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。
內容簡介
本書是教師指導學生學習《機器人特工訓練營——搭建指南(中)A》和《機器人特工訓練營——搭建指南(中)B》的課程指南。
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來解決生活中遇到的實際問題。課程內容的安排以階梯式呈現,相對獨立又不失銜接,內容包括結構與力、簡單機械、動力機械等15個教學案例。學生在課堂中的活動包括模型設計、結構建構、測試、優化等,使學生在體驗中提升科學素養。
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*好的教育帶給孩子們。
目錄
第1課 雨颳器.................................................................................................1
第2課 杠杆.....................................................................................................8
第3課 工具夾子...........................................................................................15
第4課 投石車...............................................................................................21
第5課 擠壓機...............................................................................................26
第6課 傳送機...............................................................................................32
第7課 電風扇...............................................................................................38
第8課 釣魚竿...............................................................................................43
第9課 起重機...............................................................................................49
第10課 清掃車.............................................................................................54
第11課 挖掘機.............................................................................................60
第12課 滑坡車.............................................................................................65
第13課 鏇轉木馬.........................................................................................71
第14課 摩天輪.............................................................................................76
第15課 尺蠖.................................................................................................81
附錄A.............................................................................................................86
附錄B.............................................................................................................87
精彩書摘
15
第3課 工具夾子
第3課
工 具 夾 子
學習目標
科學:
● 科學觀察。
● 杠杆。
技術/工程:
● 裝配組件。
● 設計解決方案。
數學:
● 將二維圖建構成三維模型。
● 觀察、比較。
● 變形四邊形。
藝術:
● 美觀結構設計。
● 描繪。
● 正確錶述。
詞匯:
● 復式杠杆:一組耦閤在一起的杠杆,前一個杠杆的阻力會成為後一個杠杆的動力。
機器人特工訓練營——課程指南(中)
16
聯係
經過層層考驗,蓋瑞和吉爾終於到達瞭目的地。他們迅速下車尋找目標人物,卻發現小偷已突破保安的重圍,朝山坡上逃去。蓋瑞和吉爾立即追瞭過去,卻發現狡猾的小偷將裝有名畫的袋子扔進瞭下水道。為瞭完好地拿迴名畫,蓋瑞和吉爾兩人決定分頭行動。吉爾負責取迴名畫,蓋瑞繼續追捕小偷。
吉爾仔細觀察下水道,發現此處的下水道又深又窄,不方便進齣,如何盡快取齣名畫呢?你有什麼便捷的方法嗎?
建構
. 復式杠杆。
指甲剪是一種常見的復式杠杆。
. 搭建普通工具夾子(參考《機器人特工訓練營——搭建指南(中)A》和《機器人特工訓練營——搭建指南(中)B》第3課)。
注意: (1)可以改變支點的位置。
(2)結構對稱。
. 搭建伸縮工具夾子(參考《機器人特工訓練營——搭建指南(中)A》和《機器人特工訓練營——搭建指南(中)B》第3課)。
注意: (1)需要關注白色梁的上下位置,夾子伸縮要自如。
(2)支點位置的選取。
反思
. 伸縮夾子的可伸縮部分是什麼形狀,這個形狀有什麼樣的特點?
伸縮夾子的可伸縮部分是菱形,四邊長度一樣。由於四邊形可以變形,纔使得這個夾子可以伸縮。
. 找齣伸縮夾子的支點,支點的位置能改變嗎?嘗試改變支點的位置,觀察夾子伸縮時發生的變化。
……
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(中)/樂高機器人培訓叢書》 一、 課程定位與價值 《機器人特工訓練營 課程指南(中)》並非一本簡單的樂高積木搭建手冊,它是一套係統性、進階性的機器人教育解決方案,旨在為青少年讀者提供一個全麵、深入的學習平颱。本書定位清晰,麵嚮具有一定樂高機器人基礎,渴望進一步提升自身技術能力和創新思維的學習者,也為初次接觸機器人科技但具備強烈探索欲的初學者提供瞭紮實的入門指導。 本書的核心價值在於其“訓練營”式的學習模式。它不再局限於零散的知識點講解,而是通過模擬真實世界的特工任務,將知識、技能與實際應用緊密結閤。每一章節都如同一次精心設計的訓練科目,引導學習者在解決問題的過程中,掌握核心的機器人搭建、編程以及邏輯思維能力。這不僅能激發學習者的學習興趣,更能培養他們獨立思考、團隊協作和創新解決問題的能力,這些軟技能在未來的科技發展和社會競爭中至關重要。 本書的齣版,順應瞭當前全球機器人教育和STEM(科學、技術、工程、數學)教育的蓬勃發展趨勢。通過樂高這一深受兒童喜愛的載體,將抽象的科學原理和編程概念變得生動有趣,易於理解和實踐。它打破瞭傳統課堂教學的局限性,為傢庭教育、課外輔導提供瞭極具價值的資源,讓科技學習不再是枯燥的理論灌輸,而是充滿樂趣和成就感的探索之旅。 二、 課程內容框架與深度解析 本書的內容設計層層遞進,由淺入深,循序漸進地引導學習者掌握機器人技術的精髓。 第一部分:基礎搭建與核心機械原理(奠定堅實基礎) 模塊化搭建理念: 課程伊始,便強調樂高機械組(Technic)中“模塊化”的搭建思想。這並非隨意組閤,而是圍繞功能性的核心部件(如齒輪、連杆、軸承、離閤器等)進行結構設計。學習者將深入理解不同齒輪組(如直齒輪、錐齒輪、蝸杆蝸輪、差速器)的傳動比原理,以及它們如何影響機器人的速度、扭矩和運動方嚮。 動力傳輸係統: 詳細講解如何設計高效的動力傳輸係統,包括皮帶傳動、鏈條傳動、齒輪傳動等。學習者會學習到如何計算傳動比,優化動力損耗,並理解不同傳動方式在實際應用中的優劣。例如,在設計一個能夠搬運重物的機器人時,需要學習如何利用齒輪組放大扭矩。 結構穩定性與支撐: 機器人能否穩定運行,很大程度上取決於其結構設計。本書會指導學習者如何運用樂高Technic的梁、插銷、橫梁等組件,構建堅固、穩定且抗變形的框架。這包括對重心、受力點的分析,以及如何通過增加支撐點、采用三角形結構等方式來提高結構的整體穩定性。 簡單機械運動的實現: 通過搭建不同功能的模塊,學習者將親身體驗各種機械運動的實現,例如: 直綫運動: 如通過麯柄滑塊機構將鏇轉運動轉化為直綫運動,或利用齒輪組和滑軌實現精確的直綫位移。 鏇轉運動: 精確控製電機轉速和方嚮,實現單一方嚮或反嚮鏇轉,以及多軸聯動鏇轉。 轉嚮與聯動: 通過差速器、萬嚮節等組件,學習如何實現車輛的差速轉嚮,或多個執行部件之間的協同運動。 傳感器集成與基礎應用: 介紹樂高Mindstorms EV3或Spike Prime等平颱的常用傳感器,如顔色傳感器、超聲波傳感器、陀螺儀傳感器、觸碰傳感器等。學習者將瞭解這些傳感器的基本工作原理,以及如何將它們集成到機器人結構中,為後續的編程控製打下基礎。例如,如何利用超聲波傳感器構建避障功能,或利用顔色傳感器實現循跡功能。 第二部分:編程邏輯與智能控製(賦予機器人生命) 圖形化編程環境解析: 深入講解所配套的樂高編程軟件(如LEGO MINDSTORms EV3軟件或LEGO Education SPIKE App)的界麵與功能。重點講解塊狀編程的邏輯結構,包括: 動作塊(Action Blocks): 控製電機轉動(前進、後退、轉彎、指定角度、指定圈數)、舵機控製等。 流程控製(Flow Control): 包括順序執行、循環(重復執行、無限循環)、條件判斷(如果/否則、如果/否則/否則)等。這是實現復雜行為的關鍵。 傳感器塊(Sensor Blocks): 讀取傳感器數據,並將其用於編程邏輯中。例如,“如果觸碰傳感器被按下,則停止”、“如果顔色傳感器檢測到紅色,則執行特定動作”。 運算符與變量: 學習使用算術運算符(加、減、乘、除)、邏輯運算符(與、或、非)、比較運算符(大於、小於、等於),以及如何創建和使用變量來存儲和傳遞數據,實現更動態和靈活的程序。 基礎算法與控製策略: 循跡算法: 基於顔色傳感器,學習如何編寫程序使機器人沿著黑綫或白綫行走。這涉及對傳感器數據的閾值設置,以及根據檢測到的顔色信息調整方嚮。 避障算法: 利用超聲波傳感器或紅外傳感器,學習如何編寫程序使機器人在遇到障礙物時能夠檢測、停止或繞行。這通常會結閤循環和條件判斷。 定時控製與延時: 理解如何精確控製機器人的運動時間和間隔,實現有節奏的動作。 反饋控製(簡單形式): 通過傳感器讀取環境信息,並根據信息反饋調整執行動作,這是智能控製的基礎。例如,通過陀螺儀傳感器控製機器人在原地精確轉動到特定角度。 多傳感器協同: 引導學習者探索如何結閤使用多種傳感器,實現更復雜的任務。例如,一個機器人可能同時使用顔色傳感器進行循跡,並使用超聲波傳感器進行避障。 數據記錄與分析(初步): 介紹如何使用編程軟件的數據記錄功能,保存傳感器數據,並進行初步分析,以便優化程序或理解機器人行為。 第三部分:高級挑戰與創新應用(特工任務實戰) 模擬特工任務場景: 本部分是本書的重頭戲,通過設計一係列具有挑戰性的“特工任務”,將前麵學到的搭建和編程知識融會貫通。這些任務模擬瞭現實世界中機器人可能遇到的各種情況,例如: “搜救行動”: 設計一個能夠自主在復雜環境中(模擬的迷宮或障礙場)搜索特定物品(如顔色標記、形狀標記)的機器人,並將其運送迴指定區域。這需要精確的導航、識彆和抓取/搬運能力。 “情報傳遞”: 構建一個能夠精確按照預設路綫(可能是由綫或標記引導)將“情報”(一個小球或其他物體)傳遞給另一個協作機器人的係統。這考驗瞭路徑規劃和精確的運動控製。 “防禦係統”: 設計一個能夠檢測並“阻擋”入侵者(例如,一個移動的球或另一個機器人)的機器人。這需要快速的反應能力、精確的轉嚮和執行機構。 “環境監測”: 創造一個能夠自主探索指定區域,並利用傳感器(如光綫傳感器、溫度傳感器)收集環境數據的機器人,並將數據以某種方式(如LED燈閃爍、聲音提示)反饋迴來。 結構優化與性能提升: 在完成任務的過程中,學習者會被引導思考如何優化機器人結構,提高其穩定性、速度、精度和耐用性。例如,如何改進抓取機構的穩定性,如何降低傳動係統的摩擦,如何優化電池續航等。 編程邏輯的迭代與調試: 強調調試的重要性。學習者將學習如何通過單步執行、觀察變量、日誌記錄等方法,找齣程序中的錯誤,並進行修改和完善。針對不同的任務,可能需要反復修改和優化編程邏輯。 團隊協作與項目展示: 鼓勵學習者分組閤作,共同完成更復雜的任務,並準備成果展示。這有助於培養他們的溝通協調能力、團隊精神,以及清晰地錶達自己設計思路和技術方案的能力。 自由探索與創意設計: 在完成所有既定任務後,本書會提供一些啓發性的設計思路和未完成的挑戰,鼓勵學習者根據自己的興趣和想象力,進行自由的創意設計,構建屬於自己的獨一無二的機器人。 三、 學習方法與建議 本書的學習並非被動接受,而是一個積極主動的探索過程。為瞭最大化學習效果,建議讀者: 1. 動手實踐是關鍵: 每一項搭建和編程任務都要求親手操作。不要怕齣錯,每一次的失敗都是學習的機會。仔細拆解,重新組閤,理解每一處連接和每一行代碼的意義。 2. 理解原理,而非死記硬背: 在搭建過程中,要理解各種機械部件的功能和工作原理;在編程時,要理解程序邏輯的意義,而不是簡單地復製粘貼。思考“為什麼這樣搭建能實現這個功能?”“為什麼這樣編程能讓機器人做齣這個動作?” 3. 循序漸進,穩紮穩打: 按照課程章節的順序進行學習,確保每一個基礎知識點都掌握牢固,再進入更復雜的挑戰。切勿操之過急。 4. 善用樂高官方資源: 結閤樂高官方提供的軟件使用教程、社區論壇等資源,可以獲得更多的幫助和靈感。 5. 記錄與反思: 學習過程中,可以隨時記錄自己的搭建過程、遇到的問題、解決的方法以及編程思路。定期反思自己的學習進度,找齣不足之處,並加以改進。 6. 團隊閤作的價值: 如果條件允許,與朋友、同學一起學習,分組討論,互相啓發,能夠大大提升學習效率和樂趣。 7. 保持好奇心和探索欲: 機器人技術是一個不斷發展的領域,保持對新知識、新技術的渴望,鼓勵自己去嘗試和創造,纔能在未來擁有更廣闊的發展空間。 四、 目標讀者 本書適閤對機器人科學、編程和工程技術感興趣的青少年,年齡範圍通常在10歲到16歲之間,尤其適閤: 參加過基礎樂高機器人課程,希望進一步深造的學習者。 對STEM教育有濃厚興趣,希望係統學習機器人技術的初學者。 希望通過寓教於樂的方式,培養孩子邏輯思維、解決問題能力和創新精神的傢長。 學校、教育機構、培訓中心等用於開展機器人課程和科技競賽的理想教材。 《機器人特工訓練營 課程指南(中)》將帶領讀者踏上一段激動人心的科技探索之旅,在搭建與編程的世界裏,成為一名真正的“機器人特工”。