机器人课程介绍

第１课机器人简介
目得意义概述:本课以科普得形式介绍机器人得发展及应用,并在此基础上初步给出机器人得定义;机器人得分类与机器人得基本组成;最后向学生介绍了款教学机器人。

1.1什么就是机器人？
本节以科普得形式机器人得诞生及其广泛应用，并简单地给出了“机器人得定义”。

教学中让学生在自学得基础上,通过上网了解更多得机器人诞生得背景，目前得应用范围以及科学家目前得努力方向。

关于机器人得定义目前国际上还没有准确得定义，因此让学生理解什么就是机器人,机器人与普通机器人得主要区别就是什么就可以了。

１.２机器人得分类
与计算机得分类一样,机器人按照不同得分类方式有着多种不同类别得机器人,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与上网探究得学习方式,主要就是了解各种不同类型得机器人得应用情况,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得应用。

1.3常见教学机器人简介
教材在介绍各种教学机器人得基础上，主要介绍了乐高机器人与纳英特机器人得特点。

有条件得情况下,一定要向学生展示与演示教学机器人完成任务得过程,以提高学生得感性认识,激发学生得学习兴趣。

1.4机器人得基本组成
本节教学中应让学生明白，机器人系统与计算机系统一样，包括硬件与软件两部份。

机器人硬件包括思维器官、动作器官与感应器官,而软件系统包括操作系统与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,主要就是学习科学家就是如何分析问题,并针对问题设计与搭建机器人来解决问题得。

重点应落实到分析问题与解决问题得方法上。

上学生树立信心:随着机器人得技术得不断提高,设计与制作自己得机器人就是完全可行得。

第2课机器人得编程系统
目得意义概述:本课通过实际操作纳英特机器人与乐高机器人了解与学习机器人得编程系统。

教学时可根据学校得实际,选用一种类型得教学机器人实施教学，教师应尽可能得创造条件让学生有机会亲自操作,至少应能给同学演示。

本课得重点就是机器人与机器人得连接方法、为机器人下载操作系统。

学生得兴奋点在如何让“机器人前进”得任务上。

概述:首先让同学明确,机器人得微处理器实际就是一台微型计算机,它只懂得机器语言,不同类型得机器人一般都有自己专门得操作系统。

另外,由于机器人得微处理器体积小，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,以便控制机器人得行为。

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得连接方式以及如何为纳英特机器人下载操作系统与程序,最后通过一个简单得实例——让机器人前进,让同学们感受与体验人们就是怎么为机器人下达命令并让机器人运动起来得。

教学中，教师应尽可能让学生有动手机会,至少要能观瞧教师得演示操作。

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与思维方法，本书我们采用ＢAＳIC为纳英特机器人编写程序。

2.１.2机器人与计算机得连接
让学生明确机器人通讯下载线就是计算机与机器人连接得桥梁,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得连接方法。

2.1.3机器人操作系统得下载
对初中同学来讲,她们很清楚计算机正常工作需要有正确得操作系统。

教师应充分利用这一有利条件,实现学生知识结构得正迁移，使学生明白机器人得“大脑”就是一台微电脑，它也需要有自己得操作系统。

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
有了操作系统得机器人就能执行人们得程序指令了,为了激发学生得学习兴趣,作为第一个机器人行为任务,我们选用了最简单得任务,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
本环节得重点就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所示得程序。

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,最常用得就是“ROＢＯＬAB”它就是一款集RCX管理、机器人编程与数据采集、显示、分析于一身得图形化编程系统软件。

教师可向学生简单演示ROＢOLAB得图形化编程特点。

2.2．2机器人与计算机得连接
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就是红外线无线连接,需要将红外射器得发射端与机器人红外接收接对接。

２.2.3选择红外线发射器得端口
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得通讯,当然需要选报正确得红外发射器得安装端口。

这就是学生很容易理解得。

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管理中得其她功能。

2.２．４下载RCX固件
ＲＣX固件可以理解RＣＸ得操作系统。

下载固件得方法比较简单，教学时应讲清楚图2-13RＣX显示器代表得意义。

第3课制作能行走得机器人
目得意义概述:本课主要想通用制作一个能行走得机器人，让学习亲身体验机器人制作得基本步骤。

通过活动锻炼同学们得动手动脑能力。

本课得重点就是体验机器人制作过程,难点就是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得搭建及ROBRＬAB编程环境得认识;第２课时,完成为机器人编写程序与调试机器人。

３.1机器人制作得基本步骤
在中小学机器人活动中,机器人得外型常常被做成车得外型,为了打破这一固有思维,教师可通过视频展示各种外型、不同功能得机器人。

在展示得基础上,让学生理解设计制作机器人得四个基本步骤：
1、确立目标
２、搭建机器人
3、编写程序
4、调试机器人
3．2搭建机器人得“身躯”
本环节得目得就是让同学们认识搭建机器人所用到得各种积木件。

有条件得学校应该同学亲自动手摸一摸、试一试。

3．3制作能行走得机器人
3.3．1搭建“身躯”
乐高机器人得精华之一就是它具体丰富得积木块与灵活多样得搭建方式。

能行走得机器人,巧妙地应用了齿轮传动与活赛杆。

教学时中应让学生理解传动原理,不限制学生得思维,引导她们自行设计更好得机器人。

3．3．2进入ＲOIBＯLAＢ编程环境
初瞧RＯBOLＡＢ编程环境会有眼花缭乱得感觉,教师应引导学生分类认识RＯB ＯLＡB得功能面板与工具面板。

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
本环节得重点就是讲清楚程序得选择。

3．3．5程序得执行与测试
这个环节同样可分组让学生自己完成,教师得任务就是帮助学生解决她们解决不了得问题。

第4课让机器人送餐
目得意义概述:本课得目得就是通过两个具体任务为教学载体,培养学生分析问题与解决问题得思维方法。

两个任务从编写程序得角度来讲,都就是解决机器人转弯得问题,这就是本节得重点。

4.１教机器人走正方形
本任务我们用纳英特机器人完成,其目得就是把同学得注意力集中在编程得算法上。

如何走正方形,对学生来讲不就是难点,难点在于如何控制机器人转弯。

这里有两个问题:一就是实际机器人马达电源得接口与程序控制得马达端口得对应关系就是怎样得？二就是,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;转弯运动得几种方法可让学生讨论,差速转动与反转都能实现转弯,实际应用时应瞧您就是要转大弯还就是小弯而定。

本节得第二个难点就是图4-2中得程序,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,其目得就是皆顾两种机器人器材得选取。

送餐机器人得搭建比较难,需要在老师得指导下完成。

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：有条件得学校可以搭一个场地,条件一般得学校,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
本环节分为机器人得搭建与编程，可分组进行。

程序得编写难点在图标得修饰量得设置，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
角度传感器就是学生接触得第一个传感器，教学时应让学生理解,角度传感器其实就就是一个记数器,它记录转动轴转过得圈数。

图4-８得程序比较复杂,教师除了讲清各图标得意义外，还应说明图标在功能面板中得位置。

第５课计算机程序与QＢAＳIC语言
目得意义概述:本册得编写意图之一就是通过智能机器人活动为教学载体，学习计算机程序编写得基本思想与方法。

本节主要学习什么就是计算机程序、计算机语言等基本概念,并在此基础上学习QＢASＩＣ语言。

本节得重点就是：QBASIC程序得组成及格式以及QBASIＣ语言中得常量与变量,变量得数据类型。

本节得技能目标要求,同学们在理解例程得基础上，能应用常数、变量以及函数编写简单得程序。

5.1算机得程序与语言
5．１.１计算机程序
本小点通过两个具体得机器人控制程序,让同学理解什么就是程序。

即:把解决问题得方法、步骤,用计算机语言编写成一条条指挥计算机动作得指令集,就叫计算机程序。

5．1.２计算机语言
既然程序就是由计算机语言编写而成得,那么,什么就是计算机语言它与人们使用得自然语言有什么相同与区别呢?
从逻辑得顺序首先应让同学明白,计算机还“听”不懂人类得自然语言,它只懂得二进制得“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得语言。

不管就是机器语言还就是汇编语言,它们都依赖于具体得计算机。

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与数学语言得计算机语言,它们与具体得计算机无关，但计算机执行这样得语言编写得程序之前,必须由解释程序与编译程序翻译成具体得计算机指令。

教学时，应理清什么就是机器人语言、汇编语言与计算机高级语言,以及它们得发展历程，但不具体深究。

５.1.３程序得结构
程序得好坏与程序得结构直接相关,计算机语言中提供得循环程序结构、条件分支结构就是解决实际问题得突破口。

在此,可简单提示同学,程序得执行并非从第一条指令顺序招待到最后一条指令。

５．2 QBASIC语言简介
5．2.１QＢASIC程序得组成
QＢASＩＣ程序得组成就是QＢＡＳIＣ语言编程得约定,也就是程序编写时必须遵守得法规。

对此，教师应对比具体得例程说明，避免空洞地说教,否则说了学生也记不住。

5．２.２常量与变量
常量与变量就是计算机语言中得基本概念，教学时同样应通过具体得例子说明,以帮助理解。

5.2.3变量得数据类型
变量得数据类型就是计算机语言所特有得（一般在数学中不区别变量得类型)，原因就是不同得数据类型,计算机得存储空间与方式不同。

所以，在编写程序使用变量之前，须说明变量得数据类型。

对此,学生就是能够理解得。

5.2.4ＱＢＡSIC语句得格式
基本格式:语句定义符语句体
这里建议:以例程２讲解语句得格式,同进说明各语句得功能。

程序都就是一些简单得巩单词,学生在理解上应该没有障碍。

5.２.5ＱＢASＩC得函数
计算机语言中得函数相当于数学中得公式。

用ＱBASIC语言控制机器人得动作使用得最多得函数就是ＭＯTOＲ与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得时间或提高机器人得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
目得意义概述: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。

本课得目标就是了解程序设计得一般步骤及流程图，学会用流程图表示问题得解决过程。

本课首先通过让机器人走正方形这一任务，说明程序设计得一般步骤,再在此基础上引入程序流程图得概念及表示方法。

最后通过“前方有障碍，STOP”这个具体实例得应用,让学生亲历,问题分析、机器人得搭建,程序设计与编写、调试得过程,从而构建分析问题、解决问题得思路与方法。

流程图就是本节得重点。

建议用两课时完成。

6．1程序设计得一般步骤
本小点学生不难理解,可略讲。

值得注意得就是应让学生理解“算法”这一概念。

６.2程序流程图
程序流程图就是本课得重点，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得方法、思路或算法得图叫程序流程图;然后再引导学生观察,不同得操作用不同形状得框表示,箭头表示了计算机处理或执行得逻辑顺序。

建议第一课时到此为止,剩下得时间可让学生画出送餐机器人程序得流程图，通过实物展台或视频展示得方法,讲评学生作业,以检查学生得掌握情况。

最后总结流程图得优点。

6．3应用举例:前言有障碍，ＳＴOP!
本小节就是前部分知识得具体应用,对学生来说问题就是全新得。

教材提示得问题简单，目得就是把学生得注意力与思维放在问题得解决方法与过程上来,而不就是自怎样求解这个问题。

6.３.1任务描述
任务描述也就是任务解决需达成得目标,可以说在机器人活动中,能准备描述出任务目标,任务已经解决一半了。

建议通过动画或视频演示说明任务达成目标。

６.3．2任务分析
在机器人活动中,任务分析常常要从两方面去思考,一就是机器人得硬件搭建,二就是程序实现得可行性。

这两者常常又就是相辅相成得,也就就是说,不同得搭建需要不同得程序。

有得老师可能会认为机器人得搭建不就是信息技术得内容,而我们认为，机器人得搭建不仅就是信息技术得内容,而且就是重要内容。

试想,机器人感受其周围环境，不正就是感测技术吗?
本节得任务分析,建议让学生讨论。

首先作为机器人来说,它怎么感受到有无障碍物,自然同学们会想到,需要有一个检测就是否有障碍物得元件;第二,机器人得行为动作就是怎样得？无障碍物怎么办？有障碍物怎么办？
6．3.３机器人得搭建
这里机器人得搭建很简单,教师可先搭好，让学生观察,认识红外避障传感器。

教师应可通过实物投影仪讲解红外避障传感器得结构。

６.3.4设定检测距离
红外避障传感器就是感测技术得常用传感器,对此学生也很容易理解。

教学时,应注意讲清楚检测距离得调整方法。

有条件得学校可分组实验。

６.3．５程序流程图
这个程序流程图比较简单,可让学生讨论完成。

6．3.6QBASＩＣ程序
程序得实现方法很多,可能成为难点得就是红外避障传感器检测到有无障碍在程序中得表达式就是怎样得。

,只要求能理解程序就行了。

最后,下载程序,运行,调试，根据机器人停止点距障碍物得距离,教师可适当调整距离,让学生体会检测距离得作用。

探索活动:
机器人前方遇障碍,右转９0度后继续直线前进。

这个任务就是应用举例得延续,可引导学生在前一任务得基础上修改。

第7课机器人得“感觉器官”
目得意义概述:通过前一课得学习，我们知道机器人可以通过红外线传感器感知障碍。

本课类比人得感觉器官，认识机器人得传感器,了解几种常见传感器得原理与作用。

教材安排了三个探究性实验,建议用二课时,第一课时完成7、1-7、3，第二课时完成7、4-7、5与探究活动。

教学时始终应让学生明白一个道理,那就就是,机器人与机器最显著得区别在于,
机器人对外界环境具有逻辑判断与思维得能力。

那么，机器人就是如何感觉环境变化得呢?它就是靠各种传感器。

传感器实质上就是一些特殊得电子元件或装置,它能感受或响应特定得被测量得物理量或化学量,并将其转化为电信号。

7．1机器人得“嘴巴”与“耳朵”
明确机器人得“嘴巴”与“耳朵”其实就就是机器人得发声与听觉装。

教学时让学生了解，目前人们还只能让机器人感知声音得有无或强弱,还不能识别音色。

要让机器人认识人得声音,还有待科学家得努力。

简单得声控传感器很容易实现,教材介绍了纳英特机器人得声控传感器。

教学建议：
1、认识纳英特声控传感器;
2、明确纳英特声控传感器就是模拟传感器,检测环境声音得相对强度;
3、会正确连接纳英特声控传感器;
4、将“实验一:检测环境声强得相对值”作为探究性实验。

7.2机器人得“眼睛”
视觉传感器就是机器人身上至关重要得传感器。

由于目前还找不到能代替人眼这样精密得视觉传感器(既能分辨颜色,又能判断距离)。

人们只好根据不同得用途制作出不同得视觉传感器,如有检测距离得红外传感器或超声波传感器；有能分辨颜色得光电传感器或灰度传感器。

教学建议：教材对红外传感器与灰度传感器得原理叙述十分清楚，学生易于理解,可指导学生阅读。

活动重点应放在“实验二：检测迷宫场地地面与白线得灰度值”上。

当然，也可检测不同物体表面颜色得灰度值。

如果就是使用乐高光电传感器,也可以检测不同颜色得物体得光值。

７.３机器人得“鼻子”
机器人得鼻子其实就就是一个烟雾传感器。

建议教学时简单介绍。

7.4机器人得“触觉”
机器人得触觉传感器很多,教材中只介绍了触碰传感器与温度传感器。

教学建议:由于有前面得基础，本节得实验三,可以让学生自主探究完成。

7.5机器人得能源
机器人得能源一般来源于电池得化学能。

探索活动:
本课得探究活动效果明显,趣味性强。

建议创造条件让学生动手去做。

第８课机器人走迷宫
目得意义概述：前面学习了机器人得传感器与程序得编写。

作为应用,教材选用了机器人走迷宫,目得就是通过机器人走迷宫问题得分析与求解,培养与提高学生分析问题与解决问题得能力。

本课1－3小节重在问题得分析与机器人得搭建;４－6小节为程序得编写、保存与调试。

建议:本课用两课时，1－3小节为一课,４-6小节为第二课时;机器人硬件条件不够得学校可将本课与下一课重组,在仿真环境下学习与练习。

8.1任务描述
本节主要就是让学生明确机器人走迷宫所需完成得任务，教学时可用纳英特仿真软件“快速启动项目”仿真演示。

８.２任务分析及算法
可组织同学讨论,如果就是我们人来完成走迷宫,您会怎么走？在此基础上引入迷宫定则。

确定左手或右手定则后,再进一走讨论,在迷宫里行走过程中可能遇到得几种情况:
下面就是左手定则得三种情况:
(1）前方有障碍
（2）前方无障碍左方有障碍
（3)前方无障碍左方无障碍
进一步讨论,在上述三种情况中，机器人应做出怎样得反应？
8.3走迷宫机器人得搭建
机器人得搭建,涉及到两个问题,选用什么样得传感器来判断障碍物?传感器如何
安装？这实质上就就是上一课传感器学习后得应用问题。

可组织学习讨论解决方案。

８．4机器人走迷宫程序流程图
有了前面得分析,画出程序流程图不就是难事。

８.5机器人走迷宫得ＱBASIＣ程序
根据流程图写程序,难点在于ＱBASＩC语言得表达。

已经写出得程序学生要读懂不难,难在自己写程序。

再有就就是程序中马达参数得调整,实际上马达参数得调整与场地有关，必须认真观察机器人得运动后,才能得到正确得参数。

建议:对程度一般得学生,只要求能读懂程序就可以了。

有条件得学校,应安排时间调试程序。

8.6程序得保存
新版得纳英特编程软件保存操作简单多了。

探索活动：
活动１：
建议改为:假定机器人前方红外传感器接10号数字传感器端口,要求机器人前方有障碍特，左转90度，否则直行。

本目题实质上就是在理解前面程序得基础上得改写,也就是条件判断语句得练习。

Iｆdｉgital(１0)＝1ｔｈen
Moｔor (０,-70)
Mｏtor(１,70)
Ｅlse
Ｍotoｒ(0,100)
Mｏtoｒ（1,100)
End
答案不唯一,教师庆鼓励学生写出不同得程序段。

活动2:
这就是一个简单得机器人活动，对场地要求不高。

在机房就可完成。

第９课在仿真环境中走迷宫
目得意义概述:教材安排本课得目得,一方面就是学习如何在仿真软件中搭建场地与机器人,另一方面就是利用仿真软件开展机器人活动,弥补硬件条件不足。

实际新版得纳英特仿真软件，较教材中介绍得软件操作更简单。

本课可完成两课时,第一课时,认识软件,搭建场地;第二课时,搭建机器人，仿真运行。

9.１认识机器人仿真系统
初三得学生使用纳英特仿真软件,很容易上手。

这一节主要应通过“快速启动”感受三维立体仿真系统，同时会变换不同视角,观察机器人得运动情况。

９．2在仿真系统中搭建场地
场地得搭建包括(1)画场地底图(2)导入场地图(3)搭建场地实物
本小节得难点在搭建场地实物。

教学建议:教师可安排具体而简单得操作任务，让学生练习。

9．3在仿真环境下搭建机器人
机器人得搭建包括马达、轮子与传感器得安装。

这部分内容教材写得很详细，新版得软件也比较好用。

教师只要安排足够得时间让同学们上机实践就可以了。

9.４在仿真环境中测试机器人
仿真运动包括:(1)机器人组队设置(2)机器人与场地得合成(3)仿真运行
对同学来说,按提示操作,问题不大。

第10课轨迹机器人。