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与机器人对话
沪科版八年级下册
内容总览
目录
01
05
03
02
04
06
学习目标
新知导入
认识智能机器人及其应用
了解机器人的基本结构
了解常见传感器
搭建简单的行进机器人
07
板书设计
09
课后作业
08
课堂总结
教学目标
信息意识
培养学生能够识别和理解机器人技术及其应用领域的能力，意识到信息技术在机器人领域的重要性和应用潜力。
计算思维
通过机器人的搭建和编程活动，培养学生的逻辑思维能力、问题解决能力和算法设计能力，使学生能够运用计算思维解决机器人行进问题。
数字化学习与创新
鼓励学生利用数字化工具和资源进行学习与创新，通过上网研究和小组活动，培养学生的自主学习能力和协作能力，激发学生对机器人技术的兴趣和创造力。
信息社会责任
引导学生思考机器人技术对社会和个人带来的影响，培养学生的信息安全意识，使学生能够在机器人应用领域中承担相应的社会责任。
新知导入
机器人一直是人工智能的重要研究领域之一。随着技术的发展，机器人的应用越来越广泛。机器人已能为人们提供各种优质的服务，例如，机器人服务员能完成餐饮点单、送餐等服务。机器人还能代替人们完成很多危险或高难度的任务。例如，手术机器人能协助医生完成复杂的手术,工业机器人能完成精密仪器、汽车等的制造工作,水下机器人能在深海开展各种探险工作……
新知导入
在本活动中，将学习智能机器人的基本概念和应用领域，了解机器人的基本结构以及常见传感器的作用、基本结构和工作原理，了解简单机器人的运动和控制原理。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
1.从机器人到智能机器人
现代社会里，人们对“机器人”这个词并不陌生，很多科幻小说和影视作品中都有对机器人的精彩描绘，生活中也有越来越多的机器人为人们提供各种服务。
但是，到底什么是机器人，目前并没有统一的回答。有人认为，机器人是能灵活地完成特定的操作或运动任务，并可重复编程的多功能操作器。人们通常还接受另一种说法，认为机器人是一种具有感觉和识别能力，能够控制自身行为的机器。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
1.从机器人到智能机器人
机器人技术综合了机械工程、电子工程、传感器应用、信息技术、数学、物理等多种学科，代表着一个国家的高科技发展水平。但是，机器人并不等同于人工智能。一方面，人工智能的应用很多，但很多应用都与机器人无关，如搜索引擎、拍照翻译App、语音翻译App等；另一方面，许多机器人并不具备智能，汽车生产流水线上的工业机器人一直在执行一系列重复的动作，如装配、喷漆。这些重复动作并不需要人工智能，只需要事先编写好程序，也就是说，这些工业机器人只按照设定的程序自动完成规定的动作，并不具备智能。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
说说做做
说说你对机器人的认识：怎样的机器可以称为机器人 电视、冰箱、微波炉等传统家电属于机器人吗
参考：机器人通常是一种能够自动执行任务的机器系统。它们具备传感器、控制器和执行器等设备，可以感知环境、做出决策并执行动作。与传统家电不同，机器人需要具备一定的自主性和智能性，而不是仅仅按照预设程序机械地运作。因此，电视、冰箱、微波炉等传统家电并不属于机器人，它们只是简单的电子设备，不能自主感知环境和做出决策。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
无论是何种机器人，它们都不应违反机器人的“三大定律”。
提示板
第一定律：机器人不得伤害人类，或坐视人类受到伤害；
第三定律：在不违背第一及第二法则前提下，机器人必须保护自己。
第二定律：除非违背第一法则，机器人必须服从人类的命令；
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
1.从机器人到智能机器人
智能机器人融合了人工智能与机器人技术，是一种具有一定“智能”的可以“思考”“对话”或“运动”的机器人。与只能按照既定程序或模式按部就班地执行一些重复工作的机器人不同，智能机器人能够根据用户的指令或要求，感知当前的环境，进行一定的“思考”“分析”,然后结合事先制定的行动纲领，做出“决策”并执行相应的动作。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
数字化学习
上网开展研究，试着列举更多与机器人无关的人工智能应用以及并不具备智能的机器人。
参考：与机器人无关的人工智能应用包括智能语音识别系统，如Siri，能理解并执行语音命令；还有智能推荐系统，如京东和淘宝的推荐算法。而不具备智能的机器人，例如自动化生产线上的机械臂，它们按照预设程序重复相同动作，没有决策能力；还有扫地机器人，虽然能自主移动清扫，但其智能程度较低，主要依赖预设模式和传感器输入。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
说说做做
人类对机器人总是抱有复杂的情感，既期待机器人能造福人类，又忧虑它们 对人类造成威胁。随着机器人智能化程度的不断提高，不少人担心智能机器人未来会不受人类的控制而导致安全问题。对此，你有怎样的观点和看法
参考：随着机器人智能化程度的提高，人们的担忧也日益加剧。但我认为，关键在于我们如何引导和管理这一技术的发展。机器人无疑有巨大的潜力造福人类，提升生活质量。然而，我们也必须建立严格的监管机制，确保机器人的使用符合道德和法律标准，防止其滥用和失控。只有这样，我们才能充分发挥机器人的积极作用，同时保障人类的安全和利益。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
2.了解智能机器人的应用领域
生活中的扫地机器人是一种常见的智能机器人，它能够感知周围的环境状况，自动避开一些障碍物，并不断修正规划路线，完成清扫工作。此外，商场和博物馆等公共场所提供咨询的服务机器人、仓库分拣货物的机器人、机器人大赛中的足球机器人等都是智能机器人。
随着技术的发展，智能机器人的应用领域日益广泛，在工业、军事、科研、教育、医疗、物流、家庭服务、个人娱乐等领域均发挥着越来越重要的作用。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
说说做做
以小组为单位，每组选择一种智能机器人开展研究，了解其特点、功能和应用领域，并在班级里交流。
参考：我们小组选择了服务型智能机器人作为研究对象。这种机器人具有高度的智能和自主性，能够完成多种服务任务，如餐饮服务、家庭保洁、医疗护理等。它们通常配备了先进的传感器、控制系统和人工智能技术，能够感知环境、理解人类语言，并根据需求做出相应反应。服务型智能机器人在现代社会中应用广泛，为人们的生活带来了便利和舒适。我们相信，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，服务型智能机器人将会在未来发挥更加重要的作用。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
知识链接
我国机器人产业发展现状
机器人的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。因此，我国非常重视机器人产业的发展。
根据《“十四五”机器人产业发展规划》,“十三五”以来，通过持续创新、深化应用，我国机器人产业呈现良好发展势头。产业规模快速增长，年均复合增长率约15%。2020年机器人产业营业收入突破1000亿元，工业机器人产量达21.2万台(套)。
新知讲解
一、认识智能机器人及其应用
知识链接
我国机器人产业发展现状
技术水平持续提升，运动控制、高性能伺服驱动、高精密减速器等关键技术和部件加快突破，整机功能和性能显著增强。集成应用大幅拓展，2020年制造业机器人密度达到246台/万人，是全球平均水平的近2倍，服务机器人、特种机器人在仓储物流、教育娱乐、清洁服务、安防巡检、医疗康复等领域实现规模应用。
我国机器人产业正加快向中高端、多领域发展，产业发展空间和潜力巨大。
新知讲解
二、了解机器人的基本结构
说说做做
人类用“感官”去感知世界，用“大脑”来思考决策并控制各器官协同工作，用“肢体”去执行动作。同样，机器人也需要拥有“感官”“大脑”和“肢体”等，完成感知、决策和行动。
一个机器人通常由控制系统、传感系统、驱动系统和机械系统组成。传感系统采集各类数据并将其传送给控制系统，控制系统对这些数据进行运算或分析并控制驱动系统，驱动系统执行相应的动作，机械系统则相当于机器人的身体。
以教育机器人为例，其中的控制器或主板相当于人类的“大脑”;各类传感器相当于人类的“感官”;电机或舵机是机器人的动力部分，配合其他一些基础结构配件来执行动作。当然，机器人要正常行动，还必须拥有能源的支持。
新知讲解
二、了解机器人的基本结构
提示板
教育机器人是以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标而专门开发的机器人成品、套装或散件，主要应用于学校、培训机构的机器人教学。
新知讲解
二、了解机器人的基本结构
说说做做
机器人的身体结构不一定是“人”形的，这取决于人们想让它做怎样的工作及其所处的工作环境。机器人的功能决定了它的大小、外形、材质等。分组活动，每组调查一种机器人，了解其在完成指定工作过程中独有的结构及设计者的意图。班级交流各自的调查结果，完成表格。
新知讲解
二、了解机器人的基本结构
参考
机器人 独有的结构 设计意图
工业机器人 多关节机械臂、高精度传感器 设计用于在工业自动化环境中执行精确、重复的工作，如装配、焊接、喷涂等。多关节机械臂提供了高度灵活性和可达性，而高精度传感器则确保操作的精确性。
服务机器人 人形外观、语音交互系统、移动平台 设计用于在公共场所（如酒店、商场、机场等）提供导览、咨询、接待等服务。人形外观和语音交互系统使其更容易与人类用户进行互动，移动平台则使其能够在不同区域提供服务。
农业机器人 履带式或轮式底盘、农业工具接口 设计用于在农田环境中执行播种、施肥、除草、收割等农业任务。履带式或轮式底盘使其能够在不同地形上稳定行驶，农业工具接口则可方便更换不同类型的农业工具。
医疗机器人 精细机械臂、高清摄像头、无菌外壳 设计用于在医疗领域执行手术、检查、康复等任务。精细机械臂和高清摄像头提供了高度精确和可视化的操作，无菌外壳则确保在无菌环境下进行手术。
水下机器人 防水外壳、推进器、声呐传感器 设计用于在水下环境中执行探测、搜救、科学研究等任务。防水外壳保护内部电子元件免受水侵蚀，推进器提供动力，声纳传感器则用于探测水下环境和目标。
新知讲解
三、了解常见传感器
机器人利用各种传感器来采集数据，如相当于视觉器官的红外传感器、灰度传感器、光敏传感器，相当于听觉器官的声音传感器，相当于触觉器官的触碰传感器和温度传感器等。
红外发射管发出红外线，红外线在遇到物体后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线后，发送电信号给机器人的控制系统，使其知道前方存在物体。
红外传感器
新知讲解
三、了解常见传感器
不同颜色的检测面对光的反射程度不同，不同程度的反射光会使光敏电阻呈现不同的电阻值，灰度传感器利用这个原理进行颜色深浅检测。灰度传感器上有一只发光二极管和一只光敏电阻，且都安装在同一面上。在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为机器人可以识别的信号。
灰度传感器
新知讲解
三、了解常见传感器
光敏传感器用于监测光线的强弱。光线强度不同，光敏传感器的感应数值也不同。
光敏传感器
声音传感器用于接收声波，感知声音的强弱。
声音传感器
新知讲解
三、了解常见传感器
当触碰传感器检测到有物体触碰时，会产生一个电信号通知机器人的控制系统，告知触碰到了物体。
触碰传感器
温度传感器感受到温度后将其转换成电信号传输给机器人的控制系统。
温度传感器
新知讲解
三、了解常见传感器
除了机器人外，生活中很多场景或应用中都会用到各类传感器，例如马路上的噪音实时监控、楼道声控灯等使用了声音传感器，光控路灯采用了光敏传感器。阅读知识链接，并尝试列举生活中各种传感器的应用案例。
说说做做
传感器 应用实例
温度传感器 冰箱和冷冻柜使用温度传感器来监测内部的温度，确保食物在安全的温度下保存。
触摸传感器 在智能手机、平板电脑以及其他触摸屏设备上触摸传感器能够检测用户的触摸输入，如点击、滑动、长按等手势，并将这些信息转换成电信号进行传输和处理，从而使用户能够与设备进行直观且便捷的交互。
新知讲解
三、了解常见传感器
传感器的常见应用
传感器的应用领域非常广泛，除了应用于机器人领域、军事领域、交通领域、环保领域之外，它在我们的日常生活中也很常见。
知识链接
商厦、酒店的大门多为自动门，微波感应器或红外传感器检测到人或物体时，便会自动开门。
该系统中使用了烟雾传感器，能检测出火焰燃烧所产生的烟雾，从而发出警报。
自动门
火警警报系统
新知讲解
三、了解常见传感器
知识链接
其中的气敏传感器能检测到泄漏的燃气，从而使蜂鸣器发出警报。
智能手机内部安装了很多传感器。例如，利用光线传感器来协助调整屏幕的亮度；利用距离传感器来感知手机是否被贴在耳朵上通话，若是则会关闭屏幕来省电；利用重力传感器来检测手机重心的变化，从而根据人握手机姿势的变化自动切换横屏或竖屏效果。
燃气警报器
智能手机
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
以下将搭建一个简单的机器人——“走走停停”的行进机器人，体验机器人是如何运动的。其任务要求如下：
机器人前进15秒，然后停止5秒，再前进5秒后停止。
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
为完成任务，机器人需要具备行进功能，因此可以设计一个通过轮子滚动来实现前进和后退的机器人小车。
以某教育机器人为例，可以选用的基本模块有：控制器、大型电机、车轮、连接线、电池、基础零件等。
1.设计构思
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
根据自己的设计完成行进机器人的结构搭建。例如，可以按以下方法搭建：
2.搭建结构
(1)完成左右轮电机的搭建。
(2)将左右轮电机通过连接装置连接在一起。
(3)加固机器人底盘。
(4)完成万向轮的制作。
(5)安装万向轮。
(6)安装并固定控制器。
(7)在左右轮电机上安装车轮，并用连接线将电机与控制器相连。
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
分析任务可知，完成行进任务需要机器人的控制系统先控制驱动系统前进15秒，然后控制驱动系统停止5秒，再控制驱动系统前进5秒，最后停止。电机的参数设置见下表。
3.编写程序
实现功能 左电机设置 右电机设置
前进n秒 转向：向前 功率：50 秒数：n秒 转向：向前
功率：50
秒数：n秒
停止 关闭电机 关闭电机
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
如果机器人要实现后退，电机的参数该如何设置
说说做做
实现功能 左电机设置 右电机设置
后退n秒 转向：向后 功率：50 秒数：n秒 转向：向后
功率：50
秒数：n秒
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
行进机器人的程序编写方法如下：
(1)将动作模块中的“移动转向”模块拖至编程画布区与主程序相连。
(2)开启指定秒数，将B和C端口的电机参数分别设置为：转向0、功率50、秒数15。
(3)拖一个“移动转向”模块与程序相连，并关闭电机。
(4)将流程控制模块中的“等待”模块拖至编程画布区与程序相连，并设置等待时间为5s。
(5)拖一个“移动转向”模块与程序相连，将电机参数的设置分别设置为：转向0、功率50、秒数5。
(6)拖一个“移动转向”模块与程序相连，并关闭电机。
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
提示板
程序是机器人的“灵魂”,机器人要做的任何动作都由程序决定。程序就是为了操纵机器运动而编写的一系列有序的命令集合。
不少教育机器人的程序编写都采用可视化的图形操作界面，使用方便，只要结合绘制好的流程图，把相应的模块图标拖至编程区，再设置各个模块的参数即可。
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
4.编译并下载程序
用连接线连接控制器的USB端口与计算机的USB端口。打开控制器的开关，计算机会显示已连接至控制器的对话框。点击对话框中的“下载”按钮，将程序编译并下载到控制器中。
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
5.运行与调试程序
拔掉连接线，选择下载的程序，就可以运行与调试程序了。机器人行进时注意观察其是否按照编程的要求正确完成任务，如果不是，可以参考以下问题进行分析与解决：
(1)程序的设计思路是否正确
(2)编程模块的选择是否恰当
(3)编程模块的参数是否设置准确
(4)编程模块之间是否正常连接
(5)电机或传感器与控制器相连的端口序号是否正确
(6)机器人的电源、机器人测试场地环境(光线、地面摩擦力和噪声等)对机器人是否有影响
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
知识链接
教育机器人的硬件
为方便学生学习，教育机器人大多采用积木式的搭建结构以及模块化的系统结构。学生可以利用各类零件搭建出许多个性化的机器人。教育机器人的主要硬件一般分为控制系统、传感系统和驱动系统。
本例中的控制器有4个输入端口和4个输出端口、1个USB端口、1个迷你SD卡槽、1个编程接口。它内置扬声器，与计算机的通信支持USB2.0、蓝牙和Wi-Fi。
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四、搭建简单的行进机器人
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教育机器人的硬件
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四、搭建简单的行进机器人
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教育机器人的常用传感器
传感器及其功能 实物图 图标
光电传感器，检测颜色或者光强度
触动传感器，检测传感器的红色按钮何时被按压、何时被松开。常用来做触发装置或检测触碰
超声波传感器，检测物体与传感器之间的距离，通常用来测距和识别障碍
角度传感器，内置在伺服电机中，用于检测电机运行功率、运行角度及运行的圈数
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四、搭建简单的行进机器人
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教育机器人的常用传感器
传感器及其功能 实物图 图标
陀螺仪传感器，测量旋转运动方向和改变运动方向，可测量角度
温度传感器，检测外界的温度
红外传感器，检测从固体反射回来的红外光或从远处发射过来的红外光
声音传感器，检测声音，还能识别声音和辨识语调，从而让机器人对声音"命令作出反应"
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
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教育机器人的常用电机
电机及其功能 实物图 图标
大型电机，为机器人的行动提供基础驱动力
中型电机，小且轻，驱动力比大型电机差，反应速度比大型电机快
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
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教育机器人的硬件
控制器的四个输出端口(A、B、C、D)通常用于连接电机模块。默认设置下，端口A连接中型电机，端口B、端口C、端口D用于连接大型电机。其中端口B和端口C通常默认是机器人的左电机和右电机。
控制器的四个输入端口(1、2、3、4)通常用于连接传感器。默认设置情况下，端口1连接触动传感器或温度传感器，端口2连接陀螺仪传感器或声音传感器，端口3连接光电传感器，端口4连接超声波传感器或红外传感器。
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四、搭建简单的行进机器人
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控制器
新知讲解
四、搭建简单的行进机器人
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教育机器人的编程软件
机器人编程软件的窗口中除了菜单栏外，还有编程画布、编程面板、硬件页面、编程工具栏、内容编辑器。其中，编程画布、编程面板和硬件页面是最基本的面板。
所有的编程模块都在编程面板内，编写程序时只要用鼠标将要使用的功能模块从编程面板中拖到编程画布区域，然后进行一定的参数设置即可。在硬件页面处可以创建并管理与控制器的通信，查看所连接的电机和传感器及它们连接的端口位置，也可以将程序下载到控制器中。
编程模块根据类型和性质分为不同的类别。
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四、搭建简单的行进机器人
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编程软件窗口
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四、搭建简单的行进机器人
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常用编程模块
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四、搭建简单的行进机器人
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常用编程模块
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四、搭建简单的行进机器人
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常用编程模块
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扩展延伸——教育机器人学习建议
1.系统学习与实践
从基础开始，逐步掌握EV3的硬件组件和软件编程环境。了解机器人的基本构造和工作原理，熟悉各种传感器和电机的功能。
通过阅读乐高官方教程、参考书籍和在线资源，系统地学习EV3的编程技巧和机器人搭建方法。不断实践，将所学知识应用到实际项目中。
2.培养解决问题的能力
在学习过程中，遇到问题时不要气馁。尝试分析问题原因，并寻找解决方案。通过不断尝试和调试，培养解决问题的能力。
学会利用乐高社区和其他在线平台寻求帮助。与其他EV3爱好者交流经验，分享解决问题的方法。
新知讲解
扩展延伸——教育机器人学习建议
3.跨学科学习与应用
将EV3机器人技术与数学、物理、工程等其他学科相结合，探索机器人在不同领域的应用。这有助于培养跨学科思维，提高综合素质。
关注机器人技术的最新发展动态，了解前沿技术和应用趋势。这有助于保持对EV3学习的热情和动力。
4.耐心与毅力
学习EV3需要时间和耐心。不要期望一蹴而就，而是要持续投入精力去学习和实践。通过不断积累经验和技能，逐步提高自己的水平。
保持对学习的热情和毅力。遇到困难时，要勇敢面对并克服它们。相信自己的潜力，不断挑战自己，取得更大的进步。
课堂总结
本次信息科技活动课程中，我们深入学习了智能机器人的基本概念、应用领域以及基本结构，对机器人的“感官”“大脑”和“肢体”有了更直观的认识。通过亲手搭建简单的行进机器人，我们体验了机器人的运动原理，实践了从设计构思到编程调试的全过程。这不仅锻炼了我们的动手能力，更激发了我们对机器人技术的兴趣与热爱。未来，我们将继续探索机器人的奥秘，期待在更广阔的领域见证机器人的智能与魅力。
板书设计
课后作业
在网络上搜索一种你感兴趣的智能机器人，了解它的特点、功能及应用领域，并思考它如何结合传感器和驱动系统完成指定任务。
1
设计一款能够自动避障的机器人，画出简图并描述其工作原理。思考在实现避障功能时，可能需要使用到哪些传感器，并说明理由。
2
谢谢
21世纪教育网（www.21cnjy.com)
中小学教育资源网站
兼职招聘：
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin中小学教育资源及组卷应用平台
与机器人对话 教学设计
课题 与机器人对话 单元 初识人工智能——智能工具与智能机器人 学科 初中信息技术 年级 八年级
教材分析 本次活动内容主要介绍了智能机器人的基本概念、应用领域、基本结构、传感器以及简单机器人的运动和控制原理。通过搭建行进机器人的实践活动，学生可以更加深入地了解机器人的运动和控制过程，提升实践能力和创新思维。教材内容丰富、图文并茂，注重理论与实践相结合，有助于学生全面了解机器人的相关知识和技术，为进一步学习和应用机器人技术打下基础。同时，教材内容也强调了机器人的安全问题，引导学生正确看待机器人的发展和应用，培养学生的社会责任感。总体来说，该教材内容丰富、形式多样，既注重实践操作又兼顾理论知识，有助于学生全面了解和认识智能机器人。
学习目标 信息意识：培养学生能够识别和理解机器人技术及其应用领域的能力，意识到信息技术在机器人领域的重要性和应用潜力。计算思维：通过机器人的搭建和编程活动，培养学生的逻辑思维能力、问题解决能力和算法设计能力，使学生能够运用计算思维解决机器人行进问题。数字化学习与创新：鼓励学生利用数字化工具和资源进行学习与创新，通过上网研究和小组活动，培养学生的自主学习能力和协作能力，激发学生对机器人技术的兴趣和创造力。信息社会责任：引导学生思考机器人技术对社会和个人带来的影响，培养学生的信息安全意识，使学生能够在机器人应用领域中承担相应的社会责任。
重点 机器人的基本概念、应用领域、基本结构和常见传感器的作用。简单机器人的运动和控制原理，包括编程和调试过程。
难点 理解机器人的“智能”如何体现，以及如何结合人工智能技术进行机器人的智能化设计和应用。如何根据任务需求设计合适的算法，如何通过编程实现机器人的预期行为。对机器人技术应用中社会责任问题的深入思考和讨论。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 机器人一直是人工智能的重要研究领域之一。随着技术的发展，机器人的应用越来越广泛。机器人已能为人们提供各种优质的服务，例如，机器人服务员能完成餐饮点单、送餐等服务。机器人还能代替人们完成很多危险或高难度的任务。例如，手术机器人能协助医生完成复杂的手术,工业机器人能完成精密仪器、汽车等的制造工作,水下机器人能在深海开展各种探险工作……在本活动中，将学习智能机器人的基本概念和应用领域，了解机器人的基本结构以及常见传感器的作用、基本结构和工作原理，了解简单机器人的运动和控制原理。 了解机器人的广泛应用和本次活动的内容。 通过介绍机器人的广泛应用和重要作用，激发学生对智能机器人领域的兴趣与好奇心，为其后续学习机器人的基本概念、结构、传感器原理及运动控制等奠定认知基础，进而培养学生的科技创新意识和实践能力。
讲授新课 一、认识智能机器人及其应用1.从机器人到智能机器人现代社会里，人们对“机器人”这个词并不陌生，很多科幻小说和影视作品中都有对机器人的精彩描绘，生活中也有越来越多的机器人为人们提供各种服务。但是，到底什么是机器人，目前并没有统一的回答。有人认为，机器人是能灵活地完成特定的操作或运动任务，并可重复编程的多功能操作器。人们通常还接受另一种说法，认为机器人是一种具有感觉和识别能力，能够控制自身行为的机器。机器人技术综合了机械工程、电子工程、传感器应用、信息技术、数学、物理等多种学科，代表着一个国家的高科技发展水平。但是，机器人并不等同于人工智能。一方面，人工智能的应用很多，但很多应用都与机器人无关，如搜索引擎、拍照翻译App、语音翻译App等；另一方面，许多机器人并不具备智能，汽车生产流水线上的工业机器人一直在执行一系列重复的动作，如装配、喷漆。这些重复动作并不需要人工智能，只需要事先编写好程序，也就是说，这些工业机器人只按照设定的程序自动完成规定的动作，并不具备智能。说说做做说说你对机器人的认识：怎样的机器可以称为机器人 电视、冰箱、微波炉等传统家电属于机器人吗 参考：机器人通常是一种能够自动执行任务的机器系统。它们具备传感器、控制器和执行器等设备，可以感知环境、做出决策并执行动作。与传统家电不同，机器人需要具备一定的自主性和智能性，而不是仅仅按照预设程序机械地运作。因此，电视、冰箱、微波炉等传统家电并不属于机器人，它们只是简单的电子设备，不能自主感知环境和做出决策。提示板无论是何种机器人，它们都不应违反机器人的“三大定律”。第一定律：机器人不得伤害人类，或坐视人类受到伤害；第二定律：除非违背第一法则，机器人必须服从人类的命令；第三定律：在不违背第一及第二法则前提下，机器人必须保护自己。智能机器人融合了人工智能与机器人技术，是一种具有一定“智能”的可以“思考”“对话”或“运动”的机器人。与只能按照既定程序或模式按部就班地执行一些重复工作的机器人不同，智能机器人能够根据用户的指令或要求，感知当前的环境，进行一定的“思考”“分析”,然后结合事先制定的行动纲领，做出“决策”并执行相应的动作。数字化学习上网开展研究，试着列举更多与机器人无关的人工智能应用以及并不具备智能的机器人。说说做做人类对机器人总是抱有复杂的情感，既期待机器人能造福人类，又忧虑它们 对人类造成威胁。随着机器人智能化程度的不断提高，不少人担心智能机器人未来会不受人类的控制而导致安全问题。对此，你有怎样的观点和看法 参考：随着机器人智能化程度的提高，人们的担忧也日益加剧。但我认为，关键在于我们如何引导和管理这一技术的发展。机器人无疑有巨大的潜力造福人类，提升生活质量。然而，我们也必须建立严格的监管机制，确保机器人的使用符合道德和法律标准，防止其滥用和失控。只有这样，我们才能充分发挥机器人的积极作用，同时保障人类的安全和利益。2.了解智能机器人的应用领域生活中的扫地机器人是一种常见的智能机器人，它能够感知周围的环境状况，自动避开一些障碍物，并不断修正规划路线，完成清扫工作。此外，商场和博物馆等公共场所提供咨询的服务机器人、仓库分拣货物的机器人、机器人大赛中的足球机器人等都是智能机器人。随着技术的发展，智能机器人的应用领域日益广泛，在工业、军事、科研、教育、医疗、物流、家庭服务、个人娱乐等领域均发挥着越来越重要的作用。说说做做以小组为单位，每组选择一种智能机器人开展研究，了解其特点、功能和应用领域，并在班级里交流。参考：我们小组选择了服务型智能机器人作为研究对象。这种机器人具有高度的智能和自主性，能够完成多种服务任务，如餐饮服务、家庭保洁、医疗护理等。它们通常配备了先进的传感器、控制系统和人工智能技术，能够感知环境、理解人类语言，并根据需求做出相应反应。服务型智能机器人在现代社会中应用广泛，为人们的生活带来了便利和舒适。我们相信，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，服务型智能机器人将会在未来发挥更加重要的作用。知识链接我国机器人产业发展现状机器人的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。因此，我国非常重视机器人产业的发展。根据《“十四五”机器人产业发展规划》,“十三五”以来，通过持续创新、深化应用，我国机器人产业呈现良好发展势头。产业规模快速增长，年均复合增长率约15%。2020年机器人产业营业收入突破1000亿元，工业机器人产量达21.2万台(套)。技术水平持续提升，运动控制、高性能伺服驱动、高精密减速器等关键技术和部件加快突破，整机功能和性能显著增强。集成应用大幅拓展，2020年制造业机器人密度达到246台/万人，是全球平均水平的近2倍，服务机器人、特种机器人在仓储物流、教育娱乐、清洁服务、安防巡检、医疗康复等领域实现规模应用。我国机器人产业正加快向中高端、多领域发展，产业发展空间和潜力巨大。二、了解机器人的基本结构人类用“感官”去感知世界，用“大脑”来思考决策并控制各器官协同工作，用“肢体”去执行动作。同样，机器人也需要拥有“感官”“大脑”和“肢体”等，完成感知、决策和行动。一个机器人通常由控制系统、传感系统、驱动系统和机械系统组成。传感系统采集各类数据并将其传送给控制系统，控制系统对这些数据进行运算或分析并控制驱动系统，驱动系统执行相应的动作，机械系统则相当于机器人的身体。以教育机器人为例，其中的控制器或主板相当于人类的“大脑”;各类传感器相当于人类的“感官”;电机或舵机是机器人的动力部分，配合其他一些基础结构配件来执行动作。当然，机器人要正常行动，还必须拥有能源的支持。提示板教育机器人是以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标而专门开发的机器人成品、套装或散件，主要应用于学校、培训机构的机器人教学。说说做做机器人的身体结构不一定是“人”形的，这取决于人们想让它做怎样的工作及其所处的工作环境。机器人的功能决定了它的大小、外形、材质等。分组活动，每组调查一种机器人，了解其在完成指定工作过程中独有的结构及设计者的意图。班级交流各自的调查结果，完成下表。参考：机器人独有的结构设计意图工业机器人多关节机械臂、高精度传感器设计用于在工业自动化环境中执行精确、重复的工作，如装配、焊接、喷涂等。多关节机械臂提供了高度灵活性和可达性，而高精度传感器则确保操作的精确性。服务机器人人形外观、语音交互系统、移动平台设计用于在公共场所（如酒店、商场、机场等）提供导览、咨询、接待等服务。人形外观和语音交互系统使其更容易与人类用户进行互动，移动平台则使其能够在不同区域提供服务。农业机器人履带式或轮式底盘、农业工具接口设计用于在农田环境中执行播种、施肥、除草、收割等农业任务。履带式或轮式底盘使其能够在不同地形上稳定行驶，农业工具接口则可方便更换不同类型的农业工具。医疗机器人精细机械臂、高清摄像头、无菌外壳设计用于在医疗领域执行手术、检查、康复等任务。精细机械臂和高清摄像头提供了高度精确和可视化的操作，无菌外壳则确保在无菌环境下进行手术。水下机器人防水外壳、推进器、声呐传感器设计用于在水下环境中执行探测、搜救、科学研究等任务。防水外壳保护内部电子元件免受水侵蚀，推进器提供动力，声纳传感器则用于探测水下环境和目标。三、了解常见传感器机器人利用各种传感器来采集数据，如相当于视觉器官的红外传感器、灰度传感器、光敏传感器，相当于听觉器官的声音传感器，相当于触觉器官的触碰传感器和温度传感器等。◆红外传感器红外发射管发出红外线，红外线在遇到物体后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线后，发送电信号给机器人的控制系统，使其知道前方存在物体。◆灰度传感器不同颜色的检测面对光的反射程度不同，不同程度的反射光会使光敏电阻呈现不同的电阻值，灰度传感器利用这个原理进行颜色深浅检测。灰度传感器上有一只发光二极管和一只光敏电阻，且都安装在同一面上。在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为机器人可以识别的信号。◆光敏传感器光敏传感器用于监测光线的强弱。光线强度不同，光敏传感器的感应数值也不同。◆声音传感器声音传感器用于接收声波，感知声音的强弱。◆触碰传感器当触碰传感器检测到有物体触碰时，会产生一个电信号通知机器人的控制系统，告知触碰到了物体。◆温度传感器温度传感器感受到温度后将其转换成电信号传输给机器人的控制系统。说说做做除了机器人外，生活中很多场景或应用中都会用到各类传感器，例如马路上的噪音实时监控、楼道声控灯等使用了声音传感器，光控路灯采用了光敏传感器。阅读知识链接，并尝试列举生活中各种传感器的应用案例。参考：传感器应用实例温度传感器冰箱和冷冻柜使用温度传感器来监测内部的温度，确保食物在安全的温度下保存。触摸传感器在智能手机、平板电脑以及其他触摸屏设备上触摸传感器能够检测用户的触摸输入，如点击、滑动、长按等手势，并将这些信息转换成电信号进行传输和处理，从而使用户能够与设备进行直观且便捷的交互。知识链接传感器的常见应用传感器的应用领域非常广泛，除了应用于机器人领域、军事领域、交通领域、环保领域之外，它在我们的日常生活中也很常见。◆自动门：商厦、酒店的大门多为自动门，微波感应器或红外传感器检测到人或物体时，便会自动开门。◆火警警报系统：该系统中使用了烟雾传感器，能检测出火焰燃烧所产生的烟雾，从而发出警报。◆燃气警报器：其中的气敏传感器能检测到泄漏的燃气，从而使蜂鸣器发出警报。◆智能手机：智能手机内部安装了很多传感器。例如，利用光线传感器来协助调整屏幕的亮度；利用距离传感器来感知手机是否被贴在耳朵上通话，若是则会关闭屏幕来省电；利用重力传感器来检测手机重心的变化，从而根据人握手机姿势的变化自动切换横屏或竖屏效果。四、搭建简单的行进机器人以下将搭建一个简单的机器人——“走走停停”的行进机器人，体验机器人是如何运动的。其任务要求如下：机器人前进15秒，然后停止5秒，再前进5秒后停止。1.设计构思为完成任务，机器人需要具备行进功能，因此可以设计一个通过轮子滚动来实现前进和后退的机器人小车。以某教育机器人为例，可以选用的基本模块有：控制器、大型电机、车轮、连接线、电池、基础零件等。2.搭建结构根据自己的设计完成行进机器人的结构搭建。例如，可以按以下方法搭建：(1)完成左右轮电机的搭建。(2)将左右轮电机通过连接装置连接在一起。(3)加固机器人底盘。(4)完成万向轮的制作。(5)安装万向轮。(6)安装并固定控制器。(7)在左右轮电机上安装车轮，并用连接线将电机与控制器相连。3.编写程序分析任务可知，完成行进任务需要机器人的控制系统先控制驱动系统前进15秒，然后控制驱动系统停止5秒，再控制驱动系统前进5秒，最后停止。电机的参数设置见下表。实现功能左电机设置右电机设置前进n秒转向：向前
功率：50
秒数：n秒转向：向前
功率：50
秒数：n秒停止关闭电机关闭电机说说做做如果机器人要实现后退，电机的参数该如何设置 实现功能左电机设置右电机设置后退n秒转向：向后
功率：50
秒数：n秒转向：向后
功率：50
秒数：n秒行进机器人的程序编写方法如下：(1)将动作模块中的“移动转向”模块拖至编程画布区与主程序相连。(2)开启指定秒数，将B和C端口的电机参数分别设置为：转向0、功率50、秒数15。(3)拖一个“移动转向”模块与程序相连，并关闭电机。(4)将流程控制模块中的“等待”模块拖至编程画布区与程序相连，并设置等待时间为5s。(5)拖一个“移动转向”模块与程序相连，将电机参数的设置分别设置为：转向0、功率50、秒数5。(6)拖一个“移动转向”模块与程序相连，并关闭电机。提示板程序是机器人的“灵魂”,机器人要做的任何动作都由程序决定。程序就是为了操纵机器运动而编写的一系列有序的命令集合。不少教育机器人的程序编写都采用可视化的图形操作界面，使用方便，只要结合绘制好的流程图，把相应的模块图标拖至编程区，再设置各个模块的参数即可。4.编译并下载程序用连接线连接控制器的USB端口与计算机的USB端口。打开控制器的开关，计算机会显示已连接至控制器的对话框。点击对话框中的“下载”按钮，将程序编译并下载到控制器中。5.运行与调试程序拔掉连接线，选择下载的程序，就可以运行与调试程序了。机器人行进时注意观察其是否按照编程的要求正确完成任务，如果不是，可以参考以下问题进行分析与解决：(1)程序的设计思路是否正确 (2)编程模块的选择是否恰当 (3)编程模块的参数是否设置准确 (4)编程模块之间是否正常连接 (5)电机或传感器与控制器相连的端口序号是否正确 (6)机器人的电源、机器人测试场地环境(光线、地面摩擦力和噪声等)对机器人是否有影响 知识链接教育机器人的硬件为方便学生学习，教育机器人大多采用积木式的搭建结构以及模块化的系统结构。学生可以利用各类零件搭建出许多个性化的机器人。教育机器人的主要硬件一般分为控制系统、传感系统和驱动系统。本例中的控制器有4个输入端口和4个输出端口、1个USB端口、1个迷你SD卡槽、1个编程接口。它内置扬声器，与计算机的通信支持USB2.0、蓝牙和Wi-Fi。控制器的四个输出端口(A、B、C、D)通常用于连接电机模块。默认设置下，端口A连接中型电机，端口B、端口C、端口D用于连接大型电机。其中端口B和端口C通常默认是机器人的左电机和右电机。控制器的四个输入端口(1、2、3、4)通常用于连接传感器。默认设置情况下，端口1连接触动传感器或温度传感器，端口2连接陀螺仪传感器或声音传感器，端口3连接光电传感器，端口4连接超声波传感器或红外传感器。教育机器人的编程软件机器人编程软件的窗口中除了菜单栏外，还有编程画布、编程面板、硬件页面、编程工具栏、内容编辑器。其中，编程画布、编程面板和硬件页面是最基本的面板。所有的编程模块都在编程面板内，编写程序时只要用鼠标将要使用的功能模块从编程面板中拖到编程画布区域，然后进行一定的参数设置即可。在硬件页面处可以创建并管理与控制器的通信，查看所连接的电机和传感器及它们连接的端口位置，也可以将程序下载到控制器中。编程模块根据类型和性质分为不同的类别。扩展延伸——教育机器人学习建议1.系统学习与实践从基础开始，逐步掌握EV3的硬件组件和软件编程环境。了解机器人的基本构造和工作原理，熟悉各种传感器和电机的功能。通过阅读乐高官方教程、参考书籍和在线资源，系统地学习EV3的编程技巧和机器人搭建方法。不断实践，将所学知识应用到实际项目中。2.培养解决问题的能力在学习过程中，遇到问题时不要气馁。尝试分析问题原因，并寻找解决方案。通过不断尝试和调试，培养解决问题的能力。学会利用乐高社区和其他在线平台寻求帮助。与其他EV3爱好者交流经验，分享解决问题的方法。3.跨学科学习与应用将EV3机器人技术与数学、物理、工程等其他学科相结合，探索机器人在不同领域的应用。这有助于培养跨学科思维，提高综合素质。关注机器人技术的最新发展动态，了解前沿技术和应用趋势。这有助于保持对EV3学习的热情和动力。4.耐心与毅力学习EV3需要时间和耐心。不要期望一蹴而就，而是要持续投入精力去学习和实践。通过不断积累经验和技能，逐步提高自己的水平。保持对学习的热情和毅力。遇到困难时，要勇敢面对并克服它们。相信自己的潜力，不断挑战自己，取得更大的进步。 学习机器人与智能机器人的概念、区别及应用。学习了解机器人的“三大定律”。了解智能机器人的应用领域。了解我国机器人产业发展现状。了解机器人的基本结构。调查一种机器人，了解其在完成指定工作过程中独有的结构及设计者的意图。了解机器人常用的传感器类型及其工作原理。学习传感器的常见应用。了解要搭建的机器人的基本要求。根据任务要求设计构思机器人。根据设计思路，搭建机器人。编写程序控制搭建好的机器人。将编写好的程序下载到机器人控制器中。运行并调试程序使机器人完成目标任务。学习教育机器人的硬件和软件知识。按照教育机器人学习建议提升自己机器人学。 通过介绍机器人与智能机器人的概念、区别及应用，引导学生了解机器人技术的发展现状与趋势，拓宽学生的科技视野，激发学生对科技创新的兴趣。通过教授机器人的“三大定律”，让学生认识到机器人和人类之间的互动应遵循的基本原则，培养学生的科技素养和社会责任感，为未来与机器人的共处和合作做好准备。通过介绍智能机器人在不同领域的应用，激发学生对机器人技术的兴趣，理解其在现代社会中的重要性。通过实例分析，培养学生关注科技发展的眼光，鼓励他们思考未来机器人技术可能带来的变革。帮助学生深入了解我国机器人产业的发展现状、趋势及挑战，激发学生对机器人技术的兴趣与热情。帮助学生理解机器人的基本结构，通过将机器人的组成部分与人类的感官、大脑和肢体进行类比，使学生更容易掌握机器人的工作原理。同时，以教育机器人为例，进一步加深了学生对机器人结构和功能的认识。通过分组活动，实际调查了解不同机器人的独有结构及其设计背后的意图，以此增强学生的探究与合作能力，同时深化对机器人技术与应用领域的理解。通过班级交流，提升学生的沟通与表达能力。帮助学生了解机器人常用的传感器类型及其工作原理，包括红外、灰度、光敏、声音、触碰和温度传感器等。通过学习，学生将能够理解传感器在机器人感知外界环境中的重要作用。通过介绍传感器在自动门、火警警报系统、燃气警报器和智能手机等日常生活场景中的应用，帮助学生了解传感器技术的实用性和广泛性，激发其对传感器技术的兴趣，为其未来学习和应用相关技术打下基础。通过引导学生亲手搭建和编程行进机器人，让学生亲身体验机器人的运动原理，培养动手能力和创新思维。通过实践，学生不仅能理解机器人的基本构造和控制原理，还能学会如何分析问题和解决问题。通过介绍教育机器人的硬件结构和编程软件，使学生了解机器人的基本构成和编程方法，培养学生的科技创新能力和实践能力。通过这些学习建议，帮助学生更好地掌握这款乐高机器人套件，提升学生对于机器人的认识水平。
课后练习 1.在网络上搜索一种你感兴趣的智能机器人，了解它的特点、功能及应用领域，并思考它如何结合传感器和驱动系统完成指定任务。2.设计一款能够自动避障的机器人，画出简图并描述其工作原理。思考在实现避障功能时，可能需要使用到哪些传感器，并说明理由。 小组合作完成课后练习，然后和班上同学交流。 通过课后练习，巩固课堂学习的智能机器人基础知识，并通过设计避障机器人，让学生进一步熟悉机器人设计的方法。
课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。参考：本次信息科技活动课程中，我们深入学习了智能机器人的基本概念、应用领域以及基本结构，对机器人的“感官”“大脑”和“肢体”有了更直观的认识。通过亲手搭建简单的行进机器人，我们体验了机器人的运动原理，实践了从设计构思到编程调试的全过程。这不仅锻炼了我们的动手能力，更激发了我们对机器人技术的兴趣与热爱。未来，我们将继续探索机器人的奥秘，期待在更广阔的领域见证机器人的智能与魅力。 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组做补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。
板书 从教师板书上归纳本课学习内容的重点。 通过板书，帮助学生形成本课学习内容思维导图。
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