乐高机器人教学活动设计.docx

乐高机器人教学活动设计.docx

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乐高机器人教学活动设计

乐高机器人课程教学设计

指导教师：

丫头骗子

本人认为乐高机器人教学本身就是一种创客教育，也是STEM教育。

学生在进行机器人设计，搭建以及最后的程序编写的过程中，需要学习并运用很多物理、数学以及工程方面的知识。

同时，学生自行完成这一系列的过程，就是一个创造的过程。

教师给学生的只是一个大概的要求，而学生要真正完成任务，则需要自己进行创新。

学生每年要参加省科协组织的机器人挑战赛，包括FLL工程赛和创意赛。

这些项目都非常考验学生的创新思维以及动手能力等等，需要学生具有较高的综合素质。

我刚开始接手这项工作，学校没有前辈可以请教，网络上关于机器人教学的教程和教材都比较少，一切都需要自己不断的摸索与学习。

这项工作对老师的要求是非常高的，作为老师也必须非常了解相关的物理、工程知识，才能对学生给出合理恰当的指导建议。

以下是我的乐高机器人课程教学设计，设计所针对的学习对象是高中一年级的学生。

该设计包含多个活动，每个活动中包含多个任务。

活动的场地是学校的机器人专用教室，里面有适合搭建的桌子以及测试场地。

现有的设备是4套NXT教育套装以及5台笔记本电脑，所有的电脑上均安装了NXT编程软件。

活动一：

乐高初体验

活动介绍

学习乐高机器人的搭建以及程序编写之前，首先要了解乐高基本元件，认识各个零件的用途。

这是本课程的第一堂课，因此本次活动，我们将会认识乐高NXT教育套装中的各种零件，包括齿轮、梁、轴、杆、板、销以及其他各种连接件。

学生情况分析

活动所针对的对象是高一年级新加入机器人社团的成员，共16人。

所有成员均是自愿报名加入社团的，对机器人有着非常浓厚的兴趣。

其中有两人为机器人特长生，三人为去年加入的老队员，其余均未正式接触过乐高机器人。

教学目标

1.设计并搭建一个超市购物小车。

2.设计并搭建一个你心目中的学校。

3.能够说出各种零件的名称以及用法。

教学用具

乐高NXT套装3套

教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

分组

乐高NXT套装简要介绍

分组，任务说明

请学生进行自我介绍

社团活动内容及制度介绍

听讲

介绍参赛项目

介绍课程目标，课程用到的器材乐高机器人NXT套装

对学生进行分组，5人一组，共3组。

老队员自成一组，完成单独的任务

分发器材

将所有零件均分为三份。

介绍主要零件的名称和用法。

给每一个小组分发拼装零件和器材。

搭建购物小车

购物小车设计要求：

1.小车要能够被推拉。

2.小车要能够装东西。

3.小车在装了东西的情况下被推拉时不会掉零件或者散架。

观看学生搭建过程并对存在的问题进行指导。

小组为单位，根据自己的生活经验以及想象，进行购物车的搭建。

作品点评

零件名称及用法讲解。

组织各小组进行作品展示。

对各组作品进行评价打分。

讲解各个零件的名称以及用法。

各小组分别展示任务一效果。

并分享所用到的零件有哪些，以及是如何使用的。

听讲。

搭建学校

学校搭建要求：

不限。

观看学生搭建过程并对存在的问题进行指导。

小组为单位，根据自己的生活经验以及想象，进行学校的搭建。

作品点评

零件名称及用法讲解。

组织各小组进行作品展示。

对各组的任务完成情况进行评价打分。

讲解各个零件的名称以及用法。

各小组分别展示任务一效果。

并分享所用到的零件有哪些，以及是如何使用的。

听讲。

评价总结

回顾总结本节课的主要内容以及知识点。

展示各个小组的综合成绩，并进行点评。

请各组同学分享搭建过程中的体验和感受。

谈谈自己的发现和收获。

请各小组将自己的作品上传到课程QQ群。

活动二：

小车快跑

活动介绍

了解了乐高机器人的基本元件，能够搭建静态的手动的模型后，我们需要让机器人动起来。

这是本课程的第二堂课，本次活动中，我们将会认识乐高NXT教育套装中的电机以及主机，具体包括电机和主机的搭建方法以及如何使用主机编写程序控制电机转动。

学生情况

学生已经了解了乐高基本元件，能够进行基本零件的拼装搭建。

教学目标

1.掌握主机、马达的用途以及使用方法

2.能够搭建出一辆小赛车

3.能过为赛车进行程序设计

教学用具

乐高NXT套装3套

教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

主机和电机

介绍NXT主机和电机

讲解NXT主机的功能，各个接口的用途以及各个按钮的功能。

讲解电机的功能和用途。

听讲，观察

齿轮

乐高齿轮简要介绍

介绍齿轮的种类及使用方法

介绍齿数、角速度、线速度的关系

听讲，观察，思考

搭建小

赛车设计要求：

1.可以走直线，带主机和马达

布置本节课的任务。

观看学生搭建过程并对存在的问题进行指导。

小组为单位进行赛车的搭建。

赛车

2.小车跑得又直又快

小车竞速

各个小组进行现场比赛。

哪个组的小车走得又直又快？

组织各小组进行现场比赛。

对各组作品进行评价打分。

各小组分别展示任务一效果。

评价总结

回顾总结本节课的主要内容以及知识点。

展示各个小组的综合成绩，并进行点评。

请各小组谈谈赛车搭建过程的体验和感受，谈谈影响小车速度的关键因素是什么。

请各小组将本组的作品照片和视频上传到QQ群。

活动三：

正方形

活动介绍

掌握了主机和电机的使用方法后，我们已经可以让小车动起来了。

可是，走直线的小车能够转弯吗？

这是本课程的第三堂课，本次活动，我们将要了解转弯机器人的搭建以及NXT编程软件的使用方法，并初步认识和体验声音传感器使用方法，我们的任务是要设计并搭建出一辆可以走出正方形的机器人小车。

学生情况

学生已经能够搭建出走直线的小车，并能够使用主机进行简单的程序编写。

教学目标

1.体验传感器的用途与使用方法

2.掌握转弯机器人的搭建技巧

3.了解马达的各项参数与机器人行动方式的关系

4.认识NXT编程软件并能够编程控制电机运动状态

5.设计并搭建一辆可以走正方形的机器人小车。

教学用具

乐高NXT套装3套

笔记本3台

教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

NXT编程软件

乐高NXT编程软件简要介绍

请学生打开笔记本电脑，运行NXT编程软件。

简要介绍软件的界面以及各个模块的功能，演示控制机器人向前走的编程方法。

强调端口的正确选择。

请学生根据帮助文件自学软件使用方法。

听讲。

自主学习。

搭建正方形

正方形小车设计要求：

1.可以转弯的小车：

不能同轴，带声音传感器。

2.小车走出一个正方形

布置本节课的任务。

观看学生搭建过程并对存在的问题进行指导。

小组为单位进行正方形小车的搭建。

小车

作品点评

各个小组进行现场比赛。

哪组的小车走出的轨迹最接近正方形？

组织各小组进行作品展示。

对各组的任务完成情况进行评价打分。

评价总结

回顾总结本节课的主要内容以及知识点。

展示各个小组的综合成绩，并进行点评。

请各小组谈谈搭建过程的体验和感受，谈谈影响小车转弯的因素是什么？

影响小车转90°的主要因素是什么。

请各小组将本组的作品照片和视频上传到QQ群。

活动四：

NXT巡线机器人

活动介绍

在很多关于乐高的机器人竞赛的场地中，都会有很多黑色、红色或者黄色的线条，供机器人利用光电传感器识别，从而进行更准确的定位，更精准地完成指定任务。

本次活动，我们将会认识光电传感器。

包括任何测试光值，如何让机器人巡线行走，如何利用光电传感器辨别路径。

学生情况分析

学生已经在前几次社团活动中，了解了乐高机器人的软硬件基本情况，并动手搭建了可以拐弯的机器人小车。

同时也能够使用LEGOMINDSTORMSEduNXT软件中的移动模块控制机器人运动。

教学目标

1.设计并搭建一个带有光电传感器的机器人小车。

2.从传感器读取数据，以便更好地了解机器人的工作状态。

3.能够使用“光”等待模块来控制机器人。

4.能够使用“循环”模块编写程序，并理解其意义。

5.能够使用“开关”模块，让机器人对数据进行判断后，再做出相应的动作。

教学用具

乐高NXT套装4套，笔记本电脑5台，LEGOMINDSTORMSEduNXT软件，贴了黑色胶带的场地（三条黑色胶带间隔平行粘贴，另外用两条胶带粘出一个分叉路口，还有一个黑色胶带粘出的圆形道路）

教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

视频导入

视频说明：

机器人小车在赛台上通过巡线到达指定的任务地点，完成各种任务。

设计意图：

引出光电传感器以及巡线的应用。

1.给学生展示往届同学参加FLL工程挑战赛比赛的视频。

2.请学生注意观察机器人的行走路线及结构设计。

3.对学生的回答进行总结。

1.观看视频。

2.分享自己的发现以及观察结果。

搭建机器人小车

巡线机器人小车设计要求：

3.双电机机器人小车，结构上要能够方便转弯，

说明搭建注意事项以及要求。

观看学生搭建过程并对存在的问题进行指导。

四人一组进行巡线机器人小车的搭建

在小车前面安装光电传感器。

4.光电传感器最好安装在小车前段中间，且感应部分要朝下安装，距离地面1cm左右。

设计意图：

巡线小车的搭建涉及到物理方面的各种知识，这里主要是锻炼学生的动手能力以及对物理知识的应用于掌握。

样例如下：

。

编写程序

任务一要求：

启动程序后，机器人小车直走，直到黑线处停下来。

设计意图：

学习光等待模块的应用。

1.布置任务一。

2.讲解光电传感器的详细特性，使用光电传感器测量光值的方法以及光等待模块的各个参数以及使用方法。

3.观看学生编程过程并对存在的问题进行指导。

4.对各组的任务完成情况进行评价打分。

1.听讲，思考，讨论。

2.小组自主编程，完成任务一。

3.各小组分别展示任务一效果

。

任务二要求：

控制机器人小车，让它在第三条黑线处识别并停下来。

设计意图：

学习循环模块的应用。

1.布置任务二。

2.讲解循环模块的各个参数的意义以及使用方法。

3.观看学生编程过程并对存在的问题进行指导。

4.对各组的任务完成情况进行评价打分。

任务三要求：

机器人小车利用光电传感器进行巡线行走。

设计意图：

理解基础的巡线思想。

1.布置任务三。

2.分析机器人利用光电传感器巡线的原理及过程，请学生自行完成程序编写。

3.观看学生编程过程并对存在的问题进行指导。

4.对各组的任务完成情况进行评价打分。

程序巡线部分示例：

任务四要求：

让机器人小车选择不同的路径巡线行走。

设计意图：

学习循环模块的应用。

1.布置任务四。

2.讲解开关模块的意义、各项参数的作用以及具体的使用方式。

3.观看学生编程过程并对存在的问题进行指导。

4.对各组的任务完成情况进行评价打分。

评价总结

回顾总结本单元的主要内容以及知识点。

展示各个小组的综合成绩，并进行点评。

请各小组谈谈搭建过程的体验和感受，谈谈编程的体验和感受，谈谈影响小车准确巡线的主要因素是什么。

请各小组将本组的作品照片和视频上传到QQ群。

活动五：

乐高乐器

活动介绍

学习乐高机器人的搭建以及程序编写之前，首先要了解乐高基本元件，认识各个零件的用途。

这是本课程的第一堂课，因此本次活动，我们将会认识乐高NXT教育套装中的各种零件，包括齿轮、梁、轴、杆、板、销以及其他各种连接件。

学生情况

学生已经能够根据要求进行熟练的搭建，并已经掌握了开关模块、循环模块的单独使用方法。

教学目标

1.掌握音乐模块的使用

2.掌握开关模块、循环模块的嵌套使用

3.拓展程序设计思维

4.能够搭建出一个交互式乐器

教学用具

乐高NXT套装3套

笔记本电脑3台

教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

音乐模块

乐高NXT编程软件中音乐模块简介

介绍音乐模块的使用方法

介绍如何编曲，如何导入以有音乐文件

请各个小组自主探索其他传感器模块的使用方法

听讲

自主学习

搭建乐高乐器

乐器设计要求：

1.设计并搭建一个乐器：

要求使用多个传感器

2.乐器要能够被演奏

布置本节课的任务

观看学生搭建过程并对存在的问题进行指导。

小组为单位进行乐高乐器搭建。

作品点评

各小组轮流展示

哪组的乐器设计美观，可以（被）演奏出乐曲

组织各小组进行作品展示。

对各组作品进行评价打分。

各小组分别展示任务一效果。

听讲。

评价总结

回顾总结本节课的主要内容以及知识点。

展示各个小组的综合成绩，并进行点评。

请各小组谈谈本组所用的传感器有哪些，是如何使用的。

活动六：

零件归类整理

活动介绍

比赛器材以及场地马上要到了，在比赛前必须把所有零件重新归类整理，以方便查找和使用。

为了节省时间，之前的每一次活动结束后都没有进行零件归类，本次活动将专门进行零件的整理。

教学目标

熟悉所有的乐高零件

教学用具

乐高NXT套装3套

教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

零件整理

将所有零件分类整理，放到零件盒中

组织学生分组、合作进行零件整理

整理零件

评价总结

对各个小组的整体表现进行点评。

对表现突出的同学进行奖励。

活动七：

参赛队员选拔

活动介绍

全体社团成功投票选举，选出6位备选参赛队员。

教学用具

乐高NXT套装3套，2019FLL比赛地图

教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

组内推荐

每个小组投票选出两名备选参赛队员

为各个成员发放选票。

请每个组投票选出两名备选队员。

自主决策，投票

二次选拔

请被选出的六位成员组成一组，共同完成2019FLL比赛项目中的倒出灯泡任务。

任务完成之后，请这六位同学再次投票，淘汰两名成员，最终选定四名参赛队员。

没有被选中的队员完成2019FLL比赛中的打球任务。

活动八：

地图安装

活动

我们现在拥有的地图只是一张有标记的纸和一堆零件。

要完成地图的安装，必须完成地图上每个部件的拼装。

本次活动的主

介绍

要任务就是完成地图组装。

教学用具

2019FLL比赛场地地图以及配件

活动过程

请各个小组按照安装图纸，完成地图上各个模型的拼装。

注：

之后的活动为针对比赛的专门训练。

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