资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第9课《第九课 我有一个“小跟班”》教学设计
课题 第九课 我有一个“小跟班” 单元 第1单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：能主动观察并理解红外传感器、LED、舵机等常见信息器件的功能，知道机器人感知与运动的基本过程。计算思维：利用四个舵机，搭建能站立并前进、后退的人形机器人，并能用逻辑顺序让各关节协同完成任务。数字化学习与创新：在既有结构基础上，自主设计个性化双手、声音模块或外观装饰，利用数字化资源迭代改进，形成独特的创意方案。信息社会责任：在调试与展示过程中，遵守安全规范，理解机器人服务于人类生活的理念，形成负责任的科技应用态度。
教学重点 1、三关节舵机正确安装，实现稳定行走。2、红外传感器接线与调试，完成跟随功能。3、控制器与各部件数据线一次接对，形成闭环。
教学难点 1、双腿镜像装配精度，红外阈值调试防误判。2、增装声音/双手时的结构与重心平衡。
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9课 《第九课 我有一个“小跟班”》板书课题。1、视频2、让机器人也能像人一样自由直立行走是科学家和工程师们一直在努力的目标。最常见的实现方式是把机器人设计为轮式、履带式或足式机器人。其中，双足式机器人的设计难度最大，因为双足式机器人的重心位置非常难以控制，所以它更容易侧翻，而且行走的速度也是最慢的。但是，一旦设计完美，双足式机器人也是最能适应复杂地形、最能完成复杂动作的机器人！3、为什么双足式机器人虽然设计难度最大、最容易侧翻且行走速度最慢，却仍被认为是最能适应复杂地形并完成复杂动作的机器人？ 1、认真倾听老师讲解2、讨论让为什么双足式机器人仍被认为是最能适应复杂地形并完成复杂动作的机器人 1、培养学生的观察能力和科学思维，激发对航天知识的兴趣。2、促进学生交流合作，提高表达能力，增强团队协作意识。
讲授新课 设计“小跟班”腿部关节人体的腿部有髋关节、膝关节和踝关节三大关节，它们的相互配合使得人能做出各种动作。二、搭建“小跟班”1．搭建右腿2．搭建左腿左腿的搭建正好与右腿方向相反。3.连接双腿将两条腿连到一起后，连接好数据线和电源开关。3.连接双腿将两条腿连到一起后，连接好数据线和电源开关。4.安装身体用控制器作为身体，安装到双腿上并连接好所有数据线。试一试用手转动四个舵机，观察搭建出的“小跟班”怎么向前走。5.搭建双手我们为“小跟班”搭建双手。试一试目前“小跟班”的双手只起到装饰的作用，打开你的思路，请为它设计一双特别的双手吧!6.搭建头部和眼睛 “小跟班”的头部有两双眼睛，一双是用来装饰的眼睛，它由两盏LED灯构成。而另一双将成为它真正的眼睛：红外传感器，它将起到“看到”主人并保持跟随状态的作用！综合实践 1．现在的“小跟班”只有眼睛，没有嘴巴，如果要让它能够发出声音，我们需要为它安装什么呢 2．按照你的设计，对“小跟班”进行个性化装饰。3.观看素材文件夹中的视频，感受双足机器人的运动状态。知识链接 双足机器人 自从开始设计机器人以来，对双足机器人的研究就从未间断过，创造出类似于人的机器人将意味着它们能更好地在人类的工作环境中代替我们工作。 1972年，日本早稻田大学研制出第一台功能较全的双足步行机器人，之后美国、前南斯拉夫等国家的学者也研制出各种双足行走机器人模型。 Atlas由谷歌旗下的波士顿动力公司研发，它是一个人形机器人，身高近1.5米，体重近75千克，像人一样有头部、躯干和四肢，“双眼”是两个立体传感器，它可以自由地在复杂的野外行走和奔跑。到2018年5月，升级版的Atlas人形机器人已经可以实现单腿跳跃。由日本本田公司主导开发的.“阿西莫”图1-79 机器人Atlas系列机器人，它身高1.2米，体重43千克，个头虽然不大，但动作看起来相当灵活。它不仅能够爬楼梯，5根手指还能灵活运动，自如地为人端茶倒水。它由一部移动电话控制，能够以接近人类的姿势自如地做出走路、跳舞、跑步等动作，堪称是“灵活性创新方面的佼佼者”。如图1-80所示。选择题（共5题）1. “小跟班”的腿部共有几个主要关节？A. 1个B. 2个C. 3个D. 4个正确答案：C2. “小跟班”的哪一部分起到“真正眼睛”的作用？A. LED灯B. 红外传感器C. 控制器D. 舵机正确答案：B3. 以下哪一项不是“小跟班”当前已具备的功能？A. 走路B. 说话C. 看见主人D. 装饰性双手正确答案：B4. 下列哪个机器人是由日本本田公司开发的？A. AtlasB. 小跟班C. 阿西莫（ASIMO）D. 波士顿动力正确答案：C5. 如果想让“小跟班”发出声音，我们需要为它安装什么？A. 更多LED灯B. 红外传感器C. 扬声器或蜂鸣器D. 更大电池正确答案：C 判断题（共1题）1. “小跟班”的双手目前只能起到装饰作用，不能执行任何任务。正确答案：对操作题1、请简要说明“小跟班”如何利用红外传感器实现“看到”主人并保持跟随状态，并指出这一功能在实际应用中可能遇到的1个限制。答：红外传感器探测人体红外信号，控制器据此调整左右腿舵机，实现跟随。强光或高温易干扰信号。相关知识拓展关节与自由度 髋关节：3 个自由度（前后摆、左右摆、旋转）→ 决定迈步方向与跨度。 膝关节：1 个自由度（屈伸）→ 抬腿、缓冲落地。 踝关节：2 个自由度（俯仰、侧翻）→ 保持平衡、适应地形。记住：自由度越多，动作越灵活，控制也越复杂。舵机 =“人造肌肉”舵机里有电机、减速齿轮、位置反馈电位器。给它一个角度指令，它就转到那个角度并“锁住”。小提示：舵机最怕“卡死”烧齿轮，安装时不要强行掰动舵臂。步行原理双足步行的核心是“重心转移 + 摆动腿”。先用髋关节把重心移到支撑腿，再让另一条腿摆动向前。循环往复，人就“走”起来了。进阶创意 双手改装：夹爪、托盘、小型风扇、自拍杆……只要不超过舵机扭矩即可。 加陀螺仪（MPU6050），让“小跟班”真正“站稳不倒”。 用蓝牙/Wi-Fi 模块，实现手机遥控或语音指令。 观察人体行走视频，用贴纸在同伴腿上标记髋、膝、踝三关节并模拟屈伸。学生按步骤拼装双腿、接好数据线并手转舵机试走，再创意加装双手、LED眼、红外头和蜂鸣器，最后观看视频对比优化。速览双足机器人发展史，用便利贴为Atlas、ASIMO标注关键创新点并对比“小跟班”。“同学们先独立完成练习题，再两人一组交换答案互评，把有争议或不会做的题目勾出来，准备向全班提问。”用体感演示+纸板模型给同伴标出髋3、膝1、踝2自由度，再动手把舵机装成“人造肌肉”，让“小跟班”完成一次“重心转移—摆动腿”步行循环，随后头脑风暴为双手加功能、为身体加陀螺仪或蓝牙模块。 以身体为原型建立“三关节协同”的直观模型，为后续机器人腿部设计奠定结构认知。让学生在“做—试—改”循环中直观掌握三关节步态、感知-控制闭环与个性化工程创新方法。借真实案例拓宽视野，让学生将课堂项目与前沿技术对接，激发持续迭代与职业向往。通过独立完成练习题，培养学生的自主学习能力和知识应用能力。把抽象的自由度概念转成可触、可视、可编程的体验，让学生在“造肌肉、调步态、增功能”的迭代中理解结构-控制-创新的完整链路。
课堂小结 我有一个“小跟班”1.进行新知引入2.设计“小跟班”腿部关节3.搭建“小跟班”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 为什么双足机器人要实现稳定行走，必须同时控制“髋关节+膝关节+踝关节”这三个关节，而不仅仅是简单地交替摆动两条腿？（请用1~2句话作答） 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↑