《搬運(yùn)機(jī)器人》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、搬運(yùn)機(jī)器人教學(xué)設(shè)計(jì)課題：智能搬運(yùn)#一、背景分析搬運(yùn)機(jī)器人是近代自動控制領(lǐng)域由現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)， 涉及到了力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電器液壓氣壓技術(shù)，自動控制技術(shù), 傳感器技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，已成為 現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)體系中的一項(xiàng)重要組成部分。它的優(yōu)點(diǎn)是 可以通項(xiàng)目分析 過編程完成各種預(yù)期的任務(wù)，在自身結(jié)構(gòu) 和性能上有了人和機(jī)器的各自優(yōu)勢，尤其體現(xiàn)由了人工智能 和機(jī)器人的適應(yīng)性。課程設(shè)置這一項(xiàng)目，其一是讓學(xué)生了解當(dāng)代機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展，理解搬運(yùn)機(jī)器人的一 般工作原理；其二是通過自己設(shè)計(jì)編程制作搬運(yùn)機(jī)器人，理 解傳感器的工作原理，掌握程序的設(shè)計(jì)思想，并且使機(jī)器人 能完成簡單的項(xiàng)目任務(wù)

2、。學(xué)生此前已經(jīng)初步掌握了機(jī)器人的搭建技巧，能夠根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)制作簡單的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，同 時(shí)對機(jī)器人編程軟件 NXT Programming也有了一定的認(rèn)識, 能夠完成簡單的程序設(shè)計(jì)。在學(xué)情分析此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作搬運(yùn)機(jī)器人，在設(shè)計(jì)上更能體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新思維，以及編制 程序的邏輯思維能力，同時(shí)于課程結(jié)果評價(jià)的可視化及挑戰(zhàn) 性，小組通過分工與協(xié)作，在興趣以及好奇心的驅(qū)使下，能夠完成具有一定挑戰(zhàn)性的任務(wù)。二、教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)知識與技能 掌握機(jī)器人項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的一般方法和技巧；掌握程序的優(yōu)化方法。能夠通過小組合作搭建具有一定功能的機(jī)器三維目標(biāo) 過程與方法 人結(jié)構(gòu)；會對機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn) 行創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計(jì)。情感態(tài)度價(jià)值觀增

3、強(qiáng)對結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)等技術(shù)思想的理解；激發(fā)對機(jī)器人的興趣，加深對技術(shù)的理性 思考。重難點(diǎn)三、教法學(xué)法重點(diǎn)難點(diǎn)掌握項(xiàng)目中的程序編寫技巧和優(yōu)化方法。多條件判斷的實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)設(shè)情境法：通過圖片、視頻等形式，實(shí)現(xiàn)將抽象任務(wù)形象化，通過角色扮演讓學(xué)生身歷其境的理 解任務(wù)的要求與目標(biāo)。教法 任務(wù)驅(qū)動法：通過具體明確的任務(wù)驅(qū)動學(xué)生討論、交流，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、判斷能 力、解決問題的能力以及自主學(xué)習(xí)、合作探究的意識。合作學(xué)習(xí)法：注重培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神， 讓學(xué)生在討論中學(xué)習(xí)。 學(xué)法 探究學(xué)習(xí)法：設(shè)置探究問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和 自主學(xué)習(xí)能力。 四、教學(xué)過程觀看視頻，了解項(xiàng)目的比賽流程和規(guī)則。活動內(nèi)容學(xué)生活動教師活動提

4、由任務(wù)：觀看視頻，了解智能搬運(yùn)項(xiàng)目的比賽流程和規(guī)則。分析：智能搬運(yùn)的比賽規(guī)則 觀看視頻，了解機(jī)器人完討論：機(jī)器人執(zhí)行什么 任 成任務(wù)的執(zhí)行過程，分析務(wù)，比賽的規(guī)則。比賽規(guī)則： 1、小組合作完成比分組回答、補(bǔ)充。比賽規(guī)則要求。 賽項(xiàng)目，依次將 A、B、C、D、E四個(gè)位置上的不同 顏色的貨物，搬運(yùn)到對應(yīng)顏色靶心。2、機(jī)器人從起點(diǎn)沿黑線循跡移動、定點(diǎn)抓取移動貨物，完成任務(wù)后 回到起 點(diǎn)，結(jié)束比賽。23、全程自動完成，不得人為干預(yù)；成功搬運(yùn)一個(gè)貨物 至對應(yīng)靶心得 20分，未至靶心，按十環(huán)、兩分為單位遞減 算分，滿分100分。4、比賽中途機(jī)器人運(yùn)行偏差較大時(shí)可放棄當(dāng)場比賽，每組三次機(jī)會，取最高分作為該組

5、最終 成績。設(shè)計(jì)意圖：通過任務(wù)驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過幫助他人完成任務(wù)的形式，引領(lǐng)學(xué)生以積極的姿態(tài)進(jìn)入 課程的學(xué)習(xí)。 完成機(jī)器人的功能、結(jié)構(gòu)、程序分析 .活動內(nèi)容學(xué)生活動 教師活動1、小組根據(jù)機(jī)器人執(zhí)行討論分析：歸納列舉主要根據(jù)任務(wù)執(zhí)行過程逐一任務(wù)的 過程，討論分析機(jī)功能 器人應(yīng)具備的功能。功能：循跡定位 復(fù)位 判斷 分析明確各功能在項(xiàng)目中的引導(dǎo)學(xué)生明確各功能的應(yīng)用。具體用途。2、機(jī)器人應(yīng)具備哪些功根據(jù)功能，討論機(jī)器人所組織學(xué)生討論完成 項(xiàng)目能結(jié)構(gòu)？ 需的硬件結(jié)構(gòu)、功能結(jié)的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要求 3小組討論： 構(gòu)。列舉常用硬件，引導(dǎo)學(xué).在原有基礎(chǔ)小車的 基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改建?；镜难E功能結(jié)討論

6、：電機(jī)、各傳感器的構(gòu)。用途，根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行生取舍利用。.定位、抓取、放置選擇。所需功能結(jié)構(gòu)。.根據(jù)功能需要有選擇性的進(jìn)行傳感器的安裝。3、程序分析 小組討論：將項(xiàng)目運(yùn)行各階段模塊引導(dǎo)學(xué)生解決程序難點(diǎn)： 化，逐一分析程序結(jié)構(gòu)，多條件判斷選擇循環(huán)、開關(guān)語句.依次搬運(yùn)貨物的方畫由流程圖。法？.如何進(jìn)行有效精準(zhǔn) 的循跡、定位？ 掌握利用基本語句使用程序 優(yōu)化：.如何實(shí)現(xiàn)不同顏色技巧、自定義模塊，進(jìn)行自定義 模塊的使用講解貨物的辨別，以及對應(yīng)位程序的優(yōu)化。置的精準(zhǔn)放置？.貨物搬運(yùn)完后怎樣停到起始地點(diǎn)？.討論編寫程序流程圖。設(shè)計(jì)意圖：以具體知識點(diǎn)為引導(dǎo)，在情景任務(wù)的驅(qū)動下，帶著目的去學(xué)習(xí)相關(guān)的知識點(diǎn)，學(xué)

7、習(xí)效 果更加深入，透徹。同時(shí)簡單的操作可以一下子激發(fā)學(xué)生的 求知欲望，使其渴望應(yīng)用這一功能完成任務(wù)。利用NXT套件設(shè)計(jì)制作機(jī)器人。4活動內(nèi)容 學(xué)生活動 教師活動 組內(nèi)進(jìn)行合理分工，完 成3個(gè)人一個(gè)小組，組內(nèi)分小組內(nèi)個(gè)別指導(dǎo)。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組裝以及工，分別負(fù)責(zé)搬運(yùn)機(jī)器人程序的編寫、調(diào)試。的結(jié)構(gòu)組裝以及程序的對組裝和編程遇到問題編寫的小組給予指導(dǎo)，提供多種解決方案供其參考。或者給予一定的啟示，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行深入思考， 自己討論由解決辦法。 或者讓其到其他小組請教，小組之間互相幫助、互相學(xué)習(xí)，互 相探討，各取所長。設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過動手實(shí)踐，將所學(xué)知識學(xué)以致用，學(xué)中做，做中學(xué)，小組合作探究，實(shí)現(xiàn)知 識內(nèi)

8、化、升華的同時(shí)，在動手實(shí)踐能力、小組合作意識、創(chuàng) 新思維等方面獲得一定的長進(jìn)。評比展示、總結(jié)反思活動內(nèi)容 展示。學(xué)生活動 進(jìn)行互評。教師活動 根據(jù)比賽規(guī)則小組逐一小組間根據(jù)評價(jià)表內(nèi)容，記錄比 賽結(jié)果 從機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、功能、小組交流經(jīng)驗(yàn)，與大家分 組織學(xué)生進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的交程序的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行享經(jīng)驗(yàn)。綜合評價(jià)，分析各組作品的優(yōu)缺點(diǎn)，找到改進(jìn)方法。5流與分享。幫助沒有成功的小組分析他們失敗的原因所在?？偨Y(jié)回顧知識，為下節(jié)課做鋪墊。設(shè)計(jì)意圖：通過課內(nèi)比賽的方式，培養(yǎng)學(xué)生的表現(xiàn)欲望以及競爭意識。小組的 經(jīng)驗(yàn)交流既有成功的經(jīng)驗(yàn)也有失敗的經(jīng)驗(yàn)，重在反思，幫助 學(xué)生以更積極的態(tài)度對待接下來的更大難度的挑戰(zhàn)。七、教

9、學(xué)反思本節(jié)課是在學(xué)習(xí)完 nxt系列配套教程的基礎(chǔ)上，開展的 一堂綜合應(yīng)用課，旨在教授機(jī)器人項(xiàng)目開發(fā)的流程和方法。項(xiàng)目活動的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)由任務(wù)的競技性和趣味性，考慮到 學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、動手能力的差異，采用多組合作的學(xué)習(xí)方 法，有利于分層教學(xué)的開展。教學(xué)中創(chuàng)建相對寬松的項(xiàng)目任務(wù)環(huán)境，使成果多元化，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。6設(shè)計(jì)意圖：通過課內(nèi)比賽的方式，培養(yǎng)學(xué)生的表現(xiàn)欲望 以及競爭意識。小組的經(jīng)驗(yàn)交流既有成功的經(jīng)驗(yàn)也有失敗的 經(jīng)驗(yàn)，重在反思，幫助學(xué)生以更積極的態(tài)度對待接下來的更 大難度的挑戰(zhàn)。七、教學(xué)反思本節(jié)課是在學(xué)習(xí)完 nxt系列配套教程的基礎(chǔ)上，開展的 一堂綜合應(yīng)用課，旨在教授機(jī)器人項(xiàng)目開發(fā)

10、的流程和方法。 項(xiàng)目活動的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)由任務(wù)的競技性和趣味性，考慮到 學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、動手能力的差異，采用多組合作的學(xué)習(xí)方 法，有利于分層教學(xué)的開展。教學(xué)中創(chuàng)建相對寬松的項(xiàng)目任 務(wù)環(huán)境，使成果多元化，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。6課題：智能搬運(yùn)#一、背景分析搬運(yùn)機(jī)器人是近代自動控制領(lǐng)域由現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)， 涉及到了力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電器液壓氣壓技術(shù)，自動控制技術(shù), 傳感器技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，已成為 現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)體系中的一項(xiàng)重要組成部分。它的優(yōu)點(diǎn)是 可以通項(xiàng)目分析 過編程完成各種預(yù)期的任務(wù)，在自身結(jié)構(gòu)和性能上有了人和機(jī)器的各自優(yōu)勢，尤其體現(xiàn)由了人工智能和機(jī)器人的適應(yīng)性。課程設(shè)

11、置這一項(xiàng)目，其一是讓學(xué)生了解當(dāng)代機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展，理解搬運(yùn)機(jī)器人的一 般工作原理；其二是通過自己設(shè)計(jì)編程制作搬運(yùn)機(jī)器人，理 解傳感器的工作原理，掌握程序的設(shè)計(jì)思想，并且使機(jī)器人 能完成簡單的項(xiàng)目任務(wù)。學(xué)生此前已經(jīng)初步掌握了機(jī)器人的搭建技巧，能夠根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)制作簡單的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，同 時(shí)對機(jī)器人編程軟件 NXT Programming也有了一定的認(rèn)識, 能夠完成簡單的程序設(shè)計(jì)。在學(xué)情分析此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作搬運(yùn)機(jī)器人，在設(shè)計(jì)上更能體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新思維，以及編制 程序的邏輯思維能力，同時(shí)于課程結(jié)果評價(jià)的可視化及挑戰(zhàn) 性，小組通過分工與協(xié)作，在興趣以及好奇心的驅(qū)使下，能 夠完成具有一定挑戰(zhàn)性的任務(wù)

12、。二、教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)知識與技能 掌握機(jī)器人項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的一般方法和技巧；掌握程序的優(yōu)化方法。能夠通過小組合作搭建具有一定功能的機(jī)器三維目標(biāo) 過程與方法 人結(jié)構(gòu)；會對機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn) 行創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計(jì)。情感態(tài)度價(jià)值觀增強(qiáng)對結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)等技術(shù)思想的理解；激發(fā)對機(jī)器人的興趣，加深對技術(shù)的理性 思考。重難點(diǎn)三、教法學(xué)法重點(diǎn)難點(diǎn)掌握項(xiàng)目中的程序編寫技巧和優(yōu)化方法。多條件判斷的實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)設(shè)情境法：通過圖片、視頻等形式，實(shí)現(xiàn)將抽象任務(wù)形象化，通過角色扮演讓學(xué)生身歷其境的理解任務(wù)的要求與目標(biāo)。教法 任務(wù)驅(qū)動法：通過具體明確的任務(wù)驅(qū)動學(xué)生討論、交流，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、判斷能 力、解決問題的能力以及自主學(xué)習(xí)、合作探究的意

13、識。合作學(xué)習(xí)法：注重培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神， 讓學(xué)生在討論中學(xué)習(xí)。 學(xué)法 探究學(xué)習(xí)法：設(shè)置探究問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和 自主學(xué)習(xí)能力。 四、教學(xué)過程觀看視頻，了解項(xiàng)目的比賽流程和規(guī)則?；顒觾?nèi)容學(xué)生活動教師活動提由任務(wù)：觀看視頻， 了解智能搬運(yùn)項(xiàng)目的比賽流程和規(guī)則。分析：智能搬運(yùn)的比賽規(guī)則 觀看視頻，了解機(jī)器人完討論：機(jī)器人執(zhí)行什么 任 成任務(wù)的執(zhí)行過程，分析務(wù)，比賽的規(guī)則。比賽規(guī)則： 1、小組合作完成比分組回答、補(bǔ)充。 比賽規(guī)則 要求。 賽項(xiàng)目，依次將 A、B、C、D、E四個(gè)位置上的不同 顏色的貨物，搬運(yùn)到對應(yīng)顏色靶心。2、機(jī)器人從起點(diǎn)沿黑線循跡移動、定點(diǎn)抓取移動貨物，完成任務(wù)后回到起點(diǎn)，結(jié)束比

14、賽。23、全程自動完成，不得人為干預(yù)；成功搬運(yùn)一個(gè)貨物 至對應(yīng)靶心得 20分，未至靶心，按十環(huán)、兩分為單位遞減 算分，滿分100分。4、比賽中途機(jī)器人運(yùn)行偏差較大時(shí)可放棄當(dāng)場比賽，每組三次機(jī)會，取最高分作為該組最終 成績。設(shè)計(jì)意圖：通過任務(wù)驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過幫助他人完成任務(wù)的形式，引領(lǐng)學(xué)生以積極的姿態(tài)進(jìn)入課程的學(xué)習(xí)。完成機(jī)器人的功能、結(jié)構(gòu)、程序分析.活動內(nèi)容學(xué)生活動 教師活動1、小組根據(jù)機(jī)器人執(zhí)行討論分析：歸納列舉主要根據(jù)任務(wù)執(zhí)行過程逐一任務(wù)的 過程，討論分析機(jī)功能 器人應(yīng)具備的功能。 功能：循跡 定位 復(fù)位 判斷 分析明確各功能在項(xiàng)目中的引導(dǎo)學(xué)生明確各功能的應(yīng)用。具體用途。2、機(jī)

15、器人應(yīng)具備哪些功根據(jù)功能，討論機(jī)器人所組織學(xué)生討論完成 項(xiàng)目能結(jié)構(gòu)？ 需的硬件結(jié)構(gòu)、功能結(jié)的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要求 3小組討論： 構(gòu)。 列舉常用硬件，引導(dǎo)學(xué).在原有基 礎(chǔ)小車的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改建。.基本的循跡功能結(jié)討論：電機(jī)、各傳感器的構(gòu)。用途，根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行生取舍利用。.定位、抓取、放置選擇。所需功能結(jié)構(gòu)。.根據(jù)功能需要有選擇性的進(jìn)行傳感器的安 裝。3、程序 分析 小組討論：將項(xiàng)目運(yùn)行各階段模塊引導(dǎo)學(xué)生解決程序難點(diǎn)： 化，逐一分析程序結(jié)構(gòu)，多條件判斷選擇 循環(huán)、 開關(guān)語句.依次搬運(yùn)貨物的方畫由流程圖。法？.如何進(jìn)行有效精準(zhǔn) 的循跡、定位？ 掌握利用基本語句使用程序 優(yōu)化：.如何實(shí)現(xiàn)不同顏色技巧、

16、自定義模塊，進(jìn)行自定義 模塊的使用講解貨物的辨別，以及對應(yīng)位程序的優(yōu)化。置的精準(zhǔn)放置？.貨物搬運(yùn)完后怎樣停到起始地點(diǎn)？.討論編寫程序流程圖。設(shè)計(jì)意圖：以具體知識點(diǎn)為引導(dǎo)，在情景任務(wù)的驅(qū)動下，帶著目的去學(xué)習(xí)相關(guān)的知識點(diǎn)，學(xué)習(xí)效 果更加深入，透徹。同時(shí)簡單的操作可以一下子激發(fā)學(xué)生的 求知欲望，使其渴望應(yīng)用這一功能完成任務(wù)。利用NXT套件設(shè)計(jì)制作機(jī)器人。4活動內(nèi)容 學(xué)生活動 教師活動 組內(nèi)進(jìn)行合理分工，完成3個(gè)人一個(gè)小組，組內(nèi)分小組內(nèi)個(gè)別指導(dǎo)。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組裝以及工，分別負(fù)責(zé)搬運(yùn)機(jī)器人程序的編寫、調(diào)試。的結(jié)構(gòu)組裝以及程序的對組裝和編程遇到問題編寫的小組給予指導(dǎo)，提供多種解決方案供其參考?；蛘呓o予一定

17、的啟示，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行深入思考， 自己討論由解決辦法。 或 者讓其到其他小組請教，小組之間互相幫助、互相學(xué)習(xí)，互 相探討，各取所長。設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過動手實(shí)踐，將所學(xué)知識學(xué)以致用，學(xué)中做，做中學(xué)，小組合作探究，實(shí)現(xiàn)知 識內(nèi)化、升華的同時(shí)，在動手實(shí)踐能力、小組合作意識、創(chuàng) 新思維等方面獲得一定的長進(jìn)。評比展示、總結(jié)反思活動內(nèi)容 展示。學(xué)生活動 進(jìn)行互評。 教師活動 根據(jù)比賽規(guī)則小組逐一小組間根據(jù)評價(jià)表內(nèi)容，記錄比 賽結(jié)果 從機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、功能、小組交流經(jīng)驗(yàn)，與大家分 組織學(xué)生進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的交程序的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行享經(jīng)驗(yàn)。綜合評價(jià)，分析各組作品的優(yōu)缺點(diǎn)，找到改進(jìn)方法。流與分享。幫助沒有成功的小組分析他們失敗的原因所 在