乐高MINDSTORMS头脑风暴EV3机器人核心套装

驶上斜坡

设计、建一个机器人,并对其进行编程,使它驶上尽可能陡的斜坡。

90-120分钟
中级
年级 6-8
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课程计划

1.课前准备

  • 浏览 EV3 课堂 App 应用程序中的学生学习材料。
  • 本课程需要一个长板或泡沫板来搭建坡道,还需要书本、方块或其它物体来调整坡道的倾斜度。
  • 使用量角器来测量倾斜的角度,或通过上升高度与行驶距离的关系使用卷尺测量倾斜度。
  • 为确保公平竞争,请确保每个 EV3 程序块都装有充满电的 EV3 可充电电池或新电池。
  • 如果没有两节连续式 (double-block) 课堂时间,可以通过多次完成此课程。

Part A

2.参与(10 分钟)

  • 根据下面发起一次讨论部分的想法组织学生围绕本节课程展开一次讨论。
  • 解释项目概要。
  • 将所有学生分为两人一组。

3.探究(35分钟)

  • 让每组学生集思广益,设计一个可以驶上陡峭斜坡的机器人。
  • 鼓励他们创造多个原型,同时从搭建和编程方面进行探索。

Part B

4.解释(10 分钟)

  • 让每个小组至少驶上坡道三次,并记录结果。
  • 确保他们能够创建自己的测试表。

5.拓展(35 分钟)

  • 让学生继续调整自己的机器人,直到他们准备好进行挑战。
  • 请记得预留整理时间。

6.评估

  • 就每位学生的课堂表现提供反馈。
  • 评估他们解决方案的创造力及小组合作的程度。
  • 可借助所提供的评价准则来简化此环节。

发起一次讨论

方程式越野锦标赛 (Formula Off Road) 是一项需要车手在极端地形(包括陡峭的山地)上竞技的比赛。驶上陡峭的斜坡似乎是一件愚蠢的事情,但搭建一辆能够达到顶部的车辆却需要真正了解扭矩、传动装置和摩擦方面的知识。这项比赛源自冰岛,旨在为救援队筹集资金并提高其知名度,救援队为了拯救生命必须克服极端地形。

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利用下列问题引导学生围绕“驶上斜坡”展开一次讨论

  • 你如何定义陡峭的斜坡
  • 你能想到任何能够“驶上陡峭斜坡”有用的情况吗?

项目概要
设计、搭建一个机器人,并对其进行编程,使它驶上尽可能陡的斜坡。

以下是符合项目简要标准的示例解决方案:

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搭建要诀

开放式解决方案
本项目旨在让每位学生或每个小组找到独特的解决方案。利用下列问题帮助各小组集思广益,完成任务:

  • 如何通过传动装置来增加电机功率?
  • 上坡会怎样影响机器人的设计?

搭建可调节式坡道
如想搭建可调节式坡道,需要使用长约 1 米的长板或泡沫板。使用书本、方块或其它物体来调整坡道的倾斜度。

进行测试
当学生测试他们的解决方案时,提醒他们注意以下事项:

  • 在测试表中记录试验编号、倾斜角度、齿轮传动比和电机功率。确保留出足够的空间来记录其它观测值。
  • 至少选择三个不同的倾斜角度来测试机器人。
  • 每次调整后都进行测试,以确定效果。
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示例解决方案
此示例解决方案能够满足项目简要标准:

编程要诀

解决方案程序

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分层教学

通过如下方式简化本节课:

  • 与学生合作,帮助他们了解如何通过降档提高电机的机械优势
  • 鼓励学生相互学习和交流

通过如下方式提高学生的学习水平:

  • 向学生提出挑战,看哪个小组能够以最快速度驶上陡峭的斜坡
  • 使用带有稍光滑表面的坚固板子搭建坡道

评估环节

教师观察清单
可根据教学需要创设评价准则,例如:
1.部分完成
2.全部完成
3.超额完成

请使用下列成功完成任务的标准来评估学生的进步:

  • 学生能够设计一个符合项目概要要求的机器人。
  • 学生了解如何通过齿轮装置来增加机器人的扭矩。
  • 学生能够提出富有创意的解决方案,并考虑了多种解决方案。

自我评估
让每位学生选择最能代表自己当前水平的等级。

  • 铜章:能够搭建一个可以在平面上移动的机器人。
  • 银章:能够搭建一个可以驶上平缓坡道(15 度)的机器人。
  • 金章:能够搭建一个可以驶上陡峭坡道(30 度)的机器人。
  • 铂金章:能够搭建一个机器人,其可以驶上非常陡峭的坡道(45 度)。
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语言艺术拓展

整合语言艺术能力培养,请让学生:

  • 准备演示文稿或视频,其中要突出机器人的特点和性能
  • 准备演示文稿,解释他们程序的一些重要功能

备注:这部分内容可用作拓展课程。

职业连接

喜欢这节课的学生可能会对以下相关行业产生兴趣:

  • 信息技术(计算机编程)
  • 制造与工程(工程预科)
  • 科学、技术、工程、数学(工程与技术)

教师支持

学生将会

  • 搭建机器人并对其进行编程,使它驶上尽可能陡峭的斜坡
  • 理解机器的速度和功率可以通过机械动力和电力来改变

乐高®教育 MINDSTORMS® 头脑风暴 EV3 机器人核心套装
EV3 课堂 App 应用程序
用作坡道的长板(或泡沫板),
用以调整倾斜程度的方块、书本或其它物体,
以及量角器或卷尺

中华人民共和国教育部
中小学综合实践活动课程指导纲要
设计制作活动(信息技术)(6年级)
主题14.简易互动媒体作品设计
使用常见的外部设备,结合常见的编程语言,设计出通过多样化的信息输入方式呈现出各种有趣效果的互动作品。
中华人民共和国教育部
义务教育小学科学课程标准
主题4 技术与工程领域(6年级)
运用杠杆、滑轮、齿轮等简单机械装置的传递改变力的大小。

学生材料

学生学习单

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