四学级机器人学案_智能动物教学参考nxt版乐高.doc

智能动物59 / 61课程目录课题课程记录1可爱的小毛虫2青蛙跳水3六脚昆虫4乌龟5鱼6类人行走7蜘蛛8鸟的翅膀9雷达10动物的胃口11飞蛾扑火12哪只小狗最可爱13动物的警惕性14动物的高级通信可爱的小毛虫教学目标： 掌握爬虫的前进原理。理解如何使用连杆来使物体前进。 利用连杆机构来解决问题。材料： 9797蓝牙机器人套装，9648蓝牙配件套装，纸，彩 色笔。关键词： 连杆、伸缩、前进、毛虫联系：1.一般的小毛虫有多长?2.长一些的毛虫是如何来挪动的呢?3.毛虫的身体结构上有什么的特殊的呢?有没有发现一节一节的?4.什么样的机构可以类似于毛虫的挪动呢?5.毛虫如何可以快速地前进呢?Building:参考搭建方案:建构：轮胎是产生摩擦，使它可以往前！Program:非常简单的顺序结构控制! 在动物活动中,程序的思路只要是基于动物的智能或者反应,从程序上就可以一方面地体现出生物的进化功能!在动物活动,统一都使用MINDSTORMS Edu NXT编程软件。反思：1用什么样的方法可以让小毛虫产生一个驽动的动作？通过连杆的方式， 来形成一个伸缩的 动作！2进化：加快你的小毛虫的爬行速度，否则它就有生命危险了！可以加大小毛虫的肌肉！马达的两边各连接 一个连杆来驱动爬 虫！加入棘齿，思考它的 作用。增加轮子的数量来 增加摩擦!3有没有发现小毛虫会有原地挪动的迹象？ 进化：如何来防止小毛虫原地爬动，让它一直不断地往前！利用棘轮的方法来使它只往一个方向前进！Tips:挪动的动物，一般都是靠身体下面的吸盘来产生摩擦的！如何增加你这条小毛 虫的爬行速度？延续：给你们每组的小毛虫来一场化装舞会,看 看哪组的打扮是最漂亮的?把毛毛虫放在桌上,它能够识别到桌子的 边缘吗?加上光感! 让小毛虫进化一下,增加一个感觉!青蛙跳水教学目标： 掌握青蛙的前进原理。理解如何使用连杆来使物体前进。 利用连杆机构来解决问题。材料：9797蓝牙机器人套装，9648蓝牙配件套装 关键词：连杆、伸缩、前进、青蛙联系：有没有见过青蛙跳水？青蛙在行动的过程中有什么是很特殊的？它是如何前进的？你对青蛙了解有多少？可以参考科学类书籍。建构：Building:参考搭建方案:设计并搭建一只青蛙！反思：1青蛙的行动方式是“蹬”！如何来让你的青蛙完成一种类似蹬的动作？腿部使用连杆的方式！2青蛙是运动健将？如何让它可以蹬得更加有力？可以在腿部加上橡 筋或者使用齿轮减 速的方法来增加它 的力量！3蛙跳比赛！ 看哪组养的青蛙能够跳得更快！不断改进！进化你的小青蛙！简单的程序测试，不断地完善青蛙的行动方式！ 4让你的青蛙到顶端就停下来，并发出蛙叫！ 给青哇增加触觉！蛙叫延续：1青蛙一般都喜欢跳到何叶上，如何让它准备地跳到何叶上呢？黑圈代表何叶！让你的小青蛙始终呆在里面不要出来！使用光感2如果不小心被其它青蛙给推出来了呢？你需要如何改进程序？六脚爬虫活动目标： 了解六脚爬行的原理。 研究动物爬行的特点和方式。 掌握足式的基本机械方法。活动器材：9797蓝牙机器人套装，9648蓝牙配件套装。关键词：足式，6 足，爬行。联系：哪些昆虫是六足的？六足的昆虫它是如何来完成行走任务的？昆虫六足行走过程中，先迈哪一足？后迈哪一足？建构：设计并搭建一个八脚的小昆虫！要用八只脚来行走。八只脚的步伐不能完全一致。造型要象一只小昆虫。参考搭建方案：这里的脚依次交替地 运动当中是一个连杆 机构腿 的 长短要 选择 合适的梁，保证所有的 足都要可以着地并产 生摩擦，以产生运动。程序：简单地运动马达的控制来使小虫动起来！1比一比：反思：看谁的小昆虫爬行的速度最快？2如何可以让小昆虫的脚的步伐不一致，有交错的步伐呢？利用连杆的机构方 式去产生这个交错 运动。马达主要是驱动的不是某 一根腿，而是驱动一个连 杆系统通过这个连杆来拉 动前足和后足。马达左右交叉，可以平衡 重心，让昆虫的前后重量 基本一致。延续：1你的小昆虫要一直都在一个黑色框，不能跑出去，如果跑出去了就会有很 多危险！如何改进你的昆虫机器人，如何改进你的程序？可以给你的小昆虫添加一个视觉（光感）2让你的小昆虫找到食物之后，掉头转弯回来！前方是一根黑线，看谁的小昆虫速度最快？注意：昆虫的整个身体要过了黑线才可以！ 程序参考：过了黑线开始转弯，再度看到黑线就前进！乌龟活动目标： 了解乌龟的生物特性。 研究产生直线运动的方法。知道动物对于外部环境的条件反射。活动器材：9797蓝牙机器人套装，9648蓝牙配件套装。关键词： 乌龟，直线运动，条件反射。联系：有没有观察过小乌龟？它都有哪些行动和生理反应特点？建构：设计并搭建一个小乌龟：造型要象乌龟，要有龟壳。乌龟的头部能够伸缩。参考搭建方案：可以直接利用NXT主机 作为乌龟的龟壳.利用齿条的方法来使 乌龟的头产生直线的 伸缩！程序参考：当超声波传感器探测到前方有“危险”的时候，乌龟的头就会往里缩进，当超声波传感器发 现“危险”离开的时候，乌龟头就会重新伸出来了！反思：1你的小乌龟造型象吗？2如何让小乌龟的头伸缩得更外面？把齿条加长，加长再加 长！延续：1改造我们的乌龟，当它爬动起来！刚才我们使用两个马达来同 时控制乌龟头的伸缩，那么我们可 以将其中一个马达作为控制乌龟 爬行的动力！2装饰你们的小乌龟，说出是哪一个种类的乌龟！可以使用其它的一些装饰材料！3乌龟在发生危险情况时候会自动地把头缩进去，看看谁的小乌龟最后一个？鱼活动目标： 理解鱼的生物特性。使用容器的方法来仿生鱼的生理运动。 理解分支嵌套，多任务，分支方法去解决问题。活动器材：9797蓝牙机器人套装，9648蓝牙配件套装。关键词： 鱼，分支，多任务，嵌套。联系：你喜欢吃鱼吗？ 世界上最大的鱼是什么鱼？鱼在金鱼缸里为什么就是不会撞到缸壁上？建构：设计并搭建一条鱼！造型要象鱼。要有鱼旗。能够游动（移动）。参考搭建方案：利用超声波传感器来作为鱼的眼睛，同时可 以探测前方的障碍物。在鱼的身体下面装上轮子可以使鱼自由自在的“游动”。鱼 的 尾 巴， 用 于 控 制 方 向！两边装上鱼鳍，用来滑水。程序：鱼在游动！鱼在摆尾！利用多任务，把鱼的游动和鱼尾巴德摆动区分开来，然后再使用超声波等待条件，使鱼可以 躲避前方的障碍物。反思：1如何让鱼能够在水里面很自由自在地游动？尾巴的设计要巧妙！通过齿轮的传 动，旁边的尾 巴甩动，同时 带动最大的那 条尾巴的甩 动！2如何让鱼可以感应到地上的黑线？在鱼头的下方装上光感来感应地面的黑线。改变程序，利用分支中再加入分支结构的方式，同时判断障碍物和黑线。鱼尾部分的程序则 可以不变。延续：把全班的鱼放在一个黑线围成的场地，看看谁最先被推出场外！首先不能出黑线，其次不能被其它鱼撞到！ 参考：可以给鱼添加触觉！双足行走活动目标： 研究双足行走的原理和方法。 了解人类进化的生理过程。掌握物体的重心,并了解重心位置的改变。活动器材：9797蓝牙机器人套装，9648蓝牙配件套装关键词： 行走，双足，重心，摩擦。联系：人类开始可以行走是一个什么样的进化过程？从原始人到现今我们行走，经过了哪几步，为何会产生进化？双足行走，如何保证不摔倒？建构：设计并搭建一个类人机械人：造型要象人。使用两个脚来行走。参考搭建方案：通过连杆机构来驱动两足的上 提动作！ 脚的面积尽量要大些，可以稳 定性高些！使用小齿轮带动大齿轮的 组合方式可以有效地增加 机器人行走时的力量，同 时也要注意保证机器人重 心的平稳。程序参考：用一个简单的程序来检验类人型机器人的行走运动是否良好？反思：如何可以走得更快？在脚的部位上加上轮子，以增加 他脚的摩擦力！ 我们走路快，鞋底的摩擦力也是 很关键的！履带是非常好的选择。延续：比赛：看谁走得最快？次数123距离反复调整改进，看到行走距离不断进步！？CM蜘蛛活动目标： 了解蜘蛛的基本知识。 研究蜘蛛的爬行原理。 仿造蜘蛛的运动过程。活动器材：9797蓝牙机器人套装，蓝牙配件套装关键词： 蜘蛛，爬行，遥控。联系：你对蜘蛛的认识有多少？蜘蛛为什么掉不下来？蜘蛛有几条腿？观察一下蜘蛛，爬行的过程中哪支腿先迈出去？蜘蛛的造型上各有什么区别？建构：设计并搭建一个蜘蛛，要有好几条腿在爬行！造型要象蜘蛛。能够爬行，动起来。八条腿动的时候要有先后次序。参考搭建方案：蜘蛛两边的腿采用的是相互 交错的爬行方式。造型上要象蜘蛛！ 注意蜘蛛的复眼！可以利用连杆的方式来让 两边的腿动动起来！程序：能够让蜘蛛动起来！简单的马达控制！反思：进化如何可以让蜘蛛随意的前后运动或者是停止下来！对NXT进行编程，使它可以用来控制蜘蛛的行动。延续：1加入屏幕显示以与NXT按键两个模块蜘蛛是由NXT 主机上的按键来进行遥控的，并且在屏幕上显示出方向。2 如何让你的蜘蛛侠始终能够停留在蜘蛛网上，不要掉下来！鸟的翅膀活动目标： 了解鸟的翅膀的运动原理。 研究鸟的飞行原理和生理习性。 使用并行结构中的循环模块。活动器材：9797蓝牙机器人套装，9648蓝牙配件套装关键词： 鸟，翅膀，叫声，觅食。联系：为什么鸟会飞？鸟也有停留在枝头的时候，什么时候它会飞走呢？鸟拍打翅膀的时候是什么动作？建构：设计并搭建一个鸟类动物，要能够拍打翅膀！造型要象鸟。要有明显的翅膀拍打动作。翅膀的拍打要对称。参考搭建方案：只需要用一个马达来控制 翅膀的摆动。 造型要象只鸟。可以使用连杆的方式来摆动翅膀！使用标准结构，把鸟的腿树立起来！程序：简单的程序便是鸟在飞行时后，头会随着翅膀上下摆动。反思：1观察鸟的翅膀使用的是球星齿轮相互咬合的结构，既可以相互传动也可以改 变马达的运动方向。2. 鸟在飞行中发现了食物，就会需要向自己的猎物发动攻击。 加入超声波传感器来帮助发现食物。延续：1让鸟在飞行的过程中,发现猎物就会不断鸣叫！2.不断地切换教室灯光,看看谁的鸟飞行姿势最美!雷达活动目标： 理解反馈的概念。 了解仿生学的基本概念。 完成生物雷达的使用。活动器材： 9797蓝牙机器人，9648蓝牙配件套装关键词： 反馈，运动，雷达。联系：你对雷达知道多少？ 雷达是如何探测物体的？雷达是现在通讯手段中非常重要的设备。 在飞机场，在航空母舰上，在各种通讯站，你可以随 处可见雷达！故事：第二次世界大战，德国人几百架飞机，准 备偷袭，攻打英国。但是英国部队早有防备，德 国飞机损失惨重，因为英国已经有了雷达！很早 就探测到德国飞机群。建构：雷达的产生是科学家通过研究蝙蝠的生理构造，那么我们就来回归到最原始的状 态去利用设计并搭建一个蝙蝠：超声波传感器用来作为雷达。蝙蝠需要有可以飞翔翅膀。结构形象并且稳定。蝙蝠的眼睛，又 可以探测距离。翅膀可以扇动。尾巴可以用来钩 住猎物。程序参考：使用触感来帮助控制蝙蝠的开始与停止，超声波判断猎物的远近。反思：研究你的蝙蝠，是否可以在遇到障碍物时反应过来避开它。检查蝙蝠的翅膀是否灵活，在飞行的过程中是否 可以在遇到障碍物时发出 警告。可以同样适用触感来控制 蝙蝠的开关。延续：比赛一下，看哪一组的蝙蝠反应最灵敏。动物的胃口活动目标： 理解动物的胃口，知道动物会控制自己的饮食量。 使用光感来感应食物。 快速反应,咬住眼前的食物。活动器材： 9797蓝牙机器人，9648蓝牙配件套装关键词： 胃口，感应，迅速反应联系：动物的胃口到底有多大？ 哪种动物胃口最大？ 哪种动物胃口最小？ 动物会控制自己的饮食量吗？建构：设计并搭建一个动物，嘴巴能吃东西！嘴巴尽量能得开些。能够吞积木。嘴巴能开能合。参考搭建方案：装饰得要象一只动 物，也可以象只怪 兽！嘴巴里面的光感可 以用来探测食物。程序：当光感没有探测到食物的时候，怪兽就慢慢的向前爬向，一旦发现食物就会停下 来用力的撕咬。反思：如何让动物可以吃的更加形象怪兽可以一边撕咬一边向后退，不让猎物有逃脱的机会。延续：1.吃鱼比赛：只能吃四条鱼，不能多吃，看谁吃得最准确最快！可以使用长条积木作为鱼，也可以用积木搭一条鱼出来！ 是否需要改进嘴巴的机构！ 又要快，又要准确地吃下四条鱼！2.可以试试把你的手伸进去，看看谁的反应慢会被怪物咬到！飞蛾扑火活动目标： 设计飞蛾。研究飞蛾扑火的过程。 使用比较模块和逻辑分支模块。活动器材： 9797蓝牙机器人，9648蓝牙配件套装关键词： 飞蛾，比较，逻辑分支。联系：飞蛾为什么会扑火?飞蛾是怎么扑火的？建构：设计并搭建一只飞蛾：造型要象飞蛾。用腿来行走。光感作为它的眼睛。参考搭建方案：光感作为眼睛马达驱动作为 飞蛾的脚。反思：利用两个光电传感器之间的差值就可以知道那一边的光线更亮了。看看你的飞蛾对于光线是否有足够的敏感度，是否可以精确的扑到火光。延续：看哪只飞蛾能够最后停留在光灯光处？哪只飞蛾是最快扑到火的？哪只小狗最可爱活动目标： 设计并装饰可爱的小狗。 使用容器和显示的功能。 理解逻辑循环功能。活动器材：9797蓝牙机器人，9648蓝牙配件套装关键词： 小狗，显示，逻辑。联系：你感觉什么样的小狗是最可爱的?如何让大家一起给漂亮可爱的小狗投票呢?建构：设计并搭建一个小狗：造型要象一只小狗。背上要有一个触感,要有根尾巴。尽量可爱好天真。参考搭建方案：整个造型要可爱,象一条天真的小狗!两个马达可以 用来作为小狗 跑动的后腿。超声波传感器就是 小狗的眼睛。声音传感器就是小 狗的嘴巴。程序后面的循环采用了由超声波判断的逻辑循环模式。反思：如何让你的小狗更可爱？利用小狗身上的传感器，当主人喊他的时候它就会一边叫一边跑过来。延续：让幼儿班的小朋友来摸,比比哪只狗最受欢迎!动物的警惕性活动目标： 初步理解反馈的概念。 会使用并行结构和循环结构。 理解更高难度的结构搭建。 活动器材：9797蓝牙机器人，9648蓝牙配件套装关键词： 反馈，运动，结构联系：比如：豹子，它的速度很快，但是 当它追捕一只小动物时，它会紧紧 地跟在后面，一旦小动物做出什么 动作了，它会马上后退，一旦小动 物要逃了，它会立刻追上去！ 你还能举出些其它动物类似的例 子吗？游戏：一个同学跑，一个同学追，但是要保持1有些动物的警惕性是非 常地高的，比如他们在追捕猎 物的过程中会紧跟这猎物，但 是会保持一定的距离，一旦猎 物做出什么反映，它们也会随 即做出反应！这种反映也是对自己的 一种保护！米的距离！你来得与反应吗？建构：设计并搭建一个动物：一个马达，能够直线行走。一个光感作为它的眼睛。造型象一只动物，并加以说明。它的尾巴是可以摇晃来发出 警告的声音。当有猎物进入它的攻击围，它就会立刻做出反应。响尾蛇的反应是动物界里数一数二的， 我们如何来体现这一点。稳定的结构是动物敏捷反应的基础！程序参考：攻击和尾巴的摇晃是分开在不同的并行程序当中。测试一下！反思：是否感觉你的动物追得有点莽撞！这样很容易被猎物发现！如何来进一步进化它 的警惕性呢？当猎物靠近的时候可以先用尾巴发出警告，如果对方依然不停靠近就会发动攻击！把超声波设置为三段围，在最远处是没有反应，进入中间的一段就会发出警告，在最近的 围里面就会发动攻击。延续：有时候动物捕捉食物是需要抢的！看看谁能最先抢到唯一的猎物！可是放在门口，当有人靠近大门时候，动物就会发出警告或者攻击目标。动物的高级通信活动目标： 使用高级的通讯功能。知道动物的更好高级的通讯方式。 对动物之间的交流方式有更多的认识。活动器材： 9797蓝牙机器人，9648蓝牙配件套装关键词： 通讯，动物通讯，蓝牙。联系：动物之间也有通讯，特别是很多群居性的动 物，比如：猩猩，狼。动物间的信息交流。常表现为一个动物借助 自身行为或身体标志作用于其他动物（同种或异 种）的感觉器官从而改变后者的行为。通讯是具 有适应意义的行为，长期的自然选择巩固了这些 通讯模式。动物间的通讯过程是某一个体向其他个体发出信号以传递情报（信息）。出现最早的可 能是化学通讯方式，而出现最晚的则可能是高等灵长目的面部表情和人类的语言。许多低等 动物主要采用化学和触觉信号。鱼类以视觉更为重要。鸟类更多地用听觉和视觉信号。哺乳 类几乎应用所有的感觉通道。通讯有明显的遗传基础 。许多通讯行为是本能行为，但通讯 行为中常有学习的成分。特别要提出的是通讯信号的特异化，即在进化过程中，每个物种的 通讯信号逐渐变得只有本物种的个体可以接受、理解或作出相应的应答。研究动物通讯对生 产实践有重要意义，如用声音捕鱼；播放雄体鸣声提高雌体的产卵率和受精率；引诱害虫害 兽；野生动物管理；甚至启发人们设计通讯系统等等。你还知道哪些动 物之间通？建构：设计并搭建一个动物，说出你设计的是什么动物： 参考搭建方案：需要两个小组合作，搭建两个动物来进行通讯。程序：首先我们需要对两台NXT 进行蓝牙连接的设置，打开蓝牙选项按钮。选择“Search”图像后，NXT 会自动搜索周围其他能连接到蓝牙的设备。之后再在MINDSTORMSEduNXT中对两个动物分别进行编程，其中一个动物是可以通过 蓝牙通讯来控制另一个动物的。1 .寻找食物的动物（主控制NXT）动物1四处搜寻食物，当光感探 测到食物后就停下来发出蓝牙讯 号给同伴。2 .接收同伴呼叫的动物（被控制NXT）接收到同伴的蓝牙讯号后 就向同伴那里跑去。反思：同学的通讯往往表现在“教”上，比如，母狼会教小狼如何去捕捉食物！小狼随后就会记住 这项本领。成为以后自己的生存的方式。蓝牙通讯可以作为一个非常良好的控制方式，我们如何来 利用它完成更多的任务呢？进化:一起捕食猎物。当发现前方有很多猎物，单独一人没有办法捕食，就可以通知自己的同伴一起过来围堵猎物， 这样在自然界中就可以有更高的成功率。延续：动物之间的通讯还可以有其他的用处吗？1.看看谁想出来的通讯目的最多？2.能不能动手做出来？发挥自己的想象，发明出更多更有趣的机械动物，并且对它们进行更加丰 富多彩的控制！西觅亚研发中心;巴世界好的教z:3之刊r|固些些i些乐高教育在中国的帷一合作伙伴ZJ孩E取同币7在台(西觅亚所有)LEGO.山LEGO I。肝，山8rickconf iguration.OUPLO，WEOO 8"dMIDSTORMS aretrade adS of the LEGOG山p.C2009ThelEGOGrop.U时herawith晤时íO1peJmisslon