人 形 机 器 人 编 程 与 实 践
目 录
1 课程理念....................................................................................................... 1
2 课程目标....................................................................................................... 2
3 课程内容框架以及教育功能定位............................................................... 3
4 课程特色....................................................................................................... 8
5 课程实施条件............................................................................................. 10
创客一词来源于英文单词 Maker,可以从狭义和广义两个层面去理解。狭义上的 创客是指那些酷爱科技、热衷实践、乐于分享。努力把各种创意转变为现实的人。广 义上的创客是指有创意,并且能够付诸于实践进行创新的人;创客的共同特质是创新, 实践与分享。创客通常有着丰富多彩的兴趣爱好以及各不相同的特长,一旦他们围绕 感兴趣的问题聚在一起时就会爆发出巨大的创新活力。 创新是发展的源泉,学生作为未来社会价值的创造者需要有创意思维与创新能力。 创客实验室可以有效推动学生的创造意识与动手能力,同时也可以为创意造物提供硬 件支持。学生通过在机器人课堂的学习实践,可以学到很多知识、技能以及创客精神。 这些知识、技能、精神将影响他们一生。机器人课堂培养出来的学生在若干年后有更 大的可能性成为社会先进生产力的最强推动者。 1 课程理念 机器人编程教育的核心是培养创新意识。我们所倡导的机器人编程教育,是培育 学生提出问题、研究问题、解决问题、以及动手制作的综合能力,初步融合了科学研 究、技术制作、艺术创作的全过程,能够培养学生的主动探索精神、批判性思维能力、 自主创新能力、合作研究能力、语言表达能力、艺术创作能力及团队协作能力。
2 课程目标 在国务院下发的《新一代人工智能发展规划》中明确指出:逐步开展全民智能教 育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程、推广编程教育、建设人工智能学科, 培养复合型人才,形成我国人工智能人才高地。在这样的政策背景下,机器人机器人 编程教育的普及、创客教师的培养等需求被摆到了十分重要且迫切的位置。越来越多 的人开始认识创客、了解创客、参与创客。 乐聚·星原力创客实验室本着以课程为核心,以培养孩子能力为宗旨,以促进孩 子的持续发展为终极目标,构建出了一整套的编程教材体系和机器人编程教育体系, 并以任务驱动的教学模式,分阶段全方位地锻炼孩子们的动手能力、语言表达能力、 逻辑思维能力、分析解决问题能力和协同合作能力,让孩子真正成为机器人编程教育 的受益者。
3 课程内容框架以及教育功能定位 乐聚·星原力机器人编程教育将 STEAM 教育与创客思维结合,通过多学科整合, 培养学生的动手能力、创造能力和思维逻辑能力,全面提高学生的科学素养,进一步 紧跟人工智能的时代潮流。同时,为了保证学生能够充分学习知识、掌握技能,乐聚 设计了进阶型的课程设置。星原力机器人课堂重在打造完善的课程体系,运用由易到 难、由浅至深、由低阶至高阶的课程设置方式,循序渐进地培养学生的综合能力,使 学生在学习过程中收获快乐,树立团队意识。 应用篇课程。应用篇主要了解机器人基本结构,以乐聚机器人为载体,了解机器 人基本控制理论并应用于实践。
上册:学习有关机器人结构、控制的基础知识。学习的目的不仅仅是了解 Aelos 机器人,同时了解什么是机器人,机器人由哪些结构组成,并会分析机器人的设计与 动作原理。此部分我们以 Aelos 的结构和控制为例,展现了一个机器人的完整构造, 并分别学习了机器人各个部分的功能与应用。完成该阶段的学习后,学生可以对机器 4 人的结构、特征、作用进行分析,初步形成分析问题和事物的思维能力,同时课程中 的动作编辑、分组合作部分可以锻炼孩子的动手能力和协作能力,为之后的学习奠定 基础。 下册:通过对机器人动作的进一步编辑,深入理解机器人的结构设计,通过小组 合作和组间竞争的方式,锻炼孩子的协同合作能力和竞争意识。这一部分每学习一个 知识点就会通过一个简单的场景进行展示,利用机器人与场景完美的结合,使孩子形 成机器人在场景中的应用意识。这一部分主要锻炼孩子的合作、应用和表达能力。学 习完这一阶段后,孩子对于给定的一个应用场景,可以进行场景分析,并编辑“剧本” 将机器人融入到场景中,如完成机器人话剧、舞蹈和竞技比赛等。 考核标准:考勤 20%,人形机器人基础知识 40%,期末成果展示 40% 适用年级:3-4 年级 课时:16 课时 课时 内容简介 1 机器人概念简介、初识设计软件 2 AELOS 机器人结构介绍、舵机知识 3 单片机与机器人 4 动作指令设计入门 5 动作指令编辑、保存、载入 6 关键帧认知、中心与稳定性 7 AELOS 机器人零点校正 8 动作速度掌握与动作衔接 9 机器人动作的循环 10 音乐与音频文件编辑 11 让 AELOS 机器人发出个性声音 12 动作难度进阶、对抗类动作设计 13 舞蹈动作设计 14 为你的机器人编一段舞 15 编舞 16 成果展示 5 技术篇课程。技术篇主要是编程思想的培养,并通过对传感器的了解和调用,掌 握机器人初步的扩展和开发技能,明确机器人的场景应用。
上册:完成编程软件从简化版向教育版的过渡,并完成逻辑思维的入门以流程图 编程软件为主体,通过对流程图的学习以及应用篇的运用,完成代码与逻辑的结合。 此阶段最主要是学习流程图编程软件的基本使用方法,并锻炼逻辑分析和判断能力, 为培养发现并解决问题的能力打下基础。学习完成后,可以对一个程序作出基本的逻 辑分析和判断,明白机器人的“逻辑思维”规则,并为其进行逻辑判断的编程。例如 可以编辑一个机器人自主躲避障碍物的程序,完成逻辑思维初步培养。 下册:在流程图的基础使用上挑战升级,增加对传感器的应用。通过该课程的学 习,可以将机器人的动作和传感器完美结合。该部分会学到传感器的数据读取,为实 现全自主机器人任务做努力。课堂通过场景和任务的方式,引导孩子发现、分析和解 决问题,引导过程中引入传感器,学习相关知识,最终与编程相结合,锻炼孩子解决 各种问题的能力。学习完成后,可以根据给定的场景,作出对应的分析并确定方案, 使用合适的传感器,并结合逻辑和动作编辑实现机器人在场景中的展现。如场景是台 阶和蜡烛,可以编程让机器人自动上台阶并吹灭蜡烛。该部分的目的是综合锻炼孩子 对应用场景的认知和机器人可扩展性的认识,强化逻辑思维和分析问题的能力。 考核标准:考勤 20%,人形机器人与传感器知识 40%,期末成果展示 40% 6 拓展篇课程。特定语音识别功能编程开发与应用,结合安卓系统学习 App 编程与 开发,培养“物联网”意识,将机器人知识与实用领域相结合。 考核标准:考勤 20%,课堂实操及 APP 编程知识 40%,期末成果展示 40%。 适用年级:4-6 年级 课时:16 课时 课时 内容简介 1 教育版机器人基本结构文件导入 2 程序的基本结构 3 流程图和积木模块式编程、遥控系统 4 动作指令模块、控制指令模块 5 设计动作指令、群体舞蹈排练 6 循环指令学习 7 动作指令遥控与代码理解 8 If 分支结构 9 传感器入门 10 距离传感器与人体红外传感器 11 地磁传感器与机器人输出 12 温度、湿度传感器 13 酒精与火焰传感器 14 未来机器人计划 15 用 AELOS 完成自己的设想 16 成果展示 适用年级:4-6 年级 课时:16 课时 课时 内容简介 1 人机交互游戏设计 2 遥控器原理剖析 3 了解 App Inventor 以及开发环境 4 编写简单的 App Inventor 5 小球入洞——手机自带传感器的应用 7 6 使用 App Inventor 的蓝牙组件 7 制作可以遥控机器人的手机 APP 8 手机 APP 实现机器人群控 9 设计机器人“密码指令互动” 10 速算测试与指尖机器人 11 设计语音控制机器人 12 手机 APP 控制机器人行动 13 机器人集群控制原理 14 建立自己的机器人军团(多技术应用) 15 完成机器人编程与 APP 制