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1、四学级机器人学案智能动物教学参考乐高智能动物 课程目录 课题 1 2 3 课程记录 可爱的小毛虫 青蛙跳水 六脚昆虫 乌龟 4 5 6 7 8 鱼 类人行走 蜘蛛 鸟的翅膀 雷达 9 10 11 动物的胃口 飞蛾扑火 哪只小狗最可爱 动物的警惕性 12 13 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， 色笔。 彩 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
2、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? 1 建构： Building: 参考搭建方案: 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。 2 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
3、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 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! 4 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。
4、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？ 你对青蛙了解有多少？ 可以参考科学类书籍。 青蛙在行动的过程中有什么是很特 殊的？ 它是如何前进的？ 5 建构： Building: 参考搭建方案:设计并搭建一只青蛙！ 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？ 反思： 腿部使用连 杆的方 式！ 6 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
5、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 7 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？ 8 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？ 9 设计并搭建一个八
6、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。 建构： 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。 10 程序： 简单地运动马达的控制来使小虫动起来！ 比一比： 1看谁的小昆虫爬行的速度最快？ 反思： 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。 11 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
7、续： 12 1你的小昆虫要一直都在一个黑色框内，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 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！ 13 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
8、应特点？ 14 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！ 15 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！ 1 你的小乌龟造型象吗？ 反思： 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！ 16 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！ 可以
9、使用其它的一些装饰材料！ 2装饰你们的小乌龟，说出是哪一个种类的乌龟！ 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？ 17 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？ 18 建构： 设计并搭建一条鱼！ 造型要象鱼。 要有鱼旗。 能够游动。 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
10、。 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。 19 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。 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！ 反思： 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！ 20 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。 2
11、1 延续： 把全班的鱼放在一个黑线围成的场地内，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！ 22 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？ 23 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
12、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。 24 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。 25 延续： 比赛：看谁走得最快？ ？CM 次数 距离 1 2 3 反复调整改进，看到行走距离不断进步！ 26 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
13、人套装，蓝牙配件套装 关键词： 蜘蛛，爬 行，遥控。 联系： 蜘蛛 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？ 27 设计并搭建一个蜘蛛，要有好几条腿在爬行！ 建构： 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。 28 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
14、它可以用来控制蜘蛛的行动。 加入屏幕显示以及 1NXT 按键两个模块 延续： 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。 29 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！ 30 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？ 31 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
15、。 翅膀的拍打要对称。 建构： 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！ 32 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。 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。 反思： 33 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! 34 雷达 活动目标： 理解反馈的概念。 了解仿生学的基本概念。
16、 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： 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！ 你对雷达知道多少？ 雷达是如何探测物体的？ 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。 35 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
17、蝠的眼睛，又 可以探测距离。 建构： 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。 36 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。 比赛一下，看哪一组的蝙蝠反应最灵敏。 延续： 37 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
18、： 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？ 38 设计并搭建一个动物，嘴巴能吃东西！ 嘴巴尽量能张得开些。 能够吞积木。 嘴巴能开能合。 建构： 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。 39 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。 如何让动物可以吃的更加形象 反思： 怪兽可以一边撕咬一边向后 退，不让猎物有逃脱的机会。 40 1.吃鱼比赛：只能吃四条鱼，不能多吃，看谁吃得最准确最快！ 延续： 可以使用长条积木作为鱼，也可以用积木搭一条
19、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！ 41 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？ 42 设计并搭建一只飞蛾： 建构： 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。 43 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。 反思： 看看你的飞蛾对于光线是否有足够
20、的敏感度，是否可以精确的扑到火光。 看哪只飞蛾能够最后停留在光灯光处？ 延续： 44 哪只飞蛾是最快扑到火的？ 45 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? 46 设计并搭建一个小狗： 建构： 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： 两个马达可以 用来作为小狗 跑动的后腿。 整个造型要可爱,象一条天真的小狗! 超声波传感器就是 小狗
21、的眼睛。 声音传感器就是小 狗的嘴巴。 程序 47 后面的循环采用了由超声波判断的逻辑循环模式。 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。 反思： 让幼儿班的小朋友来摸,比比哪只狗最受欢迎! 延续： 48 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： 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
22、反映也是对自己的 一种保护！ 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 米的距离！你来得及反应吗？ 49 设计并搭建一个动物： 建构： 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。 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！ 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 击范 围，它
23、就会立刻做出反应。 50 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！ 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！ 反思： 51 把超声波设置为三段范围，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 范围里面就会发动攻击。 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！ 延 续： 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。 52 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
24、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： 动物的高级通信 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。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
25、 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？ 53 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
26、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。 54 之后再在 MINDSTORMS Edu NXT 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 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 接收到同伴的蓝牙讯号后 就向同伴那里跑去。 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。 反思： 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？ 5
27、5 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？ 56 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！ 57 西觅亚研 发中心 ;巴 世 界 取刊r |固些些i些 乐高教育在中国的帷 一 合作伙伴 好 的 教 z:3之 孩 7 同 币山p.在台 (西觅亚版权所有 ) LEGO.山LEGO I。肝，山8rick conf iguration.OUPLO ，WEOO 8d MI DSTORMS are trade adS of the LEGO GC2009 The lEGO Grop.U时herawith晤时O 1 peJmisslon
