资源简介

(共41张PPT)
第3单元 第1课
走进机器人世界—科幻与现实
（清华大学版）五年级
上
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
在学习过程中，我们需要思考如何确保机器人的行为符合道德和法律规范，以及如何保护个人隐私和信息安全。
明白能够了解和掌握机器人技术的新途径，让我们可以随时随地学习机器人编程、设计和应用的知识。
能将问题分解是将复杂的任务分解为一系列简单的子任务，以便机器人能够逐步完成。
意识在机器人领域至关重要。它使我们能够敏锐地捕捉到机器人技术的最新动态和发展趋势。
02
新知导入
机器人一词，如今已是家喻户晓，无论是在影视作品中，还是在现实生活中，多多少少都会看到机器人的身影。究竟什么才算是机器人？机器人一般具备哪些能力？有哪些我们普通人也能参与的机器人项目？这节课我们就一起来了解一下机器人的相关知识吧!
02
新知导入
冰箱是机器人吗
发条玩具是机器人吗
遥控玩具车是机器人吗
工厂中的机械臂是机器人吗
02
新知导入
思考
同学们，提起机器人，你们首先想到的是什么？跟大家分享一下你们知道的关于机器人的知识吧!
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
提起机器人，首先想到的是高效、精准的执行各种任务的能力。
从应用领域来看，它们可以进行重复性高、精度要求严格的工作，如汽车组装、电子产品制造等，大大提高了生产效率。
从技术层面来说，机器人通常由机械结构、传感器、控制系统和动力系统等部分组成。传感器可以让机器人感知周围环境。
02
新知导入
03
新知讲解
一、想象世界中的机器人
自古以来，人们一直对制造能够帮助和减轻人类工作的机器很感兴趣。不过最初还没有机器人的概念，一般把它们叫作自动机。现在我们经常说的“机器人”即“robot”，最早出现在1920年捷克剧作家卡雷尔恰佩克创作的一部科幻戏剧《罗素姆万能机器人》(见图 3.1.1)中，后来科幻作家艾萨克·阿西莫夫在一篇短篇小说中进一步普及了“机器人”一词，并提出了著名的机器人三定律。
图3.1.1 《罗素姆万能机器人》
Robot说法的由来
03
新知讲解
机器人是科幻作品中不可或缺的一部分，人们在小说、动漫、电影、游戏等科幻作品中勾勒出了各种机器人形象。例如《星球大战》中的宇航技工机器人R2-D2,《我，机器人》中可以学习人类情感的 Sonny,《银河系漫游指南》中聪明却忧郁的马文，如图 3.1.2所示。
科幻作品中的机器人
《星球大战》中的 R2-D2
《我，机器人》中的sonny
《银河系漫游指南》中的马文
图3.1.2 科幻作品中的机器人形象
03
新知讲解
机器人科幻作品并不只是供人们娱乐，还激发了对机器人研究的发展，帮助人们思考机器人可能带来的社会影响和伦理问题。
04
课堂练习
实践
同学们，你们有没有幻想过某种机器人呢？它长什么样子？它具有什么能力？把你的想法在下面的空白处写一写、画一画，也许有一天就会成为现实呢!
我幻想过一种全能医疗机器人。它的样子像一个可爱的小熊，有着圆润的身体和温暖的颜色，让人在看到它的第一眼就感到安心。它的头部有一个显示屏，可以显示病人的各项身体数据和治疗进度。它的眼睛是两个高清摄像头，能够仔细观察病人的症状。它的四肢灵活，可以轻松地移动和操作各种医疗设备。
03
新知讲解
二、现实世界中的机器人
想象是无限的，科幻作品中的机器人或者同学们想象出来的机器人可能有着远超人类的强大能力，但是制造一个这样的机器人却困难重重。虽然部分科幻作品中的场景已经成为现实，但是目前生活中的机器人还远没有像科幻作品中那样无所不能。
机器人究竟是指什么？什么样的机器才能称作机器人？也许我们很难给机器人下一个精确的定义，不过机器人通常是指有一定智能的、实体化的机器具有感知环境、做出决策、执行动作等基本特征，具备在一定程度上自主执行任务的能力，
机器人的基本特征
03
新知讲解
如图 3.1.3所示。机器人的外形不一定是人形，可以是各种各样的形态，有些计算机程序也可以叫作机器人。
感知环境信息
根据环境做出决策
执行决策动作
感知
决策
执行
环境
图3.1.3 机器人的基本特征
03
新知讲解
课堂活动
对于本节课最前面小清思考的那几个问题，冰箱、发条玩具、遥控玩具车、机械臂等是不是机器人，你的看法是什么？说一说你的理由。
冰箱不是机器人。理由：冰箱只能按照设定程序运行，不能自主感知。
发条玩具不是机器人。理由：发条玩具靠机械动力运动，无感知和决策。
遥控玩具车不是机器人。理由：需人远程操控，不能自主行动和决策，缺乏智能性，不能算作机器人。
机械臂是一种机器人。理由：能按照编程指令精准动作，可感知环境并做出一定决策，具备机器人的特性。
03
新知讲解
早期的机器人严格按照程序进行活动，可以不断地重复工作，一般不具备感知功能，无法感知环境的变化，不能对环境的变化做出反应，因此在复杂多变的环境中，这种机器人就不能胜任工作了。
随着传感器技术的发展，机器人拥有了感知系统(见图3.1.4)，让机器人像人一样具有视觉、听觉、触觉、嗅觉、温度觉等，还具备一些其他感知能力，比如感知物体的接近、感知自身所处的位置和方向等能力。这种机器人能够对环境的状况与变化做出判断和决策，并做出相应改变，在外界环境变化的情况下仍能很好地完成作业，具备一定的自主能力。
机器人感知能力的发展
03
新知讲解
摄像头
麦克风
超声波传感器
惯性传感器
角度传感器
压力传感器
温度传感器
触觉传感器
图3.1.4 机器人的感知觉系统
03
新知讲解
智能机器人除了具备感知能力，还具有一定的决策能力。它们不仅具有任务理解、路径规划、推理、分析、决策等能力，有些还具备学习能力，能够从对周围世界的观察及过往经验中，寻找规律或模式，从而不断提高自身能力。
目前，人们对智能机器人的探索如火如荼。如图3.1.5所示，2014年6月7日聊天机器人Eugene Goostman 首次通过了图灵测试，机器的智能化水平进入全新时代，围棋在过去被认为是人工智能不可能攻克的一道关卡，然而2016年3月，AlphaGo打败了世界围棋冠军，掀起了人工智能热。随着人工智能技术的不断发展，相信在不久的将来我们就能看到更加智能的机器人。
机器人决策能力的发展
03
新知讲解
Eugene Goostmanoostman
AlphaGO 围棋对奕
图3.1.5 人工智能程序
03
新知讲解
除了感知能力和决策能力之外，机器人在运动能力的发展上也有很多要克服的障碍。目前机器人的运动系统还比较笨重,没有任何驱动系统能与人的肌肉和骨骼相媲美。波士顿动力公司已经制造出拥有高度行走能力的机器人Atlas(见图 3.1.6)，它可以走动、蹦跳甚至跳舞，但和真正的人类运动相比，仍有不小差距。目前，研究新型材料和制造工艺的实验室遍布全世界，包括人造肌肉、柔性材料、先进制造工艺和组装策略等，这些研究对于制造下一代机器人至关重要。
机器人运动能力的发展
03
新知讲解
图3.1.6 波士顿动力公司的Atlas机器人
03
新知讲解
如今机器人已经进入人们生活中的不同领域，在很大程度上已经成为现代世界的一部分。例如，在工厂生产线上组装汽车的工业机器人，帮忙运送快递的服务型机器人，家用的扫地机器人，用于太空探测的太空机器人，模仿蚂蚁或蜜蜂等社会性昆虫行为的群体机器人，增强人类运动能力的可穿戴式外骨骼机器人等，如图 3.1.7 所示。
不同类型的机器人
工业机器人 快递机器人 家用扫地机器人
太空机器人 群体机器人 外骨骼机器人
图3.1.7 各种类型的机器人
03
新知讲解
平时见到的很多机器人是商业产品化的机器人，它们的设计原理通常是不对外公开的，尽管我们可以体验它们展现的多种功能，却很难知道它们具体的工作原理，对用户和学习者来说他们就像一个“黑箱子”，无法对其进行改造与优化。
而开源机器人开放了所有软硬件材料，包括电路设计图、零件清单、结构设计图、程序源代码等，使用户和学习者可以揭开这个“黑箱子”，对机器人进行全面地探索，从底层上了解它的工作原理和运行机制。我们对它们的认识越深刻，就越有能力对其进行改造和优化升级。
三、开源机器人
03
新知讲解
互联网上有许多优秀的开源机器人项目，图3.1.8展示了一部分。本单元将以开源机器人为载体，了解机器人实现感知、决策、执行功能的软硬件组成，在持续地调试优化和功能验证中理解机器人的控制过程，从开源机器人的学习与制作中获得过程控制方面的知识与技能。
开源人形机器人 Poppy 开源双足机器人OTTO
开源四足机器狗WAVEGO 开源四足机器人Open Cat
图3.1.8 各式各样的开源机器人
03
新知讲解
开源轮式机器人 Ascbot
开源机器人 掌控魔盒
图3.1.8 （续）
04
课堂练习
实践
同学们，从上面选择一款你感兴趣的开源机器人，上网搜索更多关于它们的资料吧!
开源机器人掌控魔盒在教育领域，开源机器人掌控魔盒发挥着重要的作用。它为学生们提供了一个直观、有趣的学习平台，让他们能够亲身体验机器人技术的魅力。学生们可以通过魔盒学习编程、电子电路、机械结构多方面的知识。
在工业领域，魔盒的价值同样不可小觑。它可以提高生产效率，降低人力成本。企业可以利用魔盒对机器人进行定制化编程，使其适应不同的生产任务和环境。同时，魔盒的开源特性也使得企业能够根据自身需求进行二次开发。
05
拓展延伸
机器人交流活动
虽然机器人已经有了很大发展，但是想在生活中见到各种各样的机器人还是很不容易的，尤其是一些先进的机器人。在哪里可以看到很多机器人呢？
有不少机器人主题的展会，比如世界机器人大会、中国机器人峰会等。会议期间会展出各种先进的机器人，如果能去现场肯定大开眼界，如果不能去到现场，也可以通过网络直播观看。你所在的城市可能也会有机器人博物馆、科技馆等，可以去参观体验。此外还有很多的机器人竞赛，各种机器人同台竞技也十分精彩。
05
拓展延伸
机器人交流活动
有哪些竞赛呀？有我能参加的吗？
当然有啦!比较出名的青少年机器人竞赛有 FIRST 系列赛事，分为JFLL、FLL、FTC、FRC 四个赛事，分别适合不同年龄段的孩子。还有 WRC 世界机器人大赛、VEX机器人大赛、全国青少年人工智能创新挑战赛、全国中小学信息技术创新与实践大赛等。你也可以找老师或者通过网络了解更多信息。
05
拓展延伸
机器人交流活动
哇!竟然有这么多机器人相关的竞赛和展会，希望有一天我也能参与机器人比赛。
嗯，参加比赛不仅是对综合技能的挑战，还能让你与全国、全世界的同龄人分享交流，有机会你可以多多关注和参与。
05
拓展延伸
哪些行业已经广泛应用了机器人？
化工行业：
机器人可以在化工生产过程中进行危险化学品的搬运、投料、搅拌等工作，减少人工操作的风险。
医疗保健行业：
手术机器人可以帮助医生进行高精度的手术操作，如微创手术等。
05
拓展延伸
哪些行业已经广泛应用了机器人？
物流与仓储行业：
机器人可以在仓库内自动搬运货物，将货物从一个地点搬运到另一个地点，提高货物搬运的效率和准确性。
金融行业：
金融行业的数据量庞大，机器人可以用于数据的采集、整理和分析等工作。
05
拓展延伸
服务机器人在家庭中的应用场景有哪些？
家务劳动：
扫地机器人是目前家庭中最为常见的服务机器人之一。它能够自动规划清扫路线，高效地清理地面灰尘、毛发等杂物。
健康护理:
健康监测机器人可以实时监测家庭成员的健康，如体温、血压、心率等。通过传感器与成员的身体接触或非接触式监测，将数据传输到手机或其他设备上。
05
拓展延伸
服务机器人在家庭中的应用场景有哪些？
娱乐陪伴：
智能玩具机器人可以与儿童进行互动游戏，讲故事、唱歌、回答问题等，激发儿童的想象力和创造力。
智能家居控制：
服务机器人可以作为智能家居的控制中心，通过语音指令或手机 APP 控制家庭中的各种设备，如灯光、电视、空调、窗帘等。
05
拓展延伸
机器人的应用是否会导致大量人员失业？
导致部分岗位减少：机器人擅长执行重复性、规律性强的任务。例如在制造业的生产线上，一些简单的装配、搬运等工作，以前由大量工人完成，现在可以被机器人替代。
创造新的就业机会：机器人的研发、生产、维护、销售等环节都需要大量专业人才。随着机器人应用的增加，这些领域的就业需求会不断增长。
提升行业效率：机器人的应用可以提高生产效率和产品质量，降低企业成本，使企业在市场竞争中更具优势。
05
拓展延伸
机器人是否会拥有情感和意识？
目前机器人并不具备真正的情感和意识，但在未来是否会拥有仍存在争议，以下是相关的分析：
情感方面：现阶段的机器人可以通过数据驱动、预定义规则以及模拟人类认知架构等方式，在一定程度上模拟出类似于情感的反应。
意识方面：意识是人类对自身和周围环境的感知、理解、思考和判断的能力，目前机器人完全不具备这种能力。
06
活动日志
活动日志 班级：XX 姓名：XX
活动名称 走进机器人世界—科幻与现实
活动环节 1口 2口 3口 4口（在对应环节画V）
活动完成内容 想象世界中的机器人、现实世界中的机器人、开源机器人
活动完成度 口口口口口口口口口(100%)
活动小结 问题与反思：技术难题运动能力不足。
改进的方法：研发机械结构驱动技术等。
07
课堂总结
1
引入新知内容
走进机器人世界—科幻与现实
2
学习想象世界与现实世界机器人
3
学习开源机器人
4
完成课题练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
08
板书设计
走进机器人世界—科幻与现实
1.进行新知引入
2.学习想象世界和现实世界机器人
3. 学习开源机器人
4.完成课堂练习
5.进行知识拓展
09
课后作业
01
对比现实生活中的工业机器人和科幻作品的机器人不同之处？
09
课后作业
02
假如你拥有一个家庭机器人，你希望它具备哪些功能？
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展开更多......

收起↑