搭建跳舞機(jī)器人

魏丹丹

學(xué)習(xí)背景

隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的不斷提高，人們對(duì)傳統(tǒng)的娛樂方式產(chǎn)生了厭倦，對(duì)娛樂也有了新的認(rèn)識(shí)和更高的追求，娛樂類機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。本項(xiàng)目利用舵機(jī)和聲音傳感器，制作能與人互動(dòng)的跳舞機(jī)器人。

教學(xué)目標(biāo)

1.認(rèn)識(shí)舵機(jī)的功能，能夠編寫程序控制機(jī)器人完成簡(jiǎn)單的動(dòng)作。

2.通過(guò)自主探究和小組合作，完成機(jī)器人的硬件搭建和程序編寫。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 理解“設(shè)置舵機(jī)角度”模塊語(yǔ)句的功能和作用，并能結(jié)合其他模塊和程序結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)編寫跳舞機(jī)器人程序。

教學(xué)難點(diǎn) 理解“設(shè)置舵機(jī)角度”模塊語(yǔ)句的功能與作用。

教學(xué)過(guò)程

一、創(chuàng)設(shè)情境，引入課題

在2019年央視春晚舞臺(tái)上，540臺(tái)機(jī)器人成方陣起舞，引爆全場(chǎng)。前面幾節(jié)課中我們已經(jīng)搭建好的大眼萌機(jī)器人也想擁有這種技能，參加首屆機(jī)械舞大賽。本節(jié)課我們就幫助大眼萌機(jī)器人實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望。

學(xué)生在觀看視頻時(shí)，逐漸被機(jī)器人的舞姿所吸引，并對(duì)本次項(xiàng)目有了初步了解，教師順勢(shì)出示課題：機(jī)械舞大賽——搭建跳舞機(jī)器人。

二、項(xiàng)目需求分析

教師出示機(jī)械舞的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，如下表。

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師：根據(jù)機(jī)械舞的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，大眼萌機(jī)器人想要在比賽中取得好成績(jī)，需要我們做哪些工作？結(jié)合前面做過(guò)的項(xiàng)目，有哪些是容易實(shí)現(xiàn)的？

學(xué)生思考，并回答：智能觸發(fā)（聲音傳感器）、獨(dú)特的隊(duì)徽（表情面板）、聲光變化（板載LED、蜂鳴器）。

三、項(xiàng)目實(shí)施

1.硬件搭建

師：我們的大眼萌機(jī)器人想要完成舞蹈動(dòng)作，還需要搭建哪些硬件？怎樣實(shí)現(xiàn)手臂擺動(dòng)？發(fā)生了什么變化？

生：需要添加一個(gè)相當(dāng)于機(jī)器人手臂的組件。手臂角度發(fā)生變化。

PPT展示：春晚跳舞機(jī)器人身上有16個(gè)舵機(jī)。舵機(jī)是用程序來(lái)控制的，控制關(guān)節(jié)的角度。

教師指導(dǎo)學(xué)生將提前做好的小手造型粘貼到連桿上，并將連桿固定到舵機(jī)上。

2.編寫程序

（1）探究舵機(jī)

PPT展示：舵機(jī)是一種角度伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。如航模、飛機(jī)模型、遙控機(jī)器人及機(jī)械部件當(dāng)中。

語(yǔ)句設(shè)置舵機(jī)角度，參數(shù)一是接口設(shè)置，參數(shù)二是插頭設(shè)置，參數(shù)三是角度設(shè)定，其功能是控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到指定角度。

了解舵機(jī)后，學(xué)生通過(guò)編程探究舵機(jī)的角度變化范圍以及變化形式，并填寫項(xiàng)目計(jì)劃書。學(xué)生得出結(jié)論：在Makeblock環(huán)境中，其變化范圍是0—180度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)度數(shù)增大。

（2）跳舞準(zhǔn)備動(dòng)作：雙手水平準(zhǔn)備

由學(xué)生上臺(tái)扮演機(jī)器人，演示慢動(dòng)作，探究小手如何動(dòng)起來(lái)。

教師講解，引導(dǎo)學(xué)生思考：要想使機(jī)器人手臂揮動(dòng)更像人類的動(dòng)作，其手臂處于水平方向時(shí)舵機(jī)角度應(yīng)該設(shè)置為多少度？

（3）跳舞基本動(dòng)作：小手動(dòng)起來(lái)

任務(wù)要求：編寫程序，讓大眼萌機(jī)器人的手臂上下動(dòng)起來(lái)。

引導(dǎo)學(xué)生在Makeblock中編寫相應(yīng)程序，探究逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)多少度合適，中間等待多長(zhǎng)時(shí)間更合適。

教師總結(jié)：機(jī)器人完成一次手臂擺動(dòng)，程序中用到了順序結(jié)構(gòu)，自上而下，依次執(zhí)行。

教師提問(wèn)：大眼萌機(jī)器人覺得只動(dòng)一次不足以表達(dá)心中的喜悅，你還能幫幫它嗎？需要選用什么結(jié)構(gòu)？

師生總結(jié)：機(jī)器人想完成一個(gè)完整的節(jié)拍，需要不斷重復(fù)同一組動(dòng)作，用循環(huán)結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化程序，并能使程序表達(dá)更清晰簡(jiǎn)潔。

（4）我會(huì)更智能：聞歌起舞

機(jī)械舞大賽規(guī)則：當(dāng)音樂響起時(shí)，機(jī)器人聞歌起舞。根據(jù)現(xiàn)有的器材，結(jié)合以前學(xué)過(guò)的傳感器知識(shí)，控制機(jī)器人跳舞。

教師引導(dǎo)：《幸福拍手歌》中的歌詞是“如果感到幸福，你就拍拍手”。那么大眼萌機(jī)器人如何感知外界信號(hào)，來(lái)做出相應(yīng)的動(dòng)作呢？如果要做一個(gè)聲控機(jī)器人，需要用到哪些傳感器？用到什么程序結(jié)構(gòu)？或者做一個(gè)感應(yīng)機(jī)器人，需要用到什么傳感器？

師生總結(jié)：當(dāng)音樂響起（外界音量超過(guò)一定值）時(shí)，觸發(fā)機(jī)器人完成舞蹈動(dòng)作，此段程序中用到選擇結(jié)構(gòu)。

（5）賽前準(zhǔn)備：閃亮登場(chǎng)

具體要求：為了在機(jī)械舞大賽中脫穎而出，請(qǐng)為本組的參賽機(jī)器人加上隊(duì)徽和閃光燈效果。

教師引導(dǎo)：在什么地方顯示隊(duì)徽？個(gè)性隊(duì)徽該如何設(shè)計(jì)？閃光燈效果如何實(shí)現(xiàn)？

四、項(xiàng)目展示與總結(jié)

1.項(xiàng)目展示

如果本組程序在線調(diào)試已基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，可上傳程序至主控板。

請(qǐng)學(xué)生展示小組作品，著重介紹本組項(xiàng)目亮點(diǎn)，將本組在完成項(xiàng)目過(guò)程中未解決的問(wèn)題和新的想法提出來(lái)，全班進(jìn)行討論。

請(qǐng)3個(gè)小組將本組機(jī)器人請(qǐng)到舞臺(tái)上，同臺(tái)競(jìng)技。由教師自制的開源硬件評(píng)分系統(tǒng)，根據(jù)觀眾的掌聲熱烈程度選出最佳舞者。（如圖6）

本環(huán)節(jié)是學(xué)生作品展示環(huán)節(jié)，采用與《星光大道》類似的觀眾現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分環(huán)節(jié)，用教師自制的開源硬件評(píng)分系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)生的掌聲熱烈程度顯示相應(yīng)分?jǐn)?shù)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與熱情，同時(shí)也是本節(jié)課開源硬件在生活中的應(yīng)用拓展。

2.項(xiàng)目總結(jié)

教師打開交互式評(píng)價(jià)系統(tǒng)，由機(jī)械舞大賽的冠軍小組組長(zhǎng)帶領(lǐng)全班同學(xué)回顧本次項(xiàng)目過(guò)程。

教師總結(jié)：舵機(jī)的使用及作用。根據(jù)項(xiàng)目需求，我們選擇合適的傳感器及程序結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)。

實(shí)踐反思

由于學(xué)時(shí)的限制，一節(jié)課完成這一項(xiàng)目稍顯吃力，可利用微課、項(xiàng)目計(jì)劃書等教學(xué)資源彌補(bǔ)學(xué)時(shí)的不足。在教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，為配合本節(jié)課的主題，利用聲音傳感器設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)打分系統(tǒng)，調(diào)動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)氣氛，也是開源硬件在生活中的一種實(shí)踐運(yùn)用。由于本節(jié)課帶學(xué)生親歷了從項(xiàng)目需求分析到項(xiàng)目調(diào)試運(yùn)行整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程，內(nèi)容繁多，以至于時(shí)間上稍顯倉(cāng)促，在后面的項(xiàng)目完善環(huán)節(jié)一帶而過(guò)，學(xué)生沒有充分將個(gè)性化的想法表現(xiàn)出來(lái)。針對(duì)這一問(wèn)題，我想在以后的教學(xué)中，可通過(guò)讓學(xué)生提前預(yù)覽微課和項(xiàng)目計(jì)劃書來(lái)解決。