搭建自主机器人探测器

课前准备
- 通读教师教学材料。
- 可根据教学需要使用 EV3 Lab 软件或 EV3 机器人编程 App 应用程序中的入门教学材料来设计课程。这将有助于学生熟悉乐高教育^® MINDSTORMS^® 头脑风暴 EV3 机器人套装。

参与（30 分钟）
- 结合下文“发起一次讨论”部分的提示，组织学生围绕本项目展开讨论。
- 解释项目。
- 将整个班级按两人一组方式进行分组。
- 为学生预留头脑风暴的时间。

探究（30 分钟）
- 让学生创建多个原型。
- 鼓励学生探索搭建和编程。
- 让每组学生搭建并测试两种方案。

解释（60 分钟）
- 要求学生测试自己的方案，并选出最优的一个。
- 确保学生能够创建自己的测试表。
- 为每个团队留些时间来完成项目，并收集他们的工作记录材料。

拓展（60 分钟）
- 给学生一些时间，让他们完成自己的最终报告。
- 组织一次分享会，让每个团队展示他们的成果。

评估
- 为每位学生的课堂表现提供反馈。
- 可借助所提供的评价量表来简化此环节。

为任何科学任务而开发的探测器都具有一项共同的功能：能够收集信息，并将其发送回科学基地。多年来，人们发明了各种通信系统以满足不同需求。

引入头脑风暴环节。

要求学生思考下列问题：

• 什么是机器人探测器，它们用在哪里？
• 什么样的电动机制可以用来控制机器人的运动？
• 机器人如何沿着路径收集数据？
• 机器人如何与科学基地通信？

鼓励学生记录最初想法，并且解释第一原型选用此方案的原因。要求学生描述：如何在整个项目进行过程中评估自己的想法。通过这种方式，他们在审核和修改过程中将会拥有评估自身方案的具体信息，并可籍此来决定方案是否有效。

语言艺术拓展

选项 1
为了引入语言艺术能力培养环节，让学生：

• 通过书面方式、草图和/或照片等方式，对设计过程进行总结，并制作一份最终报告。
• 制作一段演示设计过程的视频，从最初想法开始，到项目完成结束。
• 制作一份跟他们程序相关的演示文稿。
• 制作一份演示文稿，将他们的项目与类似系统的实际应用联系起来，并描述可以根据他们的创造而进行的新发明。

选项 2
在本节课中，学生创建了一个能够传输自身位置的自主探测器。
为了引入语言艺术能力培养环节，让学生：

• 考虑一个处于地球偏远位置的自主式机器人探测器，并评估其对位置数据传输的需求
• 描述此情景，并撰写一篇内容翔实的文章，评估数据集传输所带来的风险，并检查可能减少这些风险的传输方法
• 讨论可能增加这些风险的外部因素
  *使用数字和表格来支持他们的想法，设计控制这些外部影响的可能方法
• 根据所提供的证据，就当前情况的总体风险得出结论

数学拓展

在本节课中，学生创建了一个能够沿路径传输自身位置的自主探测器。自主系统可以使用机器学习算法来传输其坐标和位置，如到地标的距离、到达目标的预计时间，或基于其当前位置和电池状态完成任务的可能性。
为了提高数学技能，并探索机器学习算法所使用的一种关系，请要求学生：
*通过收集数据并创建回归函数来查看线性回归，上述函数将机器人的位置数据与其到达目标的预计时间联系起来

• 将回归函数引入程序，使自主探测器传输其位置和预计到达时间

允许学生搭建下面链接中的示例。 鼓励学生探索系统工作原理，进行头脑风暴，讨论如何通过这些系统获得“设计任务”的解决方案。

大型电机和轮子
履带
颜色传感器 1
颜色传感器 2
陀螺仪传感器
触动传感器
超声波传感器

教师观察清单
可根据教学需要设定等级，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：

• 学生能够识别问题的关键要素。
• 学生能够自主开发出可行且富有创意的方案。
• 学生能够清楚地交流他们的想法。

自我评估
当学生收集到所需的性能数据后，给他们一些时间反思自己的方案。通过提出如下问题来帮助他们：

• 你们的方案是否符合“设计任务”的标准？
• 你们的机器人运动的能够更精准些吗？
• 其他人解决这个问题时采用了哪些方法？

要求学生进行头脑风暴，并记录两种能够改进他们方案的方法。

同伴反馈
推动学生进行同伴审核，由每个小组负责评价自己及其他小组的项目。此审核过程能够培养学生提供建设性反馈的能力，提升他们的分析能力和使用客观数据支持论点的能力。

喜欢这节课的学生可能会对以下相关行业产生兴趣：

• 商业与金融（创业学）
• 制造与工程（工程预科）