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基于STEAM理念的机器人课例系列——制作自动葫芦托

时间:2017-10-11 09:15:00  来源:江苏科技报

  设计依据

  在本节课的教学设计中,教师以乐高NXT9797机器人为平台,结合学校校本课程“葫芦艺术”,引导学生发现葫芦雕刻作品在赏析过程中存在的问题,利用乐高机器人设计、搭建,再结合编程,模拟出自动葫芦托,以解决现实中存在的问题。

  学情分析

  四年级的学生已经具备了一定的动手能力和发现问题、提出问题、解决问题的能力,并通过以往的研究活动了解了一些机器人搭建方法,掌握了基本的编程技巧,能够进行小组合作学习。同时学生对传感器在生活中的应用有一定的了解,能够熟练地进行机器人的搭建和改装,具有进一步学习乐高机器人程序设计的基础。

  内容呈现

  一、激趣导入,明确任务

  师:同学们在学校都学习过“葫芦艺术”课程,老师知道每位同学都有自己的葫芦雕刻作品,你们观赏葫芦作品时发现了什么问题吗?

  生:我们雕刻了葫芦每个地方,但是在观赏过程中却只能看到葫芦雕刻的一部分,无法看到全部的内容。能不能设计个装置,让葫芦托能够旋转起来?这样既可以节省空间,同时还能看到葫芦作品的全貌。

  师:这是一个不错的主意,今天这节信息课,我们就利用乐高机器人来模拟制作这样的一个装置。

  二、分层学习,掌握知识

  1.利用旧知,解决问题

  师:通过前面学习的搭建和程序设计知识,我们能不能制作出一个可以旋转的葫芦托呢?

  生:我们可以使用一个电机,让电机的转动方向与地面平行,然后在电机上放置一个托盘,葫芦就可以旋转起来了。(效果图如图1)

  学生进行搭建和程序调试,如图2-1,图2-2。

  2.深入探究,解决问题

  (1)发现问题

  师:请同学们回想楼道里的声控电灯,超市感应到人就会打开的自动门,这些设施共同的特点是什么呢?

  生:这些设施当探测到人时,才会开启使用。

  师:乐高机器人为我们提供了几种传感器,它们可以实现对外界环境的探测,然后利用程序做出相应的反应。同学们可以利用这些传感器和程序对自动葫芦托进行改造。

  (2)分析问题

  师:超声波传感器能够帮助机器人判断距离、识别物体。通过NXT编程积木,超声波传感器可以探测物体的距离,用英寸或是厘米来表示。检测距离0~255cm,误差+/-3cm。当超声波传感器检测前方障碍物时,距离作为动作激发条件。

  生:如果安装上超声波传感器,当葫芦雕刻作品前有人观赏时,葫芦托旋转,当观赏的人退出一定距离后,葫芦托就停止。

  学生分组搭建超声波传感器,效果图如图3。

  生:超声波传感器搭建好了,但是怎样编制程序呢?

  教师演示操作方法:

  第一步:将超声波传感器连接到NXT控制器4号端口。第二步:拖拽超声波传感器“等待”图标到程序流程线上。第三步:将NXT控制器打开,将障碍物放置到超声波传感器前,观察图标状态栏的数值变化(如图4)。

  师:这样就可以利用乐高机器人准确地测量出距离了。下面,我们进行程序设计,这就需要“开关”模块了,它能够起到条件判断的作用。我们可以将它拖拽到程序调试区中(如图5)。

  师:前面我们学习的模块都是在一条程序线上,程序按先后顺序,依次运行。但是开关模块会根据条件进行判断,如果传感器探测结果为“真”则执行上方的程序,如果为“假”则执行下方的程序。判断条件以距离为准。默认距离小于127厘米时为“真”,否则为“假”(如图6)。

  (3)解决问题

  师:结合自动葫芦托的实际情况,我们可以设置电机初始时为停止运行的,当参观者距离小于30厘米时,葫芦托开始旋转,如果大于等于30厘米,葫芦托将停止旋转。

  程序流程图(如图7)是这样的:

  程序是这样编写的,如图8

  

  三、总结提升,助力发展

  师:刚才各组同学都自主探究了具有本组特色的自动葫芦托,请同学们都说说,其他组有什么值得自己借鉴的优点吗?

  生:有的组搭建特别美观,用最少的零件实现了最好的效果。有的组程序设计很奇特,完成的效果也特别好。

  师:希望同学们在后面的程序设计学习中,能够借鉴这些同学的优点,将程序设计与乐高机器人进行很好的结合,用乐高机器人展示更多有意思的程序。

  实践反思

  “以兴趣为起点,以活动为主线”是小学信息技术教材内容设置的重要特点之一。通过教学实践,我有如下几点反思:1.以贴近生活的任务情境来激发学生的学习兴趣,让知识学以致用。2.以多层次的学习方法激发学生的学习兴趣。3.用机器人平台进行实验,提高学生学习程序设计的兴趣。

  教学点评

  整个教学过程以兴趣为起点,以活动为主线,紧紧围绕发现问题、分析问题、解决问题层层递进,引导学生在做中学,体现了技术服务于生活的教育理念。本课教学任务不仅来源于真实的生活情境,更巧妙地将传统文化与现代信息技术紧密结合,实现跨学科综合学习,很好地培养了学生的综合实践能力与创新精神。(点评人:王振强,北京教育科学院基础教育教学研究中心中小学信息技术教研员)

  教师简介

  闻迪 北京市西城区康乐里小学信息技术教师,现任北京市西城区信息技术学科带头人,西城(南)区小学信息技术兼职教研员,曾获得全国中小学实验教学说课活动一等奖,论文、案例等在全国、市、区各类比赛中获奖或公开发表。

标签:葫芦;机器人;超声波传感器
责任编辑:秦倩清(实习)