乐高MINDSTORMS头脑风暴EV3机器人核心套装

解救 MSL 机器人

设计、搭建一个机器人,并对其进行编程,使它导航至陨石坑,解救出 MSL 机器人,这样机器人的所有六个轮子都可以回到火星表面。

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。
  • 收集有关星球探测车及其在太空探索中应用的信息。
  • 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)

  • 围绕机器人导航至陨石坑并解救 MSL 机器人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,并派它去解救 MSL 机器人。
  • 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

火星科学实验室 (MSL) 机器人是一辆放射性同位素热电驱动式探测车,其自 2012 年以来一直在火星表面进行探索。它配备有各种钻头、铲子及其它设备,能够研究火星的气候和地质。

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利用下列问题引导学生围绕星球探测车在太空探索中的作用展开一次讨论:

  • 什么是星球探测车?
  • 它们如何帮助人类探索太空?

任务目标
机器人导航至陨石坑,并解救出 MSL 机器人,这样 MSL 机器人的所有六个轮子都可以回到火星表面。

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:

  • 你能想出一些使机器人导航至陨石坑的方法吗?
  • 哪种电动机械装置可用于解救 MSL 机器人?
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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
将示例解决方案模型放置在挑战垫起始位置 “1”上并执行任务。确保将收集器模块放置在视频所示的位置。

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任务故障排除
如果学生意外碰到陨石坑前的岩石样品,建议他们首先完成取回岩石样本任务。

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:

  • 移除位于陨石坑前的岩石样品
  • 与学生合作,帮助他们找出机器人从陨石坑上方解救 MSL 机器人的方法
  • 让学生在尝试本任务之前首先完成机器人教练单元的抓放物体课程
  • 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:

  • 限制学生完成任务的时间
  • 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:此小组未能从陨石坑中解救出 MSL 机器人,但明显进行了尝试。
  • 银章:此小组能够将机器人搬离原来的位置,但它仍旧接触陨石坑,或者它的一些轮子还没有回到火星表面。
  • 金章:此小组能够从陨石坑中解救出 MSL 机器人,且机器人的所有六个轮子都回到了火星表面。
  • 铂金章:此小组从陨石坑中解救出 MSL 机器人,且机器人的所有六个轮子都回到了火星表面。此外,他们还超出了任务要求,为自己的设计增添了功能。
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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
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)(8年级)
主题10.开源机器人初体验
结合开源硬件,设计有行动能力的机器人。

学生材料

学生学习单

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