乐高MINDSTORMS头脑风暴EV3机器人核心套装

启动通信

设计、搭建一个机器人,并对其进行编程,使它导航至卫星碟形天线,然后推动天线,直到它完全直立。

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。
  • 收集有关卫星碟形天线及其在深空通信中应用的信息。
  • 可根据教学需要,使用 App 应用程序中的机器人教练单元设计课程。这将有助于学生熟悉乐高®教育 MINDSTORMS® 头脑风暴 EV3 机器人套装。
  • 如想完成本节课程,学生必须搭建八个空间挑战模型并准备好挑战垫。
  • 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次任务展开一次讨论。
  • 解释本次任务的目标、规则及成就徽章。
  • 将您的班级分成多个小组。

3.探究(25 分钟)

  • 让学生集思广益,完成这项任务。
  • 鼓励他们创造多个原型,同时从搭建和编程方面进行探索。
  • 给各组一些时间,让他们独立进行搭建并测试自己的解决方案。

4.解释 (10 分钟)

  • 围绕机器人导航至通信站并将卫星碟形天线推到直立位置所必须具备的关键功能,组织学生进行一次讨论。

Part B

5.拓展(45 分钟)

  • 让每个小组准备他们的机器人,并派它去启动通信站
  • 让学生继续调整自己的机器人,直到他们准备好进行评测。
  • 请记得预留整理时间。

6.评估

  • 每个小组都将根据他们完成任务的情况获得成就徽章。
  • 评估每个小组解决方案的创造性以及他们合作的情况。
  • 可借助所提供的评价准则来简化此环节。

发起一次讨论

卫星碟形天线是一种通过无线电波接收或传输数据的天线。在人类火星任务中,它们被用来在地球和火星之间传递信息。无线电波以光速传播,但由于地球与火星之间的距离不断变化,所以两者之间的通信大约会延迟四到二十四分钟。

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利用下列问题引导学生围绕如何使用卫星碟形天线进行深空通信展开一次讨论:

  • 什么是卫星碟形天线?
  • 如何使用卫星碟形天线进行深空通信?

任务目标
机器人导航至卫星碟形天线,然后推动天线,直到它完全直立。

下面是完成这项任务的示例任务解决方案:

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任务规则
共有五条适用于所有空间挑战任务的规则。确保学生在开始任务之前了解所有规则:

  • 机器人必须始终从基地开始任务。
  • 机器人在执行任务之前必须离开基地。
  • 当机器人的任何部分越过基地边界线的任何位置时,就会发生“机器人成功返回”事件。
  • 当机器人处于基地外部时,不得触碰它。
  • 如果在机器人完全处于基地外部且持有物体的情况下触碰机器人,则必须将物体放回其初始位置,重新开始任务。

任务成就徽章
成就徽章共有四个等级。向学生说明,每个小组都将根据他们完成任务的情况获得成就徽章。有关此任务成就徽章的说明,请参阅下面评估环节部分。

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。利用下列问题引导各小组进行头脑风暴,完成这项任务:

  • 机器人可以通过哪些方式导航到达通信站
  • 机器人可以通过哪些方法谨慎且准确地将卫星碟形天线推到直立位置?
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示例任务解决方案(搭建手册)
示例任务解决方案由以下解决方案扩展组成:

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执行任务
重置通信站,将示例解决方案模型放置在挑战垫上的起始位置 “1”,并执行任务。

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任务故障排除
为避免推动卫星碟形天线过度,请使用超声波传感器检测梁的红色侧壁。在反射光线强度模式下使用颜色传感器检测机器人在挑战垫上的位置。如果颜色传感器未检测到挑战垫上的颜色变化,请尝试校准传感器。

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,找到从指定距离处(即不是从基地区域开始)向上推动卫星碟形天线的方法
  • 让学生在尝试本任务之前首先完成机器人教练单元的物体和障碍物课程
  • 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:

  • 随机切换通信天线的位置,并让学生编制一个响应此变量的程序
  • 限制学生完成任务的时间
  • 向学生提出挑战,要求他们同时使用颜色传感器和超声波传感器来完成任务
  • 增加设计限制,可通过限制乐高®元件数量,或为每种乐高元件标以“价格”并限制每个机器人最高“成本”的方式

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度:

  • 学生能够设计一个符合任务要求的机器人。
  • 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。
  • 学生能够作为一个团队一起完成任务。

成就徽章
每个小组都将根据他们完成挑战任务的情况获得成就徽章。

  • 铜章:机器人能够走出基地并推动卫星碟形天线,但由于机器人推动过度或不足,导致天线不能保持直立。
  • 银章:卫星碟形天线能够保持直立,但由于机器人推力不足,导致其位置偏低。
  • 金章:卫星碟形天线能够保持直立。
  • 铂金章:卫星碟形天线能够保持直立,并且超出了任务要求,为他们的设计增添了功能。
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自我评估
让每位学生选择最能代表自己当前水平的成就徽章。

  • 铜章:能够尽全力克服困难。
  • 银章:过程中发生了几次事故,但能够坚持到任务结束。
  • 金章:能够以优异成绩完成任务。
  • 铂金章:不仅能够完成任务,还能在自己的设计中增添有效且富有创意的功能。

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:

  • 展示他们完成任务的能力

中华人民共和国教育部
义务教育初中物理课程标准
主题:电和磁(8年级)
知道电磁波在真空中的传播速度。了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展影响。

学生材料

以 HTML 页面或可打印的 PDF 格式下载、查看或分享学生学习单。

了解详情

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