接呈现流程图与程代码的对应关系Lesson10第10课三、开启仿真仿真运行程序•检验机器人搭建的正确性•检验程序编写的正确性•调试程序，使机器人走得更好Lesson10第10课第二次使用仿真运行系统提示学生尝试使用仿真系统中的其他功能，而不止是开启和停止。二、编写程序综合实践能走正方形的机器人Lesson10第10课第11课Lesson11为机器人安装一个距离传感器，利用循环和判断结构编写程序控制机器人沿着峭壁前进。•教学目标距离传感器的使用方法判断结构与循环结构的使用•教学重点•教学难点第11课“绝壁求生”——避障机器人思路依照思路顺序教学一、构建机器人第11课Lesson11一、构建机器人机器人设计成什么样子?需要哪些部件？如何将他们组装起来？小车加装距离传感器传感器连接到控制器第11课Lesson11分析任务构思机器人机器人能沿着峭壁上的小路前进而又不碰到峭壁一、构建机器人分析任务构思机器人机器人能沿着峭壁上的小路前进而又不碰到峭壁第11课Lesson11距离传感器的功能、确定安装位置教学建议解决两个疑问•用什么来躲避障碍物：距离传感器；•距离传感器安装的位置。第11课Lesson11二、编写程序绘制流程图•分析机器人运动过程•绘制流程图Lesson10第10课运动过程：机器人始终检测与左边峭壁的距离是否大于一个设定值。如果大于设定值机器人就向左前方前进，如果小于设定值则机器人向右转教学建议•用什么作为判断条件，让机器人能正常前行；•判断一次不够，那么如何不断地判断。第11课Lesson11二、编写程序在仿真实验系统中编写程序•利用距离进行判断的设置•永远循环这个判断条件的设置•设置左转和右转值第11课Lesson11教学建议•什么是常量•如何获得并设置这个常量的值第11课Lesson11三、开启仿真仿真运行程序•检验机器人搭建的正确性•检验程序编写的正确性•调试程序，使机器人走得更好仿真运行系统的功能仿真系统最大的功能，还在于帮助我们进行调试的取得合理的值第11课Lesson11四、“试一试”、“想一想”和“综合实践”仿真运行程序•检验机器人搭建的正确性•检验程序编写的正确性•调试程序，使机器人走得更好第11课Lesson11教学建议•大胆放手•提起兴趣•给予肯定第11课Lesson11第12课Lesson12为机器人安装一个灰度传感器，利用嵌套程序控制机器人循着一条道路前进。•教学目标灰度传感器的使用方法嵌套程序的使用•教学重点•教学难点第12课“循迹夺宝”——循迹机器人思路依照思路顺序教学一、构建机器人第12课Lesson12一、构建机器人机器人设计成什么样子?需要哪些部件？如何将他们组装起来？小车加装颜色传感器两个传感器连接到控制器第11课Lesson11分析任务构思机器人机器人能沿着峭壁上的小路前进而又不碰到峭壁机器人能沿着两边是绿草的黄色小路到达放置宝物的地点一、构建机器人分析任务构思机器人机器人能沿着两边是绿草的黄色小路到达放置宝物的地点颜色传感器的功能、确定安装位置第12课Lesson12教学建议解决三个疑问•用什么来判断路面颜色：灰度传感器；•要用几个颜色传感器；•颜色传感器安装的位置。第12课Lesson12二、编写程序绘制流程图•分析机器人运动过程•绘制流程图运动过程：•左、右灰度传感器都没检测到草地，保持前行。•左侧灰度传感器检测到草地，右转；•右侧灰度传感器检测到草地，左转。第12课Lesson12二、编写程序在仿真实验系统中编写程序•利用灰度值进行两个判断的设置•永远循环这个判断条件的设置•设置左转和右转值第12课Lesson12教学建议•一个判断条件不足以判断三种情况怎么办：用两次判断，也就是判断的嵌套；•判断仍然是在不断循环之中。第12课Lesson12三、开启仿真仿真运行程序•检验机器人搭建的正确性•检验程序编写的正确性•调试程序，使机器人走得更好仿真运行系统的功能获取实际颜色值第12课Lesson12教学建议关键•灰度值的取得•两个判断条件的配合第12课Lesson12四、“综合实践”仿真运行程序•检验机器人搭建的正确性•检验程序编写的正确性•调试程序，使机器人走得更好第12课Lesson12教·学碎碎念几点说明•回顾：以任务为线索、层层递进，课课深入，重在体验•小栏目课程的重要补充•关于教材中提到的视频：仿真与实体结合•运用正确学习方法：切不可要求整齐划一第11课Lesson11几点建议•促进教育方式的变革，培养学生的综合能力•有效激发学习兴趣和学习动机•培养学生的团队协作能力•扩大知识面，转换思维方式第11课Lesson11写在最后我们需要培养的是学生的什么能力？第11课Lesson11•自主学习能力•提出问题的能力•与他人协作的能力•创新思维能力体验学习过程中的快乐！2018THANKSFORYOURLISTENING不当之处敬请指教杨蓉