资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第8.3课《控制系统与机器人》教学设计
课题 控制系统与机器人 单元 第八单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：通过案例了解机器人在不同场景的功能特点，理解传感器收集环境数据的过程，认识智能设备如何提升社会效率。计算思维：学会将机器人控制拆解为“感知-判断-动作”模块化流程，用图形化编程实现基础逻辑控制，理解算法作用。数字化学习与创新：运用3D建模、开源硬件搭建可编程机器人模型，协作完成设计、调试与编程，体验数字化工具的创新应用。信息社会责任：讨论机器人安全避让人类等伦理问题，了解自主可控技术对国家发展的意义，形成科技强国的责任意识。
教学重点 掌握机器人“感知-判断-动作”控制流程，理解传感器、算法与执行部件的协同原理。
教学难点 将复杂动作分解为可编程的模块化指令，协调多部件实现精准控制。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第8.3课 控制系统与机器人机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，能通过编程实现自动控制，执行较为复杂的任务。机器人广泛应用于工业制造、医疗护理家庭服务、农业耕作、军事防御等领域，提高了生产效率，改善了生活质量助力社会发展。机器人离不开控制，使用开源硬件我们可以尝试制作简单的机器人，体验如何控制机器人。想一想：避障小车靠什么‘看’路？它有个超声波传感器当‘眼睛’，像蝙蝠发射声波探测距离，一碰到障碍物，主控板这个‘大脑’马上计算安全距离。思考：冬奥会的机器人怎么送餐不撞人？它身上装了像电子眼一样的红外传感器，一旦检测到前方有人，像躲闪游戏一样绕开，还用语音提醒‘小心避让’呢！凌晨的快递分拣中心，机器人扫描包裹条形码后精准投入对应格口，AGV小车驮着货箱沿二维码地图灵活转向，仿佛在执行一场无声的物流交响乐。扫地机器人遇到障碍物会立刻后退转向，它的超声波传感器像蝙蝠回声定位，主控板快速计算安全路线。播放视频《机器人控制系统有哪些？》。 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解控制汽车的基本原理。通过问题导入引发学生思考。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、机器人的种类各种各样的机器人根据不同的需要，人们设计制作了各种各样的机器人，既有生活中常见的扫地机器人，也有工业机器人、排爆机器人和人形机器人等。虽然这些机器人的外观和功能有很大差别，但它们具有一些类似的功能，如能根据指令完成某项工作，自主移动位置或完成某个动作等。信息链接作为一场“科技冬奥”，北京冬奥会随处可见各类机器人穿梭的身影，有炒菜机器人、送餐机器人、引导机器人、递送机器人、物流机器人等。它们不仅可以完成引导、送货、消毒、翻译等工作，还可以冲咖啡、泡茶做饭等，为来自世界各地的运动员提供全天候服务。二、机器人的构成与控制机械系统机械系统是机器人完成任务的执行机构，类似人的四肢；传感系统是机器人的感测系统，如同人的感官；控制系统是机器人的指挥中枢，相当于人的大脑；动力系统为机器人提供动力。控制可以由输入、计算和输出三个部分组成。类似地，机器人控制也可以分为感知、判断和动作三个部分。机器人的控制非常复杂。以扫地机器人为例，它不仅安装了各种传感器以躲避障碍，还可以根据智能算法规划行走路线，自动完成清扫工作。探究实践小组合作，设计一个可以前进，遇到障碍后会后退的简单避障小车机器人模型，在下面的方框内绘制结构图和控制流程图。三、体验控制人形机器人动作控制人形机器人相比小车机器人，人形机器人的构成和控制要更复杂。要让人形机器人能够模拟人的行走动作，首先要研究人是怎样行走的，再将动作分解为机器人可以完成的动作。探究实践1.分析人行走时腿和脚的运动状态以及身体角度的变化并填写下面的动作分解表。2.设计机器人的结构模型图，并用3D打印机打印相关部件。3.选择控制、动力部件。主控板作为控制部件，四个舵机完成动作。4.步态规划。通过对机器人的四个舵机进行协同控制，使机器人能模拟人步行。5.动作控制设计。我们通过控制舵机的转动来完成上述步态规划中的动作。6.编写程序，调试运行。随着人工智能技术、伺服技术和传感技术等技术的进步，机器人控制朝着智能化、精细化和拟人化等方向发展。在不远的将来，机器人将变得越来越智能化、精密化，能自主完成更多复杂的工作，在我们的生活中扮演越来越重要的角色。信息链接1.机器人一般由哪些部分组成？我们组用mBot机器人做过实验：遥控模式：像玩赛车游戏，用平板APP控制前进/转弯自动模式：提前用图形化编程（类似拼积木）告诉机器人"如果超声波眼睛看到障碍物，就立刻右转"体感控制：戴智能手表挥手，机器人同步挥机械臂过程中传感器像侦察兵收集信息，传给大脑分析，最后马达咔咔执行动作，超像在指挥钢铁小助手！2.描述机器人的控制方法与过程。我们组用mBot机器人做过实验：遥控模式：像玩赛车游戏，用平板APP控制前进/转弯自动模式：提前用图形化编程（类似拼积木）告诉机器人"如果超声波眼睛看到障碍物，就立刻右转"体感控制：戴智能手表挥手，机器人同步挥机械臂过程中传感器像侦察兵收集信息，传给大脑分析，最后马达咔咔执行动作，超像在指挥钢铁小助手！开拓视野：发展自主可控智能机器人发展自主可控的智能机器人对我国具有重大意义。它不仅能提升我国在全球制造业中的竞争力，促进经济发展，还能提升国家创新能力。同时，自主可控的智能机器人技术也可以应用于军事、航空航天等领域，有助于提高国家的防御能力和战略威慑力，保障国家安全。拓展延伸：快递分拣中心的机器人军团闪电分拣小能手：包裹在传送带上被机器人飞速扫码，像玩分类游戏般精准投入对应格口。智能扫描眼：顶部的摄像头如同"电子鹰眼"，0.1秒识别条形码和面单信息。搬运大力士：橙色AGV小车托着货箱灵活穿行，遇到人类会自动"刹车礼让"。迷宫导航王：机器人通过地面二维码定位，像玩闯关游戏规划最优路线。夜班钢铁战队：凌晨人类休息时，机器人军团仍亮着蓝光哒哒作响处理包裹洪流。云端指挥官所有：机器人通过物联网接收指令，后台大屏实时显示每件快递的奇幻漂流记。单元回顾与评价：单元回顾 交流评价：学习完这个单元，我发现物联网就像魔法遥控器！我和小明用手机APP成功遥控教室电灯开关，还能用语音指令指挥小机器人跳舞。最酷的是我们设计的"会思考"的垃圾桶，摄像头能自动识别饮料瓶和果核。原来人工智能就像机器人的大脑，传感器收集信息，控制器做出判断，超有意思！ 说一说你还知道那些各种各样的机器人？小组合作，设计一个可以前进，遇到障碍后会后退的简单避障小车机器人模型。完成实践项目。了解发展自主可控的智能机器人对我国的重大意义。了解快递分拣中心的机器人军团。回顾单元内容。 帮助学生了解不同类型的机器人。帮助学生理解机械系统的构成，机械人的控制原理。引导学生理解体验控制人形机器人的动作和流程。帮助学生了解机器人的组成部分、机器人的控制方法和过程。开拓学生的视野，让学生明白自主可控的重大意义。拓展学生的知识点。帮助学生巩固本单元的内容。
课小结 控制系统与机器人1.进行新知引入2.尝试设计避障小车机器人模型3.体验控制人形机器人动作4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 请编写一个程序，实现简单的控制机器人。小组协作控制机器人进行简单的行走。完成PPT38-39页的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑