空中机器人创意制造系列课程——表演机器人

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  教学背景
  本课程适合小学四年级以上有一定动手能力的学生。使用Mind+图形化编程软件,以大疆RoboMaster TT教育无人机和DFRobot旗下出品的为搭配RoboMaster TT而开发的传感器套件为学习基础设备。通过对空中机器人——TT教育无人机飞行原理和搭载的ESP32开源硬件的学习,教授学生设计和制作自己的空中机器人。
  本节课是空中机器人创意制造系列课程的表演机器人项目制作。学生前面已经学习了无人机的连接和操作,能以项目式学习方式编程设计自己的机器人,使其完成简单的表演功能,如实现无人机的起飞和前后左右平面飞行。
  教学目标
  知识与技能 学会编程实现机器人复杂飞行,如上下前后左右运动及旋转、翻滚等。
  过程与方法 通过合作探究,合作学习,调整参数,让机器人完成一套表演动作。
  情感态度与价值观 通过生活化的方式,让机器人与生活更加接近,让学生更爱生活。
  教学重点与难点
  教学重点 学会编程实现机器人复杂飞行。
  教学难点 让无人机完成一套表演动作。
  教学准备
  教学环境 多媒体教室、电子白板。
  资源准备 Mind+软件、RoboMaster TT,搜集生活中有关机器人舞蹈的例子(包括图片、视频等资料)。
  其他准备 提前将学生分好小组,3~5人为一个小组,方便学生内部进行讨论。
  教学策略 以项目式学习为主,完成任务项目。
  教学过程
  一、情境导入
  师:同学们,今天老师接到一个新的飞行任务——在迎新年活动中做个无人机表演。大家有什么想法呢?
  学生小组讨论设计表演项目。
  师:上节课,我们学习了无人机的飞行,就先做一个简单的舞蹈动作吧,让无人机跳一个舞蹈来热热身。
  我给无人机编排了一个简单动作:左、右、左、右、左、右,让无人机左右来回转动。你们小组讨论一下怎样完成这个动作。
  二、编程实现无人机简单舞蹈动作
  师:同学们,我们要让无人机左右来回运动,代码应该怎么写呢?
  生:我们可以用左飛、右飞的代码,也可以用左转、右转的代码。
  学生小组合作,完成无人机简易跳舞动作编程,如图1。
  师:我们还可以找一个音乐,给无人机表演配个音乐。
  提示:我们在反复编写代码中,可以使用控制中的“重复执行……次”积木,通过该积木可以减少一些重复模块的冗余。
  师:同学们,接下来我们来测试一下编程效果。
  教师播放音乐,学生启动无人机跳舞。
  师:有些同学的机器人跳得非常棒,但也有些同学的机器人跳得和音乐节奏配不上,怎么办呢?这时,我们可以通过调整无人机飞行间隔的参数或者飞行的距离、速度,来调整节奏。
  学生通过调整时间差,使得无人机能基本按照音乐的节奏完成飞行表演。学生动手尝试并合作完成,这一过程需要较多的时间不断地调整节奏。
  教学小贴士:无人机舞蹈动作编程,要从简单开始,层层增加。学生通过调整无人机飞行节奏熟悉代码的使用,做到灵活自如。
  三、编程实现无人机翻滚动作
  师:我们的无人机已经可以进行简单的飞行表演了,但是感觉还不够华丽,接下来我们来给无人机舞蹈增加更多的效果。大家看看Mind+软件上的积木块,想想还能增加什么功能。
  学生思考并小组讨论。
  师:大疆的RoboMaster TT可以做翻滚动作,我们可以尝试用“翻滚”积木让无人机翻滚,如图2。
  1.设置自定义模块
  师:我们先把之前做的效果保存为一个函数模块,单击“函数—自定义模块—增加模块名称”,将这一组动作命名为“左右摇摆”,如图3。
  2.添加无人机翻滚效果
  首先测试无人机翻滚效果。注意:当无人机电量小于50%时,翻滚动作会被限制,翻滚区域也需要大于2m×2m的空间。
  学生在Mind+软件中为无人机添加翻滚动作,小组合作完成“左右翻滚”模块代码并查看飞行效果,根据空间场地大小调整飞行表演的动作,保证人员的安全。
  教学小贴士:添加翻滚效果,让学生玩得更有趣,增加学生的乐趣。测试时注意现场场地大小和人员的安全。
  四、编程实现无人机跳舞
  师:刚才我们使用了自定义模块,主要是把一个个动作分开,在编写代码时候可以配合刚才的自定义模块一起使用,一个模块可以作为一组动作,让代码看起来更清晰。
  学生小组合作学习完成无人机“左右旋转”模块代码,把前面的模块代码组合起来,就是一套无人机机器人跳舞动作代码,如图4。
  教师播放音乐,学生调试代码,并分组依次进行无人机跳舞演示。学生和教师共同评选出做得最完美、效果最好的那一组。
  教学小贴士:完成代码后让学生测试代码,学生可以自行查漏补缺。小组相互评价,找到其他小组的优缺点,大家互相学习,共同进步。
  四、课程小结
  师:这节课我们主要学习运用了Mind+函数自定义模块、重复执行、翻滚等积木。同学们可以根据自己的能力,设计一个自己喜欢的机器人舞蹈,然后给大家表演一下。
  五、课后拓展
  学生根据自己的能力,设计一个更加复杂的机器人舞蹈给同学们表演。
  六、评价与交流
  在最后评价中,分别以小组评价和活动评价的多个维度来评价学生活动开展情况,从而来观察学生在学习中的成长过程。
  教学反思
  本节课主要是学习空中飞行机器人运动的知识,教师引导学生学会编码实现无人机前后左右运动,并拓展增加了飞行机器人旋转和翻滚。通过简单的编程模块学习和模块组合,学生能设计出一套自己的动作,再配合一定的节奏音乐,设计出一个符合自己预期的表演机器人。
  在教学过程中,以最简单的前后左右为主突破口,先让学生编程做一个简单的机器人空中表演动作,然后不断地层层突破。通过设计一个个小的动作及函数模块组合,形成动作组,再通过组合各动作组,形成更为复杂的组合动作。教学中分层设计教学任务,以任务驱动的方式来完成各环节的教学,学生获得了成功的体验,激发了学习编程的兴趣。本课坚持以学生为主,以小组合作的形式开展活动,达到预期的教学效果。
  (本课件由DF创客社区推荐)
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