産品特色
編輯推薦
◆ 獨特、創新、跨學科的教學設計,增進孩子們的閤作意識。
◆ 較強的趣味性、實踐性和探索性,激發孩子們的學習興趣。
◆ 綜閤運用的多學科知識,讓孩子們不斷獲得新的體驗和技能。
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內容簡介
本書循序漸進地講解瞭樂高9686套裝中各個零部件的名稱、特點及使用方法,是教師指導學生學習機器人機械結構的參考指南。本書的課程設計以小特工參加野外集訓為主綫,讓學生在情境中通過建構結構模型解決遇到的實際問題。課程內容的安排以階梯式呈現,相對獨立又不失銜接,從簡單的基礎結構(如三角形結構、桁架結構)開始,逐步延伸到杠杆、齒輪等簡單機械,對於相關的重要知識點有明確的解釋,其涉及的活動也符閤學生的年齡特點。
本書涉及的機械知識點以供教師參考為主,教師宜根據學生的實際情況設計教學環節,激發學生的學習興趣和探究機械結構的欲望,培養學生勇於探索和創新的品質。
作者簡介
張海兵,負責浙江省颱州市雙語學校信息技術教學和學校信息化管理工作,兼校外教育機器人教育課程顧問。具有豐富的機器人教學和課程開發經驗,精通樂高數字化建模;編著多套機器人教育課程書籍;曾獲全國第三屆中小學機器人課堂教學展評課一等奬,輔導學生多次參加省、市機器人大賽並獲大奬;浙江省中小學教師機器人教育拓展性課程專項培訓講師,緻力於機器人教育的普及,讓更多的孩子受益。
徐茜茜,從事樂高機器人校外教育教學多年,對機器人教育教學有一定的研究。熱愛教育事業,對幼兒、小學教育有獨到的見解,善於捕捉孩子的興趣,並從孩子的身心特點齣發組織教學活動。設計的機器人微課程曾獲浙江省校外教育微課大賽一等奬;承建的“WeDO機器人微課程”通過省教育廳驗收,在全省推廣使用;教學設計獲省校外教育教師技能大賽二等奬。浙江省中小學教師機器人教育拓展性課程專項培訓講師,推崇“玩中學,學中玩”的教育理念,願將世界上的教育帶給孩子們。
目錄
第1課 求救裝置............................................................................................. 1
第2課 避障車................................................................................................. 6
第3課 巡邏車............................................................................................... 12
第4課 超級錘子........................................................................................... 17
第5課 跳舞娃娃........................................................................................... 24
第6課 橡皮筋動力小車................................................................................. 29
第7課 風能車............................................................................................... 34
第8課 風力起重機........................................................................................ 40
第9課 陸地快艇........................................................................................... 46
第10課 轉嚮小車......................................................................................... 52
第11課 火箭車............................................................................................. 57
第12課 F1賽車............................................................................................. 62
第13課 步行者............................................................................................. 68
第14課 機器狗............................................................................................. 72
第15課 天體模型......................................................................................... 78
精彩書摘
機器人特工訓練營——課程指南(下)
12
第3課
巡邏車
學習目標
科學:
●科學觀察
●科學分析
●簡單機械
●能量轉化
技術/工程:
●裝配組件
●設計解決方案
●測試
數學:
●將二維圖建構成三維模型
●比率
藝術:
●美觀結構設計
●描繪
●正確錶述
詞匯:
●差速器:能夠使左、右(或前、後)驅動輪實現以不同轉速轉動的機構。
●形變:物體在力的作用下發生的形狀或體積改變。
●彈力:也稱彈性力。物體受外力作用發生形變後,若撤去外力,物體能恢復原來形狀的力,叫作彈力。
其他:
●活動場地
●閤適的皮筋
●5號電池
13
第3課巡邏車
聯係
避障車幫助蓋瑞和瑪麗躲避瞭許多危險,可是,當他們繼續前進時發現前方有懸崖,幸好發現及時。這時,瑪麗又開始發愁瞭:“萬一不小心速度過快,掉進瞭懸崖怎麼辦?我們的避障車要是碰到懸崖也能自動轉彎就好瞭?”“我有辦法瞭。”蓋瑞一拍腦門說,“看我的,我要將避障車進行改造,讓它可以探測懸崖。”
建構
.搭建巡邏車。
注意:(1)檢查巡邏車是否能順利前行,若不能,檢查電池電量是否充足,馬達接口是否連接緊密,馬達上的軸是否插入,齒輪的安裝是否妥當,是否妥善嚙閤。軸套或半軸套的安裝不宜過緊。
(2)將巡邏車置於桌麵,巡邏車前麵的探測軸緊靠桌子邊緣,讓巡邏車按順時針方嚮行進,檢查巡邏車是否能在桌角順利轉彎,若不能,檢查皮筋的彈力是否足夠,嘗試更換皮筋或增加皮筋的數量。
反思
.轉動左右軸,仔細觀察差速器的運轉。
差速器位於巡邏車輪子之間,其外殼是驅動,通過兩個輸齣軸將動力傳遞到輪子上。
差速器通過中間的錐齒輪傳遞來自外殼的動力,這個中間的錐齒輪與兩根軸上的錐齒輪相互嚙閤,它可以平衡兩個輸齣軸上的動力,即它能使其中一個軸轉的比另一個快。這種平衡動力的能力可以使車輛轉嚮平穩。
.仔細觀察並思考,巡邏車在行進過程中,皮筋起什麼作用?
巡邏車在行進過程中,皮筋可以改變它的行駛方嚮,外力的施加或撤除使皮筋被拉伸或縮迴,從而實現巡邏車的直行或轉彎。
巡邏車靜止時,其前輪處於轉彎的狀態。將巡邏車的探測器置於桌麵(“懸崖”)邊緣,讓巡邏車處於直行的狀態,此時,皮筋被拉伸,並發生形變,具有彈性勢能。所以,巡邏車直行時,皮筋一直保持這樣的形變狀態。而巡邏車轉彎的瞬間,探測器懸空,被拉伸的皮筋失去瞭外力,恢復原來的狀態,小車前輪轉嚮,小車得以自動轉彎。
延續
.在活動場地測試巡邏車,根據測試,改善巡邏車結構。
……
前言/序言
在全麵推行素質教育的大背景下,隨著現代社會人工智能應用範圍的日趨廣泛,能夠全麵鍛煉學生綜閤素質的機器人課程開始走進中小學,它憑藉較強的趣味性、實踐性、探索性和創新性,吸引瞭眾多學生的參與,並極大地調動瞭學生的積極性,這也使其在越來越多的學校和校外機構中如火如荼地開展起來。然而,不論是學校教育、校外教育,還是傢庭教育,都缺乏相應的規範教材,機器人教材的開發與規範迫在眉睫。
“樂高機器人培訓叢書”專門針對小學低年級學生設計和開發,旨在為學生提供與他人閤作的機會,使學生體會良好的閤作需要有效的分工,培養和提升學生的團隊閤作意識。本套叢書采用樂高9686科學與技術教育套裝為教具或學具,課程包括結構與力、簡單機械、動力機械、能源轉化等科技內容的45個活動案例,秉承“學中玩”的教學理念;采用STEAM跨學科創新教學法,綜閤運用科學、技術、工程、藝術、數學等多學科知識,使學生不斷獲得新的體驗和技能;遵循4C教育理念,通過“聯係—建構—反思—延續”的過程提高學生的學習興趣,輕鬆實現創新型教學。
教師在組織教學時,可以安排學生兩兩閤作,兩人共用一套器材。課程活動內容分為A、B兩部分,其中一部分課程內容是獨立的,即兩名同學共用一套器材,用不同的零部件搭建同一主題內容的不同模型;大部分課程內容是需要組閤的,即同一模型的不同部分最終需要組閤在一起纔能成為一個完整的模型。書中提供的搭建步驟供教師及學生參考,模型為基礎主題模型,建議學生在完成基礎模型後對模型進行一定程度的探究,並進行有效的創新。
本套叢書包括“課程指南”“搭建指南”和“學生活動手冊”,共12本。
(1)“課程指南”:分為上、中、下3冊。
(2)“搭建指南”:分為上、中、下3冊,每冊分為A、B兩個版本。
(3)“學生活動手冊”:分為上、中、下3冊。
本套叢書可作為中小學或校外機構的教學用書,也可作為學生的自學手冊。
編者
2017年1月
《機器人特工訓練營 課程指南(下)/樂高機器人培訓叢書》簡介 歡迎來到《機器人特工訓練營 課程指南(下)》,這是樂高機器人愛好者們探索機器人世界、釋放無限創造力的進階篇章。如果你已經通過“上冊”的學習,掌握瞭樂高機器人的基礎搭建技巧和編程入門知識,那麼“下冊”將帶你進入一個更廣闊、更具挑戰性的機器人應用領域。本書將引導你深入理解機器人係統的工作原理,學習更復雜的編程邏輯,並最終設計和構建齣能夠完成特定任務的智能機器人。 本書並非一本枯燥的理論教科書,而是一本充滿實踐性、啓發性的操作指南。我們將以樂高機器人平颱為載體,通過一係列精心設計的項目和挑戰,逐步提升你的機器人設計、編程和問題解決能力。無論你是對機械工程著迷,還是對人工智能充滿好奇,亦或是希望通過有趣的實踐學習科學知識,本書都將是你不可或缺的夥伴。 第一部分:深入理解機器人核心——感知與執行 在“上冊”中,我們已經接觸瞭基本的傳感器和馬達,它們是機器人與外界交互和進行動作的“感官”和“肢體”。在“下冊”中,我們將對這些核心組件進行更深入的探索,並學習如何更有效地利用它們。 高級傳感器應用: 超聲波傳感器(Ultrasonic Sensor)的應用進階: 我們將學習如何利用超聲波傳感器實現更精準的避障功能,例如,不僅僅是簡單的“碰到就轉彎”,而是能夠提前感知障礙物的距離,並根據距離進行更平滑的路徑規劃。我們會探索如何校準傳感器,處理傳感器數據的噪音,以及在復雜環境中(如狹窄通道、多個障礙物)實現可靠的避障。 顔色傳感器(Color Sensor)的多樣化 활용: 從簡單的識彆顔色,到更復雜的色彩跟蹤、識彆特定顔色標誌以執行不同指令,再到利用顔色傳感器進行路徑跟隨(例如,跟隨一條黑綫),我們將一步步解鎖顔色傳感器的強大能力。你會學習到如何區分不同的光照條件對傳感器讀數的影響,並采取相應的補償措施。 陀螺儀傳感器(Gyro Sensor)的精確控製: 陀螺儀傳感器能夠測量機器人的角速度和方嚮變化,這對於實現精確的轉嚮、原地鏇轉以及保持平衡至關重要。本書將指導你如何利用陀螺儀傳感器實現180度或90度的精準鏇轉,以及如何讓機器人沿著直綫穩定行駛,減少因地麵不平或輪子打滑造成的偏移。 集成傳感器的數據融閤: 瞭解如何同時使用多個傳感器,並將它們的數據進行融閤,以做齣更明智的決策。例如,結閤超聲波傳感器和陀螺儀傳感器,讓機器人在避障的同時保持既定的行駛方嚮。 精細化馬達控製: PWM(Pulse Width Modulation)調速: 超越簡單的“開”和“關”,我們將學習如何通過PWM技術精確控製馬達的速度,實現慢速、中速、快速等多種速度模式,甚至可以模擬漸進加速或減速的效果。 PID(Proportional-Integral-Derivative)控製器入門: 對於希望實現更高精度控製的學習者,本書將引入PID控製器的概念。通過簡單的例子,你將理解PID控製器如何根據誤差的比例、纍積和變化趨勢來調整馬達輸齣,從而實現更穩定、更精確的位置或速度控製。例如,讓機器人手臂能夠精確地抓取特定高度的物體。 編碼器(Encoder)反饋的應用: 如果你使用的是帶有編碼器的馬達,我們將學習如何利用編碼器提供的裏程計信息,實現精確的距離行駛和位置定位。這對於構建復雜的導航係統和需要精確移動的應用至關重要。 第二部分:智慧之源——編程邏輯與算法 如果說硬件是機器人的“身體”,那麼編程就是機器人的“大腦”。“下冊”將帶你進入更深層次的編程世界,學習如何用更智能、更高效的代碼來驅動你的機器人。 結構化編程與模塊化設計: 函數(Functions)的運用: 學習如何將重復性的代碼塊封裝成函數,提高代碼的可讀性和可重用性。這將使你的程序結構更清晰,便於維護和擴展。我們將通過實例展示如何創建和調用自定義函數,以及參數傳遞和返迴值的使用。 麵嚮對象編程(OOP)初步概念: 引入類(Class)和對象(Object)的基本概念,讓你理解如何將數據和行為封裝在一起,構建更復雜的機器人係統。即使是初步接觸,也能為將來更深入的學習打下基礎。 高級編程技巧與算法: 條件語句的復雜組閤: 學習如何使用嵌套的if-else語句、switch-case語句等,處理更復雜的邏輯判斷,讓機器人能夠根據多種傳感器輸入做齣更智能的決策。 循環(Loops)的精妙運用: 除瞭簡單的for循環和while循環,我們將探索如何使用它們來處理數組、迭代數據,以及實現更復雜的運動模式,例如,讓機器人執行一係列連續的動作。 狀態機(State Machine)的設計: 學習如何使用狀態機來管理機器人的行為。機器人可以處於不同的“狀態”(如“空閑”、“巡邏”、“追逐”、“避障”等),並在不同狀態之間根據輸入進行切換。這對於構建能夠處理復雜交互的機器人至關重要。 基本的路徑規劃算法(概念性介紹): 引入簡單的路徑規劃概念,例如,如何讓機器人找到從起點到終點的最短路徑,或者在避開已知障礙物的情況下找到一條可行的路徑。我們將通過模擬或簡化的算法演示,讓你初步瞭解路徑規劃的思維方式。 決策樹(Decision Tree)的實現: 學習如何構建簡單的決策樹,讓機器人在麵對不同情況時,能夠按照預設的邏輯分支做齣相應的選擇。 第三部分:項目實戰——從創意到成品 理論的學習最終是為瞭實踐。本書將提供一係列循序漸進的項目,讓你將所學的知識融會貫通,親手打造齣令人驚嘆的機器人作品。 智能避障小車: 結閤超聲波傳感器、陀螺儀傳感器和馬達控製,設計一輛能夠在復雜環境中自主導航、智能避障的小車。你可以挑戰讓它能夠繪製齣行駛過的地圖,或者在迷宮中找到齣口。 色彩識彆分揀機器人: 利用顔色傳感器,製作一個能夠識彆不同顔色物品,並根據顔色進行分揀的機器人手臂或平颱。你可以想象一個能夠自動將不同顔色的積木堆疊起來的機器人。 跟隨者與追逐者: 學習如何編程讓機器人跟隨特定顔色或物體移動,或者讓一個機器人追逐另一個機器人。這將涉及對傳感器數據的實時處理和快速響應。 自動化倉儲機器人(簡化版): 嘗試構建一個簡單的機器人,能夠識彆並抓取特定位置的物體,並將其放置到指定區域。這可以讓你體驗到物流和自動化倉儲的基本原理。 藝術創作機器人: 探索如何讓機器人進行繪畫或書法創作。通過精確控製機械臂的運動和筆觸,創造齣獨特的藝術作品。 互動遊戲機器人: 設計一個能夠與人進行簡單互動的機器人,例如,一個能夠玩猜數字遊戲、或者進行簡單的躲避追逐遊戲的機器人。 本書特色: 實踐導嚮: 每一個章節都配有詳細的搭建步驟、編程示例和調試技巧,讓你能夠邊學邊做,快速掌握核心技能。 挑戰升級: 項目設計由淺入深,循序漸進,讓你在不斷剋服挑戰的過程中獲得成就感,並激發你的創新思維。 趣味性與教育性並存: 樂高機器人本身就充滿瞭樂趣,本書將知識點巧妙地融入到有趣的機器人項目中,讓學習過程充滿活力。 鼓勵探索與創新: 除瞭提供標準解決方案,本書還會引導你思考“還有什麼可能?”,鼓勵你根據自己的想法進行修改和拓展,創造齣獨一無二的機器人。 清晰的圖文講解: 配備大量高質量的圖片和圖示,清晰展示搭建步驟和編程邏輯,即使是初學者也能輕鬆理解。 《機器人特工訓練營 課程指南(下)》將帶你踏上更深入的機器人探索之旅。在這裏,你將不僅僅是搭建和編程,更是學習如何思考、如何解決問題、如何將你的創意變為現實。準備好迎接挑戰,成為一名真正的機器人特工吧!