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教学内容 第二单元 第1节 垃圾的收集
教学目标 信息意识：通过学习机械臂的设计与制作，培养学生自主动手解决问题、掌握核心技术的意识。计算思维：通过编程控制机械臂，培养学生验证自己的设计是否合理、有效，反思优化解决问题的方案的能力。
重点难点 本课重难点是机械臂的设计与制作，要理解舵机的特征。此外，要掌握编程控制机械臂的方法。
教学准备 （一）机械臂套件；（二）mind+程序正常运行。
教学过程与方法 主 备 复 备
单元概述教师：党的二十大报告指出“坚持绿水青山就是金山银山的理念”，垃圾分类是保护生态环境的一项具体举措。欢欢和小伙伴们响应号召，积极开展垃圾分类工作。本单元，我们将和欢欢一起学习利用马达与传感器搭建机器人，学习图形化模块编程，设计制作机器人实现垃圾的收集、分类及运输。（一）任务导入教师：千里之行始于足下，欢欢所处位置的附近有可回收物和不可回收物两种垃圾处理站，如图2-1-1所示。欢欢思考着三个问题：1.机器人如何实现垃圾的取放 2.机器人如何运动到垃圾存放点并完成垃圾分类 3.机器人如何将分类后的垃圾送到相应的垃圾处理站 教师：让学生分小组讨论着三个问题。学生：讨论教师给出的三个问题，尝试回答。设计意图：通过问题，引发学生思考。（二）课堂聚焦教师：要完成这三个任务，我们需要知道怎样实现机器人对垃圾的收集、识别及运输。首先要从收集垃圾开始。这次课，我们聚焦在垃圾的收集这一问题。（三）任务分解教师：垃圾收集要有装置，现实生活中已经有了可以收集垃圾的装置——机械臂。我们首先认识一下机械臂，接着我们认识机械臂中非常重要的动力部件——舵机，接着我们设计并制作机械臂，最后我们检验我们设计制作的机械臂。（四）子任务突破子任务一：认识机械臂教师：机械臂是一种能模仿人的手和手臂的某些动作，并按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动装置。教师：请大家思考以下问题。机器人的机械臂有什么特点呢 和人类的手比较有什么区别呢？学生：思考以上两个问题。教师：机械臂与人类的手最大的区别就在于灵活度与耐力度，机械臂的最大优势是可以重复地做相同动作且不会觉得累。给机器人装上机械臂，它就可以更好地协助垃圾分类工作。教师：机器人的机械臂这么厉害，一起来了解它有哪些类型吧。生活中常见的机械臂有人形机械臂、“夹”式机械臂、“铲”式机械臂等，如图2-1-2所示。学生：了解机械臂的特点，并清楚常见机械臂的类型。设计意图：让学生了解机械的特点及类型，为设计制作机械臂做准备。子任务二：认识舵机教师：我们需要使用舵机让机械臂灵活准确地运动。舵机就像是机器人的关节，它能让机器人的运动更灵活。舵机是一种位置(角度）伺服的驱动器，主要适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统，比如人形机器人的手臂和腿，如图2-1-3所示。教师：舵机有什么特点呢？教师：大多数舵机可以最大旋转180°，还有一些特殊用途的舵机能旋转360°。教师：请大家分享一下自己遇到的使用舵机的场景。学生：分享自己关于舵机使用场景的见闻。设计意图：舵机是机械臂设计的关键，了解舵机的特点，有助于学生设计机械臂。子任务三：设计并制作机械臂教师：你打算给垃圾分类机器人装上哪种机械臂呢？请填写表2-1-1，并分享自己的设计意图。学生：填写表表2-1-1，并分享自己的设计意图。教师：请大家看看欢欢设计制作的机械臂吧！学生：了解欢欢设计的机械臂。教师：自由度是自由运动空间的维数。机器人自由度是衡量机器人技术水平的一个重要参数，自由度越多，机器人可实现的动作越复杂，通用性就越好。学生：了解自由度的概念。设计意图：通过学生自己的比较设计合适机械臂。子任务四：编程控制机械臂教师：以欢欢设计的机械臂为例，我们来学习编程控制机械臂。1.完成元件连线连接时请注意线序：舵机引出三根线，红色的连到+5V上，棕色（有些是黑色）的连到GND，黄色或者橘色的连到数字引脚4，如图2-1-5所示。学生：完成元件连线。2.编写程序前的准备工作教师：操作要领如下，（1）进入扩展，点击“执行器”按钮，选择相应的“舵机模块”，如图2-1-6所示。（2）程序中加载“舵机模块”，如图2-1-7所示。（3）进入编程界面，点击“执行器”找到舵机编程模块即可开始编写程序。第一步：点击“执行器”按钮；第二步：选择相应的“舵机模块”；第三步：在编程界面点击“执行器”找到“舵机模块”。学生：按照步骤完成编程准备工作。编写舵机程序教师：测试舵机，编写舵机程序，使其能在0°至180°之间往复运动，如图2-1-8所示。学生：测试自己的舵机。让机械臂准确抓取教师：通过测试获得机械爪张开和闭合时舵机的角度以及机械臂抬升与放下的角度，能让机械臂更准确地抓取物品，如图2-1-9、图2-1-10所示。学生：通过测试，获得张开角度和闭合角度。设计意图：编程控制机械臂工作。
作业设计 说一说你对舵机的认识和体会。想一想使用舵机你还可以设计哪些有意义的装置。将你的想法记录下来，并尝试验证自己的想法。
板书设计
教学反思 本课以垃圾收集为目标，设计、制作垃圾收集机械臂。在过程中我们主要是使用舵机和机械部件来制作垃圾收集的机械臂，使用图形化编程工具来实现程序控制。学生学习积极性高，想法很多，在实践中验证自己的想法，激发学生创造力。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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