目 录 目 录 机 器 人 课 程 计 划 简 介... 3 第 1 课 - 拼 砌 和 安 装... 4 第 2 课 - 曲 线 移 动... 6 第 3 课 - 移 动 物 体... 8 第 4 课 - 在 某 个 物 体 处 停 止.... 10 第 5 课 - 在 一 定 角 度 后 停 止

机器人课程 计划简介 使用 EV3 机器人 编程应用程序 LEGOeducation.com/MINDSTORMS πr

目 录 目 录 机 器 人 课 程 计 划 简 介... 3 第 1 课 - 拼 砌 和 安 装... 4 第 2 课 - 曲 线 移 动... 6 第 3 课 - 移 动 物 体... 8 第 4 课 - 在 某 个 物 体 处 停 止.... 10 第 5 课 - 在 一 定 角 度 后 停 止... 13 第 6 课 - 在 线 条 上 停 止... 16 第 7 课 - 沿 线 前 进... 18 精 通 挑 战 1 - 转 盘 挑 战... 20 精 通 挑 战 2 - 乐 高 工 厂 机 器 人 挑 战... 22 设 计 纲 要 挑 战... 24 相 关 标 准... 25 附 录 A.... 29 附 录 B.... 30 附 录 C... 31 附 录 D.... 32 2

简 介 机 器 人 课 程 计 划 简 介 该 课 程 计 划 提 供 给 教 师, 是 步 骤 循 序 渐 进 地 说 明 了 如 何 在 基 于 课 堂 的 课 程 中 使 用 EV3 机 器 人 编 程 应 用 程 序 每 一 课 程 和 挑 战 都 将 为 您 提 供 准 备 运 行 和 评 估 课 堂 所 需 的 帮 助 您 可 自 行 选 择 在 机 器 人 课 程 中 将 要 使 用 的 额 外 任 务 及 其 数 量 与 教 程 相 比, 在 设 计 纲 要 挑 战 部 分 中 提 供 了 一 系 列 开 放 式 创 意, 这 些 创 意 所 带 来 的 方 法 更 具 探 索 性 您 可 通 过 以 下 两 种 方 式 开 始 您 的 课 程 : 注 重 于 设 计 纲 要 挑 战, 使 学 生 了 解 他 们 可 从 帮 助 文 本 中 的 哪 些 教 程 和 部 分 获 取 帮 助 汲 取 灵 感 ; 或 者 在 使 用 教 程 完 成 结 构 化 入 门 后 再 进 行 设 计 纲 要 挑 战 开 始 第 一 课 之 前 如 果 您 之 前 未 使 用 过 乐 高 头 脑 风 暴 教 育 EV3 机 器 人, 请 确 保 已 完 成 以 下 事 项 : 1. 每 台 平 板 电 脑 均 已 配 置 预 安 装 版 本 的 乐 高 头 脑 风 暴 教 育 EV3 机 器 人 编 程 应 用 程 序 2. 每 个 EV3 程 序 块 都 具 有 最 新 固 件 且 已 充 满 电 安 装 固 件 的 条 件 是 拥 有 桌 面 版 本 的 EV3 机 器 人 软 件 有 关 详 细 说 明, 请 参 阅 用 户 指 南 ( 可 通 过 菜 单 访 问 ) 固 件 更 新 3. 在 课 堂 中 通 过 蓝 牙 连 接 平 板 电 脑 和 EV3 程 序 块 之 前, 我 们 建 议 重 命 名 每 个 EV3 程 序 块 可 通 过 以 下 两 种 方 法 完 成 此 操 作 : a. 使 用 USB 数 据 线 通 过 桌 面 EV3 机 器 人 软 件 更 新 名 称 b. 将 固 件 更 新 至 V1.07E 或 更 高 版 本, 然 后 通 过 EV3 程 序 块 设 置 区 域 更 改 名 称 ( 请 参 阅 用 户 指 南 获 取 帮 助 ) 4. 通 过 菜 单 浏 览 快 速 入 门 视 频 您 可 能 希 望 学 生 了 解 名 称 和 程 序 块 套 装 中 各 个 元 件 的 功 能 讨 论 核 心 硬 件 组 件 的 命 名 和 基 本 功 能, 并 建 立 一 组 程 序 块 管 理 规 则 用 户 指 南 中 包 括 一 份 45544 乐 高 头 脑 风 暴 教 育 EV3 机 器 人 核 心 组 合 元 件 列 表 的 副 本 与 乐 高 头 脑 风 暴 EV3 机 器 人 硬 件 相 关 的 所 有 内 容 均 可 在 用 户 指 南 中 找 到 3

第 1 课 第 1 课 - 拼 砌 和 设 置 目 标 完 成 此 课 程 后, 学 生 将 具 备 以 下 能 力 : 拼 砌 驱 动 基 座 将 平 板 电 脑 连 接 到 EV3 程 序 块 下 载 和 运 行 控 制 机 器 人 行 为 的 程 序 持 续 时 间 90 到 135 分 钟 准 备 了 解 将 平 板 电 脑 连 接 到 EV3 程 序 块 的 过 程 观 看 快 速 入 门 视 频 以 供 指 导 将 2-3 名 学 生 编 为 一 组, 向 每 组 分 发 一 份 EV3 核 心 组 合 和 一 台 安 装 了 EV3 机 器 人 编 程 应 用 程 序 的 平 板 电 脑 可 选 : 硬 纸 板 纺 织 品 和 其 他 用 于 个 性 化 机 器 人 的 材 料 步 骤 1. 学 生 使 用 拼 砌 说 明 手 册 (45544 核 心 组 合 套 件 ) 或 整 合 在 应 用 程 序 中 的 拼 砌 说 明 ( 通 过 每 个 教 程 第 2 页 上 的 按 钮 ) 拼 砌 机 器 人 教 师 驱 动 基 座 可 选 : 让 学 生 使 用 其 他 乐 高 元 件 和 材 料 对 机 器 人 进 行 个 性 化, 这 样 能 够 有 效 教 育 学 生 妥 善 利 用 机 器 人 通 过 这 种 方 法, 学 生 会 将 机 器 人 当 作 小 狗 小 象 甚 至 幻 想 中 的 生 物 2. 在 课 堂 上, 将 平 板 电 脑 连 接 到 EV3 程 序 块 并 运 行 首 个 程 序, 或 指 导 学 生 观 看 快 速 入 门 视 频, 该 视 频 将 指 导 学 生 连 接 设 备 3. 学 生 使 用 编 程 应 用 程 序 执 行 简 单 程 序 a. 使 其 机 器 人 播 放 一 段 该 生 物 所 发 出 的 声 音 ; 4

第 1 课 b. 使 其 机 器 人 在 EV3 程 序 块 显 示 屏 中 显 示 一 张 图 像 或 其 自 建 文 本 ; 以 及 c. 使 其 机 器 人 的 程 序 块 状 态 灯 闪 烁 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 遵 循 拼 砌 说 明 成 功 构 建 驱 动 基 座 ; 连 接 和 下 载 程 序 ; 努 力 创 建 或 运 行 简 单 程 序 ; 以 及 合 作 完 成 任 务 5

第 2 课 第 2 课 - 曲 线 移 动 目 标 完 成 此 课 程 后, 学 生 将 能 够 操 纵 机 器 人 绕 障 碍 物 跑 道 移 动 通 过 选 择 正 确 的 编 程 模 块 并 设 置 其 参 数, 学 生 将 了 解 如 何 和 何 时 使 用 点 转 向 单 一 电 机 转 向 和 弧 线 转 向 持 续 时 间 90 到 135 分 钟 准 备 任 务 5b 中 学 生 需 要 使 用 橡 皮 筋 将 钢 笔 固 定 在 机 器 人 上 任 务 5c 中 您 需 要 在 地 面 上 准 备 一 个 障 碍 物 跑 道 您 可 以 使 用 大 纸 张 和 记 号 笔 或 在 地 面 上 粘 贴 胶 带 ( 请 参 阅 下 面 插 图 ) 步 骤 1. 将 学 生 指 引 到 EV3 机 器 人 编 程 应 用 程 序 的 大 厅 学 生 需 要 了 解 给 定 机 器 人 教 师 教 程 的 位 置 及 其 打 开 方 式 通 过 教 程 展 示 流 程, 确 保 学 生 了 解 教 程 及 编 程 画 布 和 硬 件 页 面 ( 另 请 参 阅 快 速 入 门 视 频 ) 2. 学 生 完 成 曲 线 移 动 教 程, 该 教 程 介 绍 移 动 转 向 模 块 3. 在 测 试 阶 段 中, 学 生 将 打 开 示 例 程 序 ( 该 操 作 将 关 闭 当 前 教 程 ) 确 保 每 一 组 都 使 用 其 自 己 的 语 言 来 描 述 运 行 所 提 供 示 例 程 序 时 机 器 人 的 行 为 这 可 鼓 励 学 生 思 考 其 所 看 见 的 内 容 及 其 与 编 程 模 块 之 间 的 关 系 他 们 可 使 用 画 布 上 的 注 释 框 为 学 生 提 供 以 下 示 例 程 序 : 机 器 人 行 为 描 述 示 例 : 机 器 人 首 先 进 行 点 转 向, 然 后 进 行 单 一 电 机 转 向, 最 后 进 行 弧 线 转 向 每 个 动 作 之 间 均 有 停 顿 间 隔, 这 使 机 器 人 在 执 行 下 一 动 作 前 确 保 已 完 成 上 一 动 作 6

第 2 课 4. 学 生 解 决 修 改 任 务 时 需 面 临 向 程 序 添 加 三 个 移 动 转 向 模 块, 以 使 机 器 人 向 后 驱 动, 按 照 同 一 路 径 返 回 到 起 始 位 置 的 挑 战 5. 课 程 挑 战 构 思 : a. 对 机 器 人 进 行 编 程 以 使 其 沿 数 字 8 或 您 名 字 首 字 母 ( 或 其 他 字 母 或 数 字 ) 的 轨 迹 移 动 b. 将 钢 笔 固 定 在 机 器 人 上, 然 后 对 其 进 行 编 程, 以 使 其 绘 制 出 三 叶 草 形 心 形 花 形 或 其 他 形 状 c. 为 使 学 生 了 解 何 时 使 用 何 种 转 向 类 型 ( 点 转 向 单 一 电 机 转 向 或 弧 线 转 向 ), 可 创 造 需 要 不 同 转 向 方 法 的 障 碍 物 跑 道 ( 请 参 阅 以 下 插 图 和 / 或 附 录 A) 学 生 所 编 写 的 程 序 必 须 能 够 使 机 器 人 的 左 轮 沿 路 径 移 动, 并 在 停 止 区 域 内 停 止 机 器 人 此 路 径 的 第 一 部 分 使 用 弧 线 转 向, 然 后 使 用 90 度 转 向 的 单 一 电 机 转 向, 最 终, 在 将 机 器 人 倒 回 到 停 止 区 域 前 还 有 一 个 点 转 向 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 将 转 向 参 数 值 设 置 为 50 以 进 行 单 一 电 机 转 向 ; 将 转 向 参 数 值 设 置 为 100 或 -100 以 进 行 点 转 向 ; 尽 可 能 详 细 描 述 程 序 带 动 的 机 器 人 行 为 ; 对 于 课 程 挑 战 a. 可 沿 选 定 形 状 的 轨 迹 移 动 ; b. 可 将 钢 笔 固 定 在 机 器 人 上 以 使 机 器 人 绘 制 出 正 确 形 状 ; c. 可 通 过 选 择 正 确 的 转 向 类 型 使 机 器 人 沿 路 径 移 动 ; 合 作 完 成 任 务 7

第 3 课 第 3 课 - 移 动 物 体 目 标 完 成 此 课 程 后, 学 生 将 能 够 对 其 机 器 人 进 行 编 程, 以 使 机 器 人 能 够 移 动 和 释 放 不 同 形 状 和 尺 寸 的 物 体 持 续 时 间 90 到 135 分 钟 准 备 找 到 形 状 和 尺 寸 不 同 的 若 干 物 体, 无 论 能 否 装 进 中 型 电 机 模 块 均 可 如 果 尚 未 制 作 障 碍 物 跑 道, 在 课 程 挑 战 中 需 要 在 地 面 上 准 备 一 个 障 碍 物 跑 道 您 可 使 用 大 纸 张 记 号 笔 或 胶 带 ( 请 参 阅 下 面 插 图 ) 步 骤 1. 学 生 拼 砌 中 型 电 机 模 块, 并 将 其 固 定 在 驱 动 基 座 上 2. 学 生 拼 砌 长 方 体 3. 学 生 完 成 移 动 物 体 教 程, 并 了 解 如 何 使 用 中 型 电 机 模 块 抓 住 长 方 体 4. 在 测 试 阶 段 中, 学 生 将 打 开 示 例 程 序 ( 该 操 作 将 关 闭 当 前 教 程 ) 确 保 每 一 组 都 使 用 其 自 己 的 语 言 来 描 述 运 行 所 提 供 示 例 程 序 时 机 器 人 的 行 为 这 可 鼓 励 学 生 思 考 其 所 看 见 的 内 容 及 其 与 编 程 模 块 之 间 的 关 系 他 们 可 使 用 画 布 上 的 注 释 框 为 学 生 提 供 了 以 下 示 例 程 序 : 机 器 人 行 为 描 述 示 例 : 使 用 中 型 电 机 模 块, 机 器 人 降 低 框 架 并 抓 住 长 方 体 然 后 在 其 提 升 框 架 释 放 长 方 体 之 前 转 向 5. 学 生 完 成 修 改 任 务 其 他 形 状 和 尺 寸 的 物 体 可 使 学 生 面 临 更 多 挑 战, 例 如, 为 使 机 器 人 能 够 抓 住 不 同 物 体 而 修 改 其 程 序 或 对 中 型 电 机 模 块 进 行 更 改 修 改 程 序 时, 为 适 应 物 体 的 不 同 尺 寸, 学 生 必 须 更 改 中 型 电 机 转 向 的 度 数 注 意 : 修 改 中 型 电 机 模 块 之 前 请 注 意, 第 4 课 和 精 通 挑 战 2 中 也 需 要 中 型 电 机 模 块 8

第 3 课 6. 课 程 挑 战 : 在 第 2 课 的 可 选 挑 战 中, 添 加 从 预 定 起 始 位 置 和 最 终 位 置 之 间 ( 请 参 阅 以 下 插 图 和 / 或 附 录 A) 移 动 长 方 体 ( 或 其 他 物 体 ) 一 项 针 对 其 他 挑 战, 学 生 也 可 使 用 超 声 波 传 感 器 帮 助 检 测 长 方 体 ( 请 参 阅 第 4 课 获 取 详 细 信 息 ) 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 使 用 机 器 人 成 功 抓 住 长 方 体 ; 尽 可 能 详 细 描 述 程 序 带 动 的 机 器 人 行 为 ; 修 改 机 器 人 以 抓 住 其 他 物 体 ; 在 课 堂 挑 战 中, 抓 住 长 方 体 并 将 其 准 确 放 在 预 定 的 最 终 位 置 处 ; 合 作 完 成 任 务 9

第 4 课 第 4 课 - 在 某 个 物 体 处 停 止 目 标 完 成 此 课 程 后, 学 生 将 了 解 各 种 EV3 第 三 代 机 器 人 传 感 器 更 改 模 式 和 比 较 模 式 之 间 的 差 异 本 特 别 课 程 旨 在 介 绍 超 声 波 传 感 器 持 续 时 间 90 到 135 分 钟 准 备 确 保 您 了 解 更 改 模 式 和 比 较 模 式 之 间 的 差 异 如 果 使 用 比 较 模 式, 程 序 将 等 待 传 感 器 待 读 取 的 特 定 距 离 ; 如 果 使 用 更 改 模 式, 程 序 则 将 先 读 取 距 离, 然 后 再 等 待 特 定 的 距 离 提 升 或 下 降 如 果 尚 未 制 作 障 碍 物 跑 道, 在 课 程 挑 战 中 需 要 在 地 面 上 准 备 一 个 障 碍 物 跑 道 您 可 使 用 大 纸 张 记 号 笔 或 胶 带 ( 请 参 阅 下 面 插 图 ) 步 骤 1. 学 生 拼 砌 超 声 波 传 感 器 模 块, 然 后 将 其 固 定 在 驱 动 基 座 上 2. 学 生 完 成 在 某 个 物 体 处 停 止 教 程, 在 该 教 程 中, 学 生 将 学 习 超 声 波 传 感 器 测 量 到 物 体 的 距 离 了 解 这 点 后, 学 生 可 为 机 器 人 编 程, 使 其 对 检 测 到 的 物 体 做 出 反 应 3. 在 测 试 阶 段 中, 学 生 将 打 开 示 例 程 序 ( 该 操 作 将 关 闭 当 前 教 程 ) 确 保 每 一 组 都 使 用 其 自 己 的 语 言 来 描 述 运 行 所 提 供 示 例 程 序 时 机 器 人 的 行 为 这 可 鼓 励 学 生 思 考 其 所 看 见 的 内 容 及 其 与 编 程 模 块 之 间 的 关 系 他 们 可 使 用 画 布 上 的 注 释 框 为 学 生 提 供 以 下 示 例 程 序 : 机 器 人 行 为 描 述 示 例 : 使 用 超 声 波 传 感 器 测 量 距 离, 机 器 人 向 前 移 动, 直 至 其 检 测 到 与 长 方 体 的 距 离 低 于 11 厘 米 时 停 止 随 后, 机 器 人 转 向 运 动, 直 至 其 检 测 到 距 长 方 体 的 距 离 大 于 6 厘 米 时 停 止 10

第 4 课 4. 学 生 也 完 成 修 改 任 务 学 生 应 了 解 到, 无 论 与 长 方 体 的 起 始 距 离 如 何, 机 器 人 始 终 先 向 前 移 动 11 厘 米, 然 后 向 后 移 动 6 厘 米, 这 是 超 声 波 传 感 器 更 改 模 式 的 基 本 原 理 5. 课 程 挑 战 构 思 : 学 生 固 定 中 型 电 机 模 块 并 抓 住 长 方 体 ( 请 参 阅 以 下 插 图 和 / 或 附 录 A) 提 醒 学 生 使 用 等 待 模 块 的 超 声 波 传 感 器 - 比 较 模 式, 以 便 机 器 人 移 动 至 足 够 接 近 长 方 体 的 位 置 可 使 用 以 下 场 景 : a. 长 方 体 在 位 置 1 处 机 器 人 在 起 始 位 置 使 机 器 人 将 长 方 体 移 动 到 位 置 2 处 后 返 回 至 起 始 位 置 b. 长 方 体 在 位 置 1 处 机 器 人 在 起 始 位 置 使 机 器 人 将 长 方 体 移 动 到 位 置 3 处 后 停 止 在 位 置 4 处 c. 长 方 体 在 位 置 3 处 机 器 人 在 位 置 4 处 开 始 移 动 使 机 器 人 沿 路 径 将 长 方 体 移 动 到 位 置 1 处 更 改 模 式 : 比 较 模 式 : 11

第 4 课 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 可 使 用 超 声 波 传 感 器 检 测 长 方 体 ; 尽 可 能 详 细 描 述 程 序 带 动 的 机 器 人 行 为 ; 了 解 在 修 改 任 务 中, 无 论 与 长 方 体 的 起 始 距 离 如 何, 机 器 人 始 终 先 向 前 移 动 11 厘 米, 然 后 后 退 6 厘 米 对 于 课 程 挑 战 a. 可 在 位 置 1 处 检 测 并 抓 住 长 方 体, 沿 路 径 移 动, 随 后 在 位 置 2 处 释 放 长 方 体, 最 后 使 机 器 人 转 向 返 回 到 起 始 位 置 处 ; b. 可 将 长 方 体 从 位 置 1 处 正 确 移 动 到 位 置 3 处, 并 在 位 置 4 处 停 止 机 器 人 ; c. 可 将 长 方 体 从 位 置 3 处 正 确 移 动 到 位 置 1 处 ; 合 作 完 成 任 务 12

第 5 课 第 5 课 - 在 一 定 角 度 后 停 止 目 标 完 成 此 课 程 后, 学 生 将 能 够 根 据 在 陀 螺 仪 传 感 器 中 输 入 的 内 容 旋 转 其 机 器 人 持 续 时 间 90 到 135 分 钟 准 备 熟 悉 陀 螺 仪 传 感 器, 确 保 可 检 测 到 其 偏 移, 并 了 解 如 何 修 正 用 户 指 南 中 的 陀 螺 仪 传 感 器 一 节 将 助 您 了 解 此 传 感 器 下 述 步 骤 第 4 步 也 将 涉 及 此 主 题 学 生 可 使 用 胶 带 和 量 角 器 在 地 面 上 绘 制 不 同 的 角 度, 从 而 验 证 其 机 器 人 的 转 弯 角 度 任 务 5a 和 5b 中 学 生 需 要 使 用 橡 皮 筋 来 将 钢 笔 固 定 在 机 器 人 上 任 务 5c 中 您 需 要 在 地 面 上 准 备 一 个 迷 宫 您 可 使 用 大 纸 张 物 体 记 号 笔 或 胶 带 ( 请 参 阅 下 面 插 图 ) 步 骤 1. 学 生 拼 砌 陀 螺 仪 传 感 器 模 块, 然 后 将 其 固 定 在 驱 动 基 座 上 2. 学 生 完 成 在 一 定 角 度 后 停 止 教 程 后 可 根 据 陀 螺 仪 传 感 器 上 的 角 度 读 数 使 机 器 人 转 动 45 度 3. 在 测 试 阶 段 中, 学 生 将 打 开 示 例 程 序 ( 该 操 作 将 关 闭 当 前 教 程 ) 确 保 每 一 组 都 使 用 其 自 己 的 语 言 来 描 述 运 行 所 提 供 示 例 程 序 时 机 器 人 的 行 为 这 可 鼓 励 学 生 思 考 其 所 看 见 的 内 容 及 其 与 编 程 模 块 之 间 的 关 系 他 们 可 使 用 画 布 上 的 注 释 框 为 学 生 提 供 以 下 示 例 程 序 : 机 器 人 行 为 描 述 示 例 : 使 用 陀 螺 仪 传 感 器 测 量 旋 转 角 度, 机 器 人 进 行 点 转 向, 直 至 其 检 测 到 角 度 大 于 45 度 随 后 机 器 人 在 向 前 驱 动 转 动 一 圈 后 停 止 13

第 5 课 4. 排 除 问 题 : 教 程 中 的 排 除 问 题 注 释 有 助 于 帮 助 学 生 理 解 如 何 避 免 陀 螺 仪 传 感 器 偏 移 使 用 EV3 程 序 块 Port View 应 用 程 序 检 查 传 感 器 读 数 由 于 陀 螺 仪 传 感 器 具 有 +/- 3 度 的 容 差, 因 此, 应 在 程 序 中 考 虑 到 对 其 进 行 补 偿 ( 例 如, 如 果 要 进 行 90 度 的 转 向, 那 么 可 能 需 要 将 等 待 模 块 的 陀 螺 仪 传 感 器 - 更 改 - 角 度 模 式 的 阈 值 设 置 为 87 度 ) 5. 在 修 改 任 务 中, 您 可 能 想 要 向 学 生 采 用 循 环 模 块, 以 此 减 少 需 要 在 方 形 中 驱 动 的 模 块 数 量 但 是, 请 留 给 学 生 足 够 的 时 间 使 其 自 行 解 决 问 题 建 议 程 序 : 14

第 5 课 6. 课 程 挑 战 构 思 : a. 将 钢 笔 固 定 在 机 器 人 上 使 用 陀 螺 仪 传 感 器 进 行 编 程, 使 机 器 人 绘 制 字 母 Z b. 将 钢 笔 固 定 在 机 器 人 上 使 用 陀 螺 仪 传 感 器 进 行 编 程, 使 机 器 人 绘 制 出 星 形 ( 由 五 个 相 等 角 度 组 成 ) 然 后, 尝 试 加 大 角 度 或 减 小 角 度 形 状 如 何 改 变? c. 让 学 生 努 力 通 过 陀 螺 仪 传 感 器 来 使 其 机 器 人 在 迷 宫 中 导 航 ( 请 参 阅 以 下 插 图 和 / 或 附 录 B) 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 可 识 别 在 使 用 陀 螺 仪 传 感 器 时 可 能 影 响 停 止 精 度 的 因 素 ( 传 感 器 容 差 电 机 迟 滞 和 旋 转 动 量 ); 尽 可 能 详 细 描 述 程 序 带 动 的 机 器 人 行 为 ; 在 修 改 任 务 中, 可 根 据 陀 螺 仪 传 感 器 中 的 输 入 内 容 在 方 形 中 驱 动 机 器 人 ; 对 于 课 程 挑 战 a. 完 全 或 部 分 绘 制 出 字 母 Z ; b. 完 全 或 部 分 绘 制 出 五 个 角 度 相 同 的 星 形 ; c. 在 迷 宫 中 完 全 或 部 分 导 航 其 机 器 人 ; 以 及 合 作 完 成 任 务 15

第 6 课 第 6 课 - 在 线 条 上 停 止 目 标 完 成 此 课 程 后, 学 生 将 可 以 使 用 颜 色 传 感 器 在 检 测 到 线 条 时 停 止 机 器 人 学 生 也 将 具 备 设 置 传 感 器 阈 值 的 能 力 持 续 时 间 90 到 135 分 钟 准 备 向 学 生 提 供 颜 色 不 同 的 纸 张 和 胶 带 执 行 以 下 操 作 以 测 试 颜 色 传 感 器 是 否 可 正 确 读 取 选 定 材 料 : 1. 打 开 EV3 程 序 块, 并 将 颜 色 传 感 器 连 接 到 端 口 3 处 2. 导 航 至 Port View 应 用 程 序 并 将 其 打 开 3. 使 用 右 按 钮 导 航 至 端 口 3 4. 所 显 示 的 值 为 反 射 光 线 强 度 (COL-REFLECT) 按 中 按 钮 更 改 模 式 5. 向 下 拉 所 显 示 的 列 表, 选 择 颜 色 模 式 (COL-COLOR), 然 后 将 传 感 器 指 向 颜 色 各 异 的 材 料 所 显 示 的 值 等 于 以 下 颜 色 :0: 无 颜 色 1: 黑 色 2: 蓝 色 3: 绿 色 4: 黄 色 5: 红 色 6: 白 色 7: 棕 色 6. 如 果 值 与 材 料 颜 色 不 匹 配, 则 需 要 使 用 其 他 材 料 注 意 : 在 处 于 颜 色 模 式 或 反 射 光 强 度 模 式 时, 为 求 最 精 确, 必 须 垂 直 靠 近 传 感 器 - 但 不 能 接 触 到 所 检 测 物 体 的 表 面 步 骤 1. 学 生 拼 砌 颜 色 传 感 器 向 下 模 块, 然 后 将 其 固 定 在 驱 动 基 座 上 2. 学 生 完 成 在 线 条 上 停 止 教 程 后, 可 使 用 颜 色 传 感 器 检 测 蓝 色 线 条 3. 学 生 完 成 修 改 任 务, 在 该 任 务 中, 学 生 将 练 习 检 测 不 同 颜 色 的 线 条 16

第 6 课 4. 在 测 试 阶 段 中, 学 生 将 打 开 示 例 程 序 ( 该 操 作 将 关 闭 当 前 教 程 ) 确 保 每 一 组 都 使 用 其 自 己 的 语 言 来 描 述 运 行 所 提 供 示 例 程 序 时 机 器 人 的 行 为 这 可 鼓 励 学 生 思 考 其 所 看 见 的 内 容 及 其 与 编 程 模 块 之 间 的 关 系 他 们 可 使 用 画 布 上 的 注 释 框 为 学 生 提 供 了 以 下 示 例 程 序 : 机 器 人 行 为 描 述 示 例 : 使 用 颜 色 传 感 器 测 量 颜 色, 机 器 人 在 检 测 到 蓝 色 时 转 向, 然 后 停 止 5. 课 程 挑 战 : 让 学 生 找 出 无 颜 色 参 数 是 什 么 ( 如 果 颜 色 传 感 器 无 法 检 测 到 与 任 意 预 定 颜 色 匹 配 的 颜 色, 该 参 数 将 使 机 器 人 产 生 反 应 ) 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 通 过 更 改 等 待 模 块 的 颜 色 传 感 器 - 比 较 - 颜 色 模 式 的 颜 色 集 合 参 数 使 机 器 人 在 颜 色 不 同 的 线 处 停 止 ; 尽 可 能 详 细 描 述 程 序 带 动 的 机 器 人 行 为 ; 在 课 程 挑 战 中, 可 以 解 释 无 颜 色 的 功 能 ; 合 作 完 成 任 务 17

第 7 课 第 7 课 - 沿 线 前 进 目 标 完 成 此 课 程 后, 学 生 将 能 够 使 用 切 换 模 块 基 于 动 态 传 感 器 进 行 决 策, 以 便 使 其 机 器 人 沿 线 前 进 持 续 时 间 90 到 135 分 钟 准 备 向 学 生 提 供 黑 色 和 灰 色 胶 带, 制 作 机 器 人 将 要 沿 其 前 进 的 路 径 步 骤 1. 如 果 尚 未 拼 砌, 则 学 生 拼 砌 颜 色 传 感 器 向 下 模 块, 然 后 将 其 固 定 在 驱 动 基 座 上 2. 学 生 完 成 沿 线 前 进 教 程 尽 管 等 待 模 块 也 可 使 机 器 人 沿 线 前 进, 但 是 此 教 程 将 使 用 切 换 模 块, 以 便 向 学 生 介 绍 if/then 语 句 的 抽 象 概 念 3. 在 测 试 阶 段 中, 学 生 将 打 开 示 例 程 序 ( 该 操 作 将 关 闭 当 前 教 程 ) 确 保 每 一 组 都 使 用 其 自 己 的 语 言 来 描 述 运 行 所 提 供 示 例 程 序 时 机 器 人 的 行 为 这 可 鼓 励 学 生 思 考 其 所 看 见 的 内 容 及 其 与 编 程 模 块 之 间 的 关 系 他 们 可 使 用 画 布 上 的 注 释 框 为 学 生 提 供 以 下 示 例 程 序 : 机 器 人 行 为 描 述 示 例 : 机 器 人 沿 线 前 进, 并 使 用 颜 色 传 感 器 在 检 测 到 深 色 线 和 强 光 表 面 反 射 的 亮 度 变 化 时 交 替 切 换 每 个 电 机 的 开 关 状 态 这 就 是 机 器 人 摇 摆 前 进 的 原 因 18

第 7 课 4. 学 生 完 成 修 改 任 务, 该 任 务 可 使 学 生 使 用 颜 色 较 浅 的 线 条 测 试 其 程 序 这 将 使 学 生 面 临 实 验 等 待 模 块 阈 值 参 数 的 挑 战 5. 课 程 挑 战 构 思 : a. 让 学 生 测 试 其 能 使 机 器 人 沿 线 前 进 的 速 度 b. 制 作 线 跟 踪 器 程 序, 让 其 使 用 移 动 转 向 模 块 进 行 弧 线 转 向, 而 不 是 教 程 中 描 述 的 单 一 电 机 急 转 向 c. 教 程 示 例 程 序 使 用 切 换 模 块 创 建 线 跟 踪 器 在 不 使 用 切 换 模 块 的 情 况 下, 其 结 果 是 否 相 同? 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 可 使 机 器 人 沿 线 前 进 ; 尽 可 能 详 细 描 述 程 序 带 动 的 机 器 人 行 为 ; 在 修 改 任 务 中, 更 改 阈 值 参 数 ; 对 于 课 程 挑 战 a. 加 大 一 个 或 两 个 大 型 电 机 模 块 的 功 率 ; b. 完 全 或 部 分 修 改 其 示 例 程 序 以 囊 括 移 动 转 向 模 块 ; c. 使 用 等 待 模 块 完 全 或 部 分 创 建 线 跟 踪 器 ; 合 作 完 成 任 务 19

精 通 挑 战 1 精 通 挑 战 1 - 转 盘 挑 战 目 标 此 精 通 挑 战 的 目 标 在 于 使 学 生 通 过 结 合 使 用 点 转 向 和 传 感 器 来 在 具 有 四 个 车 位 的 转 盘 式 停 车 场 周 围 进 行 导 航 完 成 该 挑 战 后, 学 生 将 能 够 使 用 角 度 预 测 机 器 人 的 最 终 位 置, 并 能 够 对 影 响 陀 螺 仪 传 感 器 和 颜 色 传 感 器 准 确 性 的 因 素 进 行 补 偿 前 提 条 件 学 生 至 少 应 熟 悉 在 线 条 上 停 止 和 在 一 定 角 度 后 停 止 这 两 课 中 所 述 的 颜 色 传 感 器 和 陀 螺 仪 传 感 器 持 续 时 间 90 到 180 分 钟 准 备 要 创 建 下 图 和 / 或 附 录 C 中 所 示 的 挑 战 垫, 学 生 需 要 蓝 色 胶 带 或 蓝 色 纸 张 量 角 器 长 尺 子 铅 笔 和 记 号 笔 20

精 通 挑 战 1 任 务 1. 学 生 使 用 两 个 传 感 器 将 机 器 人 从 中 心 移 动 到 最 终 位 置 1 2 3 和 4 如 果 对 等 待 模 块 的 陀 螺 仪 传 感 器 模 式 使 用 建 议 的 角 度, 则 学 生 应 自 己 复 制 下 列 图 表, 并 尝 试 预 测 机 器 人 将 驱 动 至 哪 个 停 车 位 : 编 程 角 度 预 测 停 车 位 当 前 停 车 位 顺 时 针 45 度 逆 时 针 135 度 逆 时 针 405 度 3 注 意 : 由 于 既 可 以 顺 时 针 旋 转 机 器 人 又 可 以 逆 时 针 旋 转 机 器 人, 因 此 可 能 会 有 多 个 正 确 答 案 2. 使 用 切 换 模 块 创 建 程 序, 使 学 生 可 通 过 按 EV3 程 序 块 按 钮 将 机 器 人 导 航 到 四 个 停 车 位 中 的 一 个 建 议 程 序 : 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 既 使 用 颜 色 传 感 器, 又 使 用 陀 螺 仪 传 感 器 ; 正 确 预 测 将 机 器 人 停 至 每 个 停 车 位 的 所 需 角 度 ; 使 用 蓝 色 线 条 停 止 向 前 运 动 ; 对 使 用 陀 螺 仪 传 感 器 时 可 能 影 响 停 止 精 度 的 因 素 ( 传 感 器 容 差 电 机 迟 滞 和 旋 转 动 量 ) 进 行 补 偿 ; 合 作 完 成 任 务 21

精 通 挑 战 2 精 通 挑 战 2 乐 高 工 厂 机 器 人 挑 战 目 标 此 精 通 挑 战 的 目 的 在 于 简 单 描 绘 乐 高 集 团 所 使 用 的 真 实 机 器 人, 从 而 在 世 界 范 围 内 的 多 个 生 产 设 施 中 实 现 不 同 任 务 的 自 动 化 完 成 此 挑 战 后, 学 生 能 够 将 之 前 课 程 所 学 习 的 知 识 融 合 在 一 起, 从 而 掌 握 机 器 人 的 基 本 知 识 前 提 条 件 建 议 学 生 在 开 始 此 精 通 挑 战 之 前 完 成 全 部 的 七 节 课 程 但 是, 如 果 您 想 使 用 一 种 更 具 探 究 性 的 基 于 项 目 的 方 法, 则 可 以 从 此 项 挑 战 开 始, 在 挑 战 的 同 时 使 学 生 通 过 参 考 课 程 自 己 获 取 帮 助 持 续 时 间 90 到 270 分 钟 准 备 要 创 建 下 图 和 / 或 附 录 D 中 的 路 径, 学 生 需 要 胶 带 记 号 笔 卷 尺 长 方 体 以 及 放 置 在 黑 色 线 条 末 端 的 大 型 物 体 学 生 们 也 需 要 一 个 大 量 角 器 来 测 量 以 下 步 骤 的 角 度 任 务 1. 使 用 中 型 电 机 模 块 和 超 声 波 传 感 器 模 块 检 测 长 方 体 并 将 其 抓 住 2. 驱 动 机 器 人 准 确 向 前 移 动 84 厘 米 3. 使 用 陀 螺 仪 传 感 器 确 定 并 顺 时 针 旋 转 x 度, 以 使 机 器 人 面 向 目 标 圆 圈 4. 尽 可 能 驱 动 至 目 标 中 心, 然 后 释 放 长 方 体 5. 使 用 颜 色 传 感 器 定 位 线 条 为 增 加 学 生 的 挑 战 难 度, 使 用 胶 带 的 颜 色 应 不 同 于 在 线 条 上 停 止 和 沿 线 前 进 教 程 中 所 使 用 的 胶 带 颜 色 6. 使 机 器 人 沿 线 朝 大 型 物 体 前 进 22

精 通 挑 战 2 7. 在 物 体 前 方 停 止 学 生 在 此 处 的 主 要 挑 战 在 于 确 定 停 止 前 机 器 人 应 沿 线 前 进 多 少 距 离 线 条 末 端 的 大 型 物 体 可 让 学 生 使 用 超 声 波 传 感 器 跳 出 线 跟 踪 器 循 环 在 解 决 挑 战 的 过 程 中 也 要 考 虑 时 间 因 素 评 估 观 察 和 / 或 提 出 问 题 以 确 定 学 生 是 否 通 过 以 下 方 式 使 用 七 节 课 程 中 所 学 习 的 知 识 : 了 解 更 改 模 式 和 比 较 模 式 之 间 的 差 异 例 如, 为 达 到 最 佳 结 果, 他 们 在 此 挑 战 中 使 用 等 待 模 块 的 超 声 波 传 感 器 - 比 较 模 式 ; 根 据 轮 子 周 长 计 算 距 离 或 通 过 反 复 试 验 和 失 败 达 到 所 需 的 84 厘 米 ; 通 过 量 角 器 和 陀 螺 仪 传 感 器 估 算 转 向 角 度 ; 计 算 距 离, 然 后 计 算 电 机 旋 转 数 以 接 近 目 标 中 心 ; 对 机 器 人 进 行 编 程, 使 其 在 线 条 处 停 止 ; 沿 线 返 回 ; 在 大 型 物 体 前 方 停 止 ; 合 作 完 成 任 务 23

设 计 纲 要 挑 战 设 计 纲 要 挑 战 并 非 所 有 的 机 器 人 都 使 用 驱 动 基 座! 这 些 设 计 纲 要 挑 战 可 测 试 学 生 根 据 纲 要 拼 砌 和 编 程 其 创 意 作 品, 从 而 提 供 多 元 化 解 决 方 案 的 能 力 与 循 序 渐 进 的 教 程 相 比, 学 生 可 选 择 开 放 性 更 强 的 方 法 您 也 可 通 过 设 计 纲 要 挑 战 评 估 学 生 的 创 造 力 和 合 作 能 力 下 面 列 出 四 种 设 计 纲 要 针 对 每 一 次 挑 战, 您 都 应 考 虑 为 完 成 此 挑 战, 学 生 之 前 应 学 习 多 少 课 程 如 果 学 生 已 完 成 4 堂 45 分 钟 的 课 程, 那 么 他 们 必 须 展 示 个 性 化 的 解 决 方 案, 因 为 他 们 所 具 备 的 能 力 足 以 让 其 更 好 地 管 理 时 间 并 相 应 地 调 整 其 目 标 可 在 开 始 上 课 时 使 用 这 些 设 计 纲 要 挑 战 ; 学 生 可 使 用 教 程 和 帮 助 文 本 作 为 参 考 警 报 系 统 使 用 一 个 或 多 个 传 感 器 对 警 报 系 统 进 行 拼 砌 和 编 程 舞 蹈 机 器 人 通 过 拼 砌 和 编 程, 打 造 一 个 能 随 音 乐 起 舞 的 机 器 人 问 候 机 器 人 通 过 拼 砌 和 编 程, 打 造 一 个 见 面 时 能 主 动 表 示 问 候 的 机 器 人 机 器 人 清 扫 机 通 过 拼 砌 和 编 程, 打 造 一 个 能 将 物 体 清 扫 出 其 路 径 的 机 器 人 24

相 关 标 准 相 关 标 准 通 过 七 节 课 程 两 大 精 通 挑 战 和 设 计 纲 要 挑 战 完 整 地 介 绍 机 器 人 的 相 关 知 识, 以 示 例 形 式 展 示 如 何 在 STEM( 科 学 技 术 工 程 和 数 学 ) 的 环 境 下 使 用 机 器 人 在 课 堂 中 使 用 乐 高 头 脑 风 暴 教 育 EV3 机 器 人 概 念 可 实 现 一 系 列 极 具 价 值 的 学 习 成 果 这 种 学 习 经 历 可 提 升 团 队 合 作 能 力 创 作 力 和 解 决 问 题 的 能 力, 此 外, 学 生 还 将 轻 松 掌 握 使 用 平 板 电 脑 的 方 法, 这 将 有 助 于 他 们 更 快 学 习 编 程 语 言 下 文 将 有 选 择 性 地 概 述 使 用 乐 高 头 脑 风 暴 教 育 EV3 机 器 人 时 所 满 足 或 部 分 满 足 的 标 准 此 列 表 的 内 容 将 随 EV3 机 器 人 在 课 堂 内 的 应 用 范 围 扩 大 而 不 断 增 加 下 一 代 科 学 标 准 框 架 练 习 提 问 开 发 和 使 用 模 型 规 划 和 开 展 调 查 分 析 和 解 释 数 据 使 用 数 学 运 算 信 息 和 计 算 机 技 术 以 及 计 算 思 维 构 造 解 释 和 设 计 解 决 方 案 通 过 证 据 进 行 论 证 获 取 评 估 和 交 流 信 息 跨 领 域 概 念 原 因 和 影 响 : 机 制 和 解 释 结 构 和 功 能 系 统 和 系 统 模 型 核 心 理 念 : 工 程 技 术 和 科 学 应 用 工 程 设 计 运 动 和 稳 定 性 : 力 和 相 互 作 用 能 量 波 及 其 在 信 息 传 输 技 术 中 的 应 用 25

相 关 标 准 计 算 机 科 学 教 师 关 联 计 算 思 维 认 识 到 软 件 是 为 了 控 制 计 算 机 操 作 而 创 建 理 解 基 本 步 骤, 并 在 算 法 解 决 问 题 的 过 程 中 使 用 基 本 步 骤 简 单 了 解 算 法 协 作 使 用 技 术 与 同 伴 教 师 和 他 人 合 作 和 协 作 确 定 团 队 合 作 和 协 作 这 两 种 方 法 有 助 于 解 决 问 题 和 创 新 计 算 实 践 和 编 程 使 用 技 术 资 源 解 决 问 题 和 自 学 将 程 序 构 建 为 一 系 列 循 序 渐 进 的 待 执 行 说 明 使 用 基 于 模 块 的 可 视 化 编 程 语 言 实 施 问 题 解 决 方 案 计 算 机 和 计 算 设 备 使 用 标 准 输 入 设 备 和 输 出 设 备 成 功 操 作 计 算 机 和 相 关 技 术 应 用 策 略 以 识 别 可 能 在 使 用 期 间 出 现 的 硬 件 问 题 和 软 件 问 题 认 识 到 人 类 与 机 器 的 不 同 之 处 认 识 到 计 算 机 模 型 的 智 能 行 为 ( 如 机 器 人 语 音 和 语 言 识 别 以 及 计 算 机 动 画 ) 26

相 关 标 准 ISTE 美 国 国 家 教 育 技 术 标 准 创 造 性 和 创 新 学 生 使 用 技 术 展 示 创 造 性 思 维 构 造 知 识 并 开 发 创 新 产 品 和 流 程 应 用 现 有 知 识 产 生 新 理 念 产 品 或 流 程 使 用 模 型 和 模 拟 探 索 复 杂 系 统 和 问 题 交 流 和 协 作 学 生 使 用 数 字 媒 体 和 环 境 进 行 交 流 和 共 同 协 作 ( 包 括 远 距 离 ), 以 支 持 个 人 学 习 并 有 助 于 他 人 学 习 帮 助 项 目 团 队 创 造 原 创 作 品 或 解 决 问 题 批 判 性 思 维 问 题 解 决 和 决 策 制 定 学 生 采 用 批 判 性 思 维 技 能, 通 过 合 适 的 数 字 工 具 和 资 源 来 规 划 和 进 行 研 究 管 理 项 目 解 决 问 题 以 及 制 定 明 智 决 策 规 划 和 管 理 用 于 开 发 解 决 方 案 或 完 成 项 目 的 活 动 收 集 并 分 析 数 据 以 确 定 解 决 方 案 和 / 或 制 定 明 智 决 策 使 用 多 个 流 程 和 不 同 角 度 探 究 备 用 解 决 方 案 数 字 公 民 对 使 用 有 助 于 协 作 学 习 和 工 作 效 率 的 技 术 表 现 出 积 极 态 度 展 示 个 人 对 终 身 学 习 的 态 度 技 术 操 作 和 概 念 学 生 表 现 出 对 技 术 概 念 系 统 和 操 作 的 充 分 了 解 了 解 和 使 用 技 术 系 统 有 效 且 高 效 地 选 择 和 使 用 应 用 程 序 对 系 统 和 应 用 程 序 排 除 问 题 将 当 前 知 识 转 化 为 对 新 技 术 的 学 习 针 对 技 术 素 养 的 ITEEA 标 准 技 术 的 本 质 学 生 将 深 入 了 解 技 术 特 征 和 范 围 学 生 将 深 入 了 解 技 术 核 心 概 念 设 计 学 生 将 深 入 了 解 设 计 的 属 性 学 生 将 深 入 了 解 工 程 设 计 学 生 将 深 入 了 解 问 题 排 除 研 究 和 开 发 发 明 和 创 新 以 及 实 验 在 问 题 解 决 中 扮 演 的 角 色 针 对 技 术 世 界 的 能 力 学 生 将 培 养 应 用 设 计 流 程 的 能 力 学 生 将 培 养 使 用 与 维 护 技 术 产 品 和 系 统 的 能 力 27

相 关 标 准 通 用 核 心 数 学 标 准 练 习 理 解 问 题 并 坚 持 解 决 这 些 问 题 以 抽 象 和 定 量 方 式 推 理 构 建 可 行 的 论 证 和 评 判 他 人 的 推 理 关 注 精 度 寻 找 并 使 用 结 构 在 反 复 推 理 中 寻 找 并 阐 述 规 律 性 使 用 数 学 方 法 建 模 策 略 性 地 使 用 合 适 的 工 具 表 达 式 和 方 程 式 使 用 数 字 和 代 数 表 达 式 与 方 程 式 解 决 实 际 问 题 和 数 学 问 题 几 何 学 解 决 涉 及 角 度 测 量 面 积 表 面 积 和 体 积 的 实 际 问 题 和 数 学 问 题 共 同 核 心 英 语 语 言 艺 术 阅 读 科 学 和 技 术 主 题 的 素 养 标 准 在 进 行 实 验 测 量 或 技 术 任 务 时, 准 确 遵 循 多 步 骤 过 程 确 定 符 号 关 键 术 语 和 其 他 特 定 领 域 词 汇 和 短 语 的 含 义, 因 为 在 6 到 8 年 级 的 文 本 或 主 题 中 针 对 特 定 科 学 或 技 术 使 用 了 这 些 内 容 说 明 文 阅 读 标 准 利 用 多 个 打 印 来 源 或 数 字 来 源 的 信 息, 展 示 快 速 定 位 答 案 的 能 力 和 有 效 解 决 问 题 的 能 力 听 说 标 准 围 绕 主 题 文 本 和 问 题, 与 多 个 伙 伴 一 起 高 效 参 与 各 种 合 作 讨 论 ( 一 对 一 分 组 或 者 教 师 指 导 ), 以 其 他 人 的 创 意 为 基 础 并 清 楚 地 表 述 28

附 录 A 29

附 录 B 30

附 录 C 31

附 录 D 32