苏州市枫桥中心小学机器人教育教学案例介绍张忠艳网络名师工作室

苏州市枫桥中心小学位于苏州高新区枫桥街道,毗邻世界闻名的古刹寒山寺,是一所有着百年历史的江苏省实验小学。学校依托千年枫桥积淀的丰厚文化,积极放眼未来发展科技教育,先后被评为苏州市教育现代化小学、苏州市教育技术装备管理先进学校,校园文化历久弥新。近年来,我校立足校本、培训师资,发展STEAM教育和创客教育,现有创客教室、未来教室、计算机房、科学实验室等多个现代化教室为机器人教育教学提供场地,配备专职科技辅导员8人,开设了MakeX机器人、超级轨迹机器人、IRM机器人、Scratch编程、3D建模等创新教育课程。

创客教室是进行机器人教学的主阵地,分为储物区、编程区、操作区,能够满足以下功能:①备课环节(工具准备、材料准备、作品演示准备)②授课环节(课堂讲授、小组讨论、演示实操、学生实践、卫生清洁)③课后展示环节(作品展示、点评互动、作品陈列)④举办各类主题活动(机器人编程竞赛、科技节活动等)。

二、课程建设

创新战略,人才为先,人才战略,教育为先。本校的机器人课程以学校总体教学工作为依据,以社团工作计划为指导,严格执行上级教育行政部门的各项部署,认真贯彻落实本校办学的各项计划与目标。以提高教学质量和学生科学素养为目标,努力探索新课程背景下融合STEAM的教学模式;坚持以学生发展为本,充分发挥课程促进学生综合素养发展的功能;倡导自主、合作、探究的学习方式,全面提升学生的能力。

基于课程的设计理念,本课程大体分为5个环节,主张组织以学生为主的教学活动。每个单元课程开始时均提供一个挑战任务,将学生置于一定的任务情境中,学生在合作中达成对问题的一致理解并寻找解决方案。

1.观察效果环节:点击PPT中效果演示链接观看效果演示视频,让学生明确本节课的任务;

2.编写程序环节:首先是本节课程涉及到的新知识和案例中的核心积木,学生根据这些内容设计解决方案,提炼伪代码并画出流程图(PPT中提供了伪代码和流程图只供学生参考),编写程序进行测试;

3.交流分享环节:展示小组成果,组间进行评价,组内成员反思进行完善修改;

4.课堂小结环节:教师带领学生总结本课程所学的内容;

5.拓展活动环节:学生根据所学知识,重复以上四个环节完成拓展活动。

MakeX机器人课程目录

第1章   守护家园比赛

1.1守护家园比赛规则

守护家园视频介绍

1.2守护家园比赛流程

报名步骤、比赛流程

1.3守护家园比赛任务

第2章   慧编程软件

2.1初识慧编程软件

软件下载、安装、界面介绍

案例一:小猫移动(以案例介绍各积木块)(事件、控制、移动、外观)

2.2玩转慧编程软件(3个课时)

案例二:生日派对(以案例介绍各积木块)(侦测)

案例三:走迷宫(画笔、事件)

案例四:弹球游戏(数字逻辑、绘图)

第3章   硬件操控篇(硬件知识讲解、效果演示(拍摄);主要积木块和流程图(录屏))

3.1唤醒mBot小车

认识mCore主板

小车组装

程序上传

3.2检测mBot小车(顺序结构;电机模块、等待几秒)

认识电机

案例:小车检测(效果演示、核心积木)

拓展:S型轨迹(效果演示)

3.3 音效测验(选择结构、循环;音频播放、板载按钮)

认识蜂鸣器和板载按钮

案例:声音渐变(效果演示、核心积木)

拓展:演奏小星星(效果演示)

3.4 光线检测仪(变量、光线传感器积木,流程图)

认识光线传感器

案例:测光器(案例效果演示、核心积木)

拓展:智能灯(效果演示)

3.5 控制mBot小车(循环;LED彩灯积木;按钮控制程序)

认识板载LED 灯

案例:绿灯行(案例效果演示、核心积木)

拓展:交通灯(效果演示)

3.6 智能测速器(超声波、计时器;V=S/T)

认识超声波传感器

案例:时间计算器(效果演示、核心积木)

拓展:测速器(效果演示)

3.7综合任务(红外通讯、自定义模块)

认识红外传感器

案例:狂欢晚会(案例效果演示、核心积木)

拓展:你唱我跳(效果演示)

第4章   硬件拓展篇

4.1掌控者(蓝牙手柄、9g小舵机)

认识蓝牙手柄和9g舵机

案例:舵手 (案例效果演示、核心积木)

拓展:手动移除(效果演示)

4.2载歌载舞(添加音频播放模块/音频播放积木)

认识音频播放模块

案例:载歌载舞(效果演示、核心积木)

拓展:庆祝派对(效果演示)

4.3绘制星球地图(RGB巡线传感器积木块)

认识RGB巡线传感器

案例:检测地图(效果演示、核心积木)

拓展:穿越星球(效果演示)

4.4色彩识别(颜色传感器积木块、颜色干扰因素)

认识颜色传感器

案例:色彩卡片分类(效果演示、核心积木)

拓展:颜色分类(效果演示)

4.5探测器(LED点阵屏积木块)

认识LED点阵屏模块

案例:检测卡片数量(效果演示、核心积木)

拓展:卡片检测(效果演示)

4.6综合任务

任务:运转树苗(学生自主完成)

任务:我测我推(学生自主完成)

任务:一条龙(根据前面所学知识从二组任务中任选一自主完成)

第5章  常见问题解答篇

三、教学应用情况

为了能够更好地响应各项科技赛事,学校结合办学特色与实际情况开设了“创意Robot”机器人社团。一方面丰富了学生的课余生活,激起了学生对机器人和编程的热爱和兴趣,另一方面也是做好人才发掘、储备工作。因此,机器人教学过程中涉及的内容与比赛紧密联系。以MakeX项目为例:

课程目录

知识点

检测mBot小车

顺序结构;电机

传递编程思维;小车在赛场上动起来

音效测验

选择、循环结构;板载按钮

传递编程思维;用板载按钮控制是否开始执行任务

光线检测仪

变量;流程图

传递编程思维,确保孩子们能自主完成比赛任务的程序的编写

控制mBot小车

LED彩灯;按钮控制程序

比赛中用按钮结合其他传感器实现程序的切换

智能测速器

超声波传感器;V=S/T

综合任务

自定义模块

利用自定义积木块减少程序的繁琐

掌控者

蓝牙手柄、9g小舵机

手动阶段,9g小舵机用于夹取树苗,移除障碍物

载歌载舞

音频播放模块

家园派对中播放音乐

绘制星球地图

RGB巡线传感器

比赛过程中小车巡线前进

色彩识别

颜色传感器

读取卡片颜色,   根据卡片颜色决定卡片的运行方向

探测器

LED点阵屏

显示读取的卡片颜色,根据显示数字知道切换到程序

综合案例

三个独立任务用顺序结构逐一完成;

在教学过程中,科技辅导员们针对比赛项目进行研讨、剖析,学生也积极记录、反思。下面摘录一部分师生的笔记:

遥控:手柄要快闪状态才能和蓝牙配对(配对和机器自身程序无关,但是最后要用手柄遥控,就给手柄编写一个程序放在小车里----每个按钮对应的动作,如:上键对应前进)

参赛选手:两个操控手,一个观察手(一场比赛可以三个人比)

·所有的任务都要提前做好,比赛过程中不能更改,可以现场将用到的任务存储到编程里;

·在比赛前要先自己检查好所有的道具,比赛开始后提出异议也没用,比赛过程中不得碰道具;

·赛前拿到排表后快速和联盟队友建立好合作关系,联盟任务不完成自己也不能得分;

——摘自五5班王恺怿同学笔记

一、计划

1-6独立任务,7-8联盟任务,建议前1-2节课内完成任务讲解,3-5节课内完成基本搭建设计,后面进行任务训练,任务训练前讲解各个传感器的使用,要求学生们做好笔记。

二、自动任务

1.尺寸要求(伸展部分也算在内,可物理更改)

2.启动区:底盘部分要在框内,其他可以不在,但是要注意警告。

M01打开节能开关:不得超出虚线(不可判断时,用卡纸判断),否则不得分。方块要沾到白线、车子后退两秒不懂(方块静止两秒不动方得分)、现在车子不后退静止不得分。超声在侧边一个程序前进、超声装在侧边检测到等同一个线停止、直接编好程序切换程序。

M02开启充电站:7月15号可能会公布比赛内容。把开关打到超过90度就得分,之后的角度是怎样都可以。

M03拆除火电站:道具失效(失效后再运行也不得分)、道具可用。

M04拆除烟囱:03和04两选一

M05检测道路施工:测到第一块的方开始计分得分。在卡纸上显示可以、没在卡纸上显示也可以(在下一块卡之前就可以)2s

M06障碍:完全离开圆圈,保持2s

M07垃圾分类:联盟任务中只有07任务可以协助对方任务完成,植树不可以。

M08植树造林

M09家园派对(3秒内不可以完全离开)

三、手动任务联盟

M10:回收生活垃圾。

1、操作手:没有完全进入不得分。

2、观察手:堆叠

3、注意不要犯规。

四、编程。

1、舵机的传感器一般连在3和4;断电之后再拔插,车子里的程序才会相对稳定;螺丝尽量不要和接触上。

2、巡线一般接在1上,灵敏度0.0-1

3、超声

4、颜色传感器:尽量装在1.2cm左右。

5、可以融入时间,文件只有一个文件,但是一个文件里可以放多个子程序。

6、手动部分的编程不要执行永久执行。摇杆中一个控制前进后退一个控制左右,或者用十字。

——摘自韩晟杰老师备课笔记

本节课解决了我之前的一些问题:

1、编程中的程序之间的切换以及切换的一些小技巧。

2、巡线的测值方法;

3、面板的使用;

4、地图上的一些注意点,特别是比赛过程中道具的相关扣分注意点。

5、搭建的注意小细节。

6、规则中一些BUG。

接下来的计划:

1. 认识RGB巡线传感器,了解每一个探头的状态,完成T型、L型、Y型路口的判断。

2. 认识颜色传感器,能结合判断语句完成颜色检测。

3. 认识超声波传感器,熟悉超声波传感器检测障碍物的程序。

4. 认识9g小舵机,然后尝试去做一个迷你机械臂。

5. 认识表情面板,可以用表情面板去看一些传感器的数据。

——摘自五10班沈睿轩同学笔记

训练建议:

1.  先把手动的任务给完成,相对简单,选择适合自己的操控方式。

2.  再把家园派对任务给完成,最简单,唱歌跳舞程序;

3.  做出机器人巡线程序,路口判断,不同路口不同状态不同动作。进行练习和熟悉。熟悉16种路口状态:0000、1001、0001等等;

4.  根据不同任务,来确定机器的搭建形状,例如,颜色检测任务,那么就去搭建颜色检测部分。如果需要推方块,要思考小车前面推方块结构件;

5.  因为比赛可以无限重启,所以,可以一个任务一个任务的做,但是有些任务可以连起来做,因为有白色的引导线。比如颜色检测可以和拆除烟囱结合在一起做;

6.  机械臂的训练,一定要明确你做的机械臂是用来完成什么任务动作,因为涉及到不同方向;

7.  程序切换。程序切换可以用主控板上的板载按钮,用变量累加的形式,也可以用计时器,分不同时间段的形式,1-2s  2-3s等等;

——摘自华旭老师备课笔记

四、教学成果及获奖情况

虽然机器人教学在我校正式开展不足两年,但我校积极参与各项各级比赛,在社团师生的共同努力下也种得累累硕果:

序号

项目

姓名

奖次

IRM足球

张皓轩、周亿豪

三等奖

IRM冰壶

徐海峰、陈烨霖

二等奖

MakeX守护家园

王恺怿、顾浩然

三等奖

MakeX守护家园

沈睿轩、支婧靖

三等奖

MakeX守护家园

徐梓焱、曹嘉辰

三等奖

超级轨迹

彭昊扬、陆彦廷

一等奖

超级轨迹

徐家煜、费君瑜

二等奖

超级轨迹

樊旭洋、田轩铜

三等奖

机器人创意编程

陈嘉伟、邓茗洋

三等奖

10

机器人创意编程

祖逸、闫舒涵、高悦芊

三等奖

11

蓝桥杯市赛

王恺怿

一等奖

12

蓝桥杯市赛

曹嘉辰

一等奖

13

蓝桥杯市赛

陆彦廷

二等奖

14

蓝桥杯市赛

彭昊扬

二等奖

15

蓝桥杯市赛

邹凯翔

三等奖

16

蓝桥杯省赛

曹嘉辰

一等奖

17

蓝桥杯省赛

邹凯翔

二等奖

18

蓝桥杯省赛

王恺怿

三等奖

19

蓝桥杯省赛

陆彦廷

三等奖

五、推广情况

2020年六一儿童节,由苏州市委宣传部、市文明办、市教育局、团市委、市少工委联合开展的“红领巾相约2035 争做新时代好少年”庆祝“六一”国际儿童节主题队日活动在苏州市枫桥中心小学隆重举行。江苏省委常委、苏州市委书记蓝绍敏,苏州市委副书记、市长李亚平等市、区、街道领导来到学校,亲切看望少先队员并与他们共庆“六一”。

“创意Robot社”的成员们作为学校社团代表,向大家展示了自己的作品,介绍了社团的特色与成果。展位上的3D打印机和各式各样炫酷的机器人,展现了枫小学子对科技未来的向往。

THE END
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