创意机器人创新实践教育活动

许玉球 傅泽禄 吴志庆 侯的平 韩俊

教学分析

学情分析

通过动手实践，能够引导、促进学生科学思维的形成。声控四足机器人具有上手容易、知识丰富、拓展性强的特点，将其应用于科学教育，让学生经历动手制作—测试调试—外观设计—功能拓展的实践过程，就是引导学生基于已有套件，进行创新创造的过程。

教学目标

知识与技能了解四足动物步态运动规律，认识多种螺丝螺母结构，了解声音传感器工作原理，了解直流马达、三极管等电子元器件及其工作原理，掌握简单的机械结构、电路搭建技能，激发艺术创作思维，培养拓展思维能力。

过程与方法学生接受任务—在实施过程中发现问题并解决—引导学生提出外观设计设想—进行外观设计创作—引导学生提出拓展创新设想—进行功能创作—分享交流。

课程导入

四足动物在生活中十分常见，狗、猫、牛……大家似乎对四足动物很了解，但它们的步态、行走姿势是什么样的，似乎又很陌生。通过四足动物的步态动图、视频等（图1）与学生互动，引起学生对动物步态的研究兴趣。

四足动物行走过程中时刻保持三足着地，动物的重心（如图2中的小圆圈）时刻保持落在三足着地点形成的大三角平面内，保持平衡稳定。

提出任务

教学架构见表1。四足动物步态虽复杂但有规律可循，声控四足机器人就是模拟四足动物设计出的机器人。本案例组织学生以小组为单位，合力制作声控四足机器人，设计制作创意外观并进行拓展。

动手制作

声控四足机器人机械组装及电路搭建具有一定的灵活性，学生通过观看专业拍摄制作的教学视频完成制作（扫描图3的二维码，可以观看如下各个阶段的教学视频），较为适合零基础学生学习。

机械组装

观看“会走的机器人——机械组装”部分视频。通过完成机械组装部分，取得阶段性成果，吸引学生进入下一步骤。该部分视频含3项内容。①认一认：机械零件。动手前先认识机械零件。②动动手：组装步骤。组装机器人的机械部分。③跑起来：机械测试。检验组装成果。

认识电子元器件

观看“认识电子元器件”部分视频，该部分视频含3项内容。①机器人的耳朵。声控四足机器人，顾名思义具有声控功能，人类耳朵可以听到声音，机器人通过什么接收声音呢？②机器人的手脚。人类手脚可以运动，机器人靠什么运动呢？③机器人的大脑。人类大脑可以思考，机器人工作也要“思考”，机器人“大脑”的控制原理是怎样的呢？

电路连接

观看“听话的机器人——电路连接”部分视频。声控四足机器人“听”到声音才会走，走一会儿会停下来，有声音的继续“催促”，才会再次走起来，该部分视频含4项内容。①看一看：电路原理图。学会看电路图，认识电路图中的符号代表哪些元器件。②认一认：还有哪些元器件。学习声控四足机器人电路的必要组成元器件，比如二极管。③动动手：电路连接。利用“节点法”搭建电路。④比一比：看谁的机器人更听话。通电测试前检查一遍电路，无误后再通电。

故障排除

觀看“听话的机器人——排除故障”部分视频。机器人制作完成后没有达到预期效果是正常的，科学研究中也是如此，做好问题排查。

外观设计及功能拓展

外观设计

外观创意设计能增强学生决策、模仿、想象等能力，更好地表达内心世界，旨在培养和激发学生的设计思维，而不是设计出一个可以使用的产品。因此，设计的主题、选材不受限制，可从仿生、人文、科技应用等主题着手，优先推荐使用环保的、常见的材料，比如彩色卡纸、透明塑料纸、轻黏土、轻木板等。外形、制作方法也同样不受限制，可以使用常见工具，3D打印机、激光切割机等，以现实生活中的四足动物为原型，甚至可以是科学创想创造的形象。学生创意作品如图4所示。

功能拓展

通过已掌握的知识，可增加元器件为机器人设计新的功能，也可对其结构进行改进。设计新增的功能和改进可以在真正意义上成功实现，也可以只是象征性地展现，这一过程可让学生参与到机器人的设计和改进过程中，感受发明创造的意义。

展示与评价

完成机器人制作后，可以制作简单的直行赛道，组织学生进行机器人行走速度比拼，并记录每组机器人的行走速度，最终完成声控四足机器人展示评价表，对本项目作品进行最终评价。