[人工智能普及教育]创意机器人创新实践教育活动——以声控四足机器人为例
2023-01/总第322期
机器人技术涉及多学科、内涵丰富,是学生创新能力培养的良好载体。国内高端化教育机器人占领了大块市场份额,普适型教育机器人几乎处于空白状态,达不到普适教育的效果。广东科学中心创设了创意机器人创新实践教育分支体系,研发了29套普适型创意机器人套件,本方案中的声控四足机器人是一款仿生机器人,具有类似动物的“听觉”,“听”到声音后,可模拟动物四足行走。声控四足机器人由简单的分立元器件组成,预留了足够的外观设计及功能拓展空间,适用于青少年STEAM教育。通过制作、设计声控四足机器人,能有效提高青少年的动手能力及创新思维,为科技创新打下基础。
教学分析
学情分析
通过动手实践,能够引导、促进学生科学思维的形成。声控四足机器人具有上手容易、知识丰富、拓展性强的特点,将其应用于科学教育,让学生经历动手制作—测试调试—外观设计—功能拓展的实践过程,就是引导学生基于已有套件,进行创新创造的过程。
图1 四足动物步态描述简图
教学目标
知识与技能 了解四足动物步态运动规律,认识多种螺丝螺母结构,了解声音传感器工作原理,了解直流马达、三极管等电子元器件及其工作原理,掌握简单的机械结构、电路搭建技能,激发艺术创作思维,培养拓展思维能力。
过程与方法 学生接受任务—在实施过程中发现问题并解决—引导学生提出外观设计设想—进行外观设计创作—引导学生提出拓展创新设想—进行功能创作—分享交流。
课程导入
四足动物在生活中十分常见,狗、猫、牛……大家似乎对四足动物很了解,但它们的步态、行走姿势是什么样的,似乎又很陌生。通过四足动物的步态动图、视频等(图1)与学生互动,引起学生对动物步态的研究兴趣。
四足动物行走过程中时刻保持三足着地,动物的重心(如图2中的小圆圈)时刻保持落在三足着地点形成的大三角平面内,保持平衡稳定。
图2 四足动物稳定行走解析
提出任务
教学架构见表1。四足动物步态虽复杂但有规律可循,声控四足机器人就是模拟四足动物设计出的机器人。本案例组织学生以小组为单位,合力制作声控四足机器人,设计制作创意外观并进行拓展。
动手制作
声控四足机器人机械组装及电路搭建具有一定的灵活性,学生通过观看专业拍摄制作的教学视频完成制作(扫描图3的二维码,可以观看如下各个阶段的教学视频),较为适合零基础学生学习。
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