人 形 機 器 人 編 程 與 實 踐
目 錄
1 課程理念....................................................................................................... 1
2 課程目標....................................................................................................... 2
3 課程內容框架以及教育功能定位............................................................... 3
4 課程特色....................................................................................................... 8
5 課程實施條件............................................................................................. 10
創客一詞來源于英文單詞 Maker,可以從狹義和廣義兩個層面去理解。狹義上的 創客是指那些酷愛科技、熱衷實踐、樂于分享。努力把各種創意轉變為現實的人。廣 義上的創客是指有創意,并且能夠付諸于實踐進行創新的人;創客的共同特質是創新, 實踐與分享。創客通常有著豐富多彩的興趣愛好以及各不相同的特長,一旦他們圍繞 感興趣的問題聚在一起時就會爆發出巨大的創新活力。 創新是發展的源泉,學生作為未來社會價值的創造者需要有創意思維與創新能力。 創客實驗室可以有效推動學生的創造意識與動手能力,同時也可以為創意造物提供硬 件支持。學生通過在機器人課堂的學習實踐,可以學到很多知識、技能以及創客精神。 這些知識、技能、精神將影響他們一生。機器人課堂培養出來的學生在若干年后有更 大的可能性成為社會先進生產力的最強推動者。 1 課程理念 機器人編程教育的核心是培養創新意識。我們所倡導的機器人編程教育,是培育 學生提出問題、研究問題、解決問題、以及動手制作的綜合能力,初步融合了科學研 究、技術制作、藝術創作的全過程,能夠培養學生的主動探索精神、批判性思維能力、 自主創新能力、合作研究能力、語言表達能力、藝術創作能力及團隊協作能力。

2 課程目標 在國務院下發的《新一代人工智能發展規劃》中明確指出:逐步開展全民智能教 育項目,在中小學階段設置人工智能相關課程、推廣編程教育、建設人工智能學科, 培養復合型人才,形成我國人工智能人才高地。在這樣的政策背景下,機器人機器人 編程教育的普及、創客教師的培養等需求被擺到了十分重要且迫切的位置。越來越多 的人開始認識創客、了解創客、參與創客。 樂聚·星原力創客實驗室本著以課程為核心,以培養孩子能力為宗旨,以促進孩 子的持續發展為終極目標,構建出了一整套的編程教材體系和機器人編程教育體系, 并以任務驅動的教學模式,分階段全方位地鍛煉孩子們的動手能力、語言表達能力、 邏輯思維能力、分析解決問題能力和協同合作能力,讓孩子真正成為機器人編程教育 的受益者。

3 課程內容框架以及教育功能定位 樂聚·星原力機器人編程教育將 STEAM 教育與創客思維結合,通過多學科整合, 培養學生的動手能力、創造能力和思維邏輯能力,全面提高學生的科學素養,進一步 緊跟人工智能的時代潮流。同時,為了保證學生能夠充分學習知識、掌握技能,樂聚 設計了進階型的課程設置。星原力機器人課堂重在打造完善的課程體系,運用由易到 難、由淺至深、由低階至高階的課程設置方式,循序漸進地培養學生的綜合能力,使 學生在學習過程中收獲快樂,樹立團隊意識。 應用篇課程。應用篇主要了解機器人基本結構,以樂聚機器人為載體,了解機器 人基本控制理論并應用于實踐。

上冊:學習有關機器人結構、控制的基礎知識。學習的目的不僅僅是了解 Aelos 機器人,同時了解什么是機器人,機器人由哪些結構組成,并會分析機器人的設計與 動作原理。此部分我們以 Aelos 的結構和控制為例,展現了一個機器人的完整構造, 并分別學習了機器人各個部分的功能與應用。完成該階段的學習后,學生可以對機器 4 人的結構、特征、作用進行分析,初步形成分析問題和事物的思維能力,同時課程中 的動作編輯、分組合作部分可以鍛煉孩子的動手能力和協作能力,為之后的學習奠定 基礎。 下冊:通過對機器人動作的進一步編輯,深入理解機器人的結構設計,通過小組 合作和組間競爭的方式,鍛煉孩子的協同合作能力和競爭意識。這一部分每學習一個 知識點就會通過一個簡單的場景進行展示,利用機器人與場景完美的結合,使孩子形 成機器人在場景中的應用意識。這一部分主要鍛煉孩子的合作、應用和表達能力。學 習完這一階段后,孩子對于給定的一個應用場景,可以進行場景分析,并編輯“劇本” 將機器人融入到場景中,如完成機器人話劇、舞蹈和競技比賽等。 考核標準:考勤 20%,人形機器人基礎知識 40%,期末成果展示 40% 適用年級:3-4 年級 課時:16 課時 課時 內容簡介 1 機器人概念簡介、初識設計軟件 2 AELOS 機器人結構介紹、舵機知識 3 單片機與機器人 4 動作指令設計入門 5 動作指令編輯、保存、載入 6 關鍵幀認知、中心與穩定性 7 AELOS 機器人零點校正 8 動作速度掌握與動作銜接 9 機器人動作的循環 10 音樂與音頻文件編輯 11 讓 AELOS 機器人發出個性聲音 12 動作難度進階、對抗類動作設計 13 舞蹈動作設計 14 為你的機器人編一段舞 15 編舞 16 成果展示 5 技術篇課程。技術篇主要是編程思想的培養,并通過對傳感器的了解和調用,掌 握機器人初步的擴展和開發技能,明確機器人的場景應用。

上冊:完成編程軟件從簡化版向教育版的過渡,并完成邏輯思維的入門以流程圖 編程軟件為主體,通過對流程圖的學習以及應用篇的運用,完成代碼與邏輯的結合。 此階段最主要是學習流程圖編程軟件的基本使用方法,并鍛煉邏輯分析和判斷能力, 為培養發現并解決問題的能力打下基礎。學習完成后,可以對一個程序作出基本的邏 輯分析和判斷,明白機器人的“邏輯思維”規則,并為其進行邏輯判斷的編程。例如 可以編輯一個機器人自主躲避障礙物的程序,完成邏輯思維初步培養。 下冊:在流程圖的基礎使用上挑戰升級,增加對傳感器的應用。通過該課程的學 習,可以將機器人的動作和傳感器完美結合。該部分會學到傳感器的數據讀取,為實 現全自主機器人任務做努力。課堂通過場景和任務的方式,引導孩子發現、分析和解 決問題,引導過程中引入傳感器,學習相關知識,最終與編程相結合,鍛煉孩子解決 各種問題的能力。學習完成后,可以根據給定的場景,作出對應的分析并確定方案, 使用合適的傳感器,并結合邏輯和動作編輯實現機器人在場景中的展現。如場景是臺 階和蠟燭,可以編程讓機器人自動上臺階并吹滅蠟燭。該部分的目的是綜合鍛煉孩子 對應用場景的認知和機器人可擴展性的認識,強化邏輯思維和分析問題的能力。 考核標準:考勤 20%,人形機器人與傳感器知識 40%,期末成果展示 40% 6 拓展篇課程。特定語音識別功能編程開發與應用,結合安卓系統學習 App 編程與 開發,培養“物聯網”意識,將機器人知識與實用領域相結合。 考核標準:考勤 20%,課堂實操及 APP 編程知識 40%,期末成果展示 40%。 適用年級:4-6 年級 課時:16 課時 課時 內容簡介 1 教育版機器人基本結構文件導入 2 程序的基本結構 3 流程圖和積木模塊式編程、遙控系統 4 動作指令模塊、控制指令模塊 5 設計動作指令、群體舞蹈排練 6 循環指令學習 7 動作指令遙控與代碼理解 8 If 分支結構 9 傳感器入門 10 距離傳感器與人體紅外傳感器 11 地磁傳感器與機器人輸出 12 溫度、濕度傳感器 13 酒精與火焰傳感器 14 未來機器人計劃 15 用 AELOS 完成自己的設想 16 成果展示 適用年級:4-6 年級 課時:16 課時 課時 內容簡介 1 人機交互游戲設計 2 遙控器原理剖析 3 了解 App Inventor 以及開發環境 4 編寫簡單的 App Inventor 5 小球入洞——手機自帶傳感器的應用 7 6 使用 App Inventor 的藍牙組件 7 制作可以遙控機器人的手機 APP 8 手機 APP 實現機器人群控 9 設計機器人“密碼指令互動” 10 速算測試與指尖機器人 11 設計語音控制機器人 12 手機 APP 控制機器人行動 13 機器人集群控制原理 14 建立自己的機器人軍團(多技術應用) 15 完成機器人編程與 APP 制