空中机器人创意制造系列课程——表演机器人

庄建东

教学背景

本课程适合小学四年级以上有一定动手能力的学生。使用Mind+图形化编程软件，以大疆RoboMaster TT教育无人机和DFRobot旗下出品的为搭配RoboMaster TT而开发的传感器套件为学习基础设备。通过对空中机器人——TT教育无人机飞行原理和搭载的ESP32开源硬件的学习，教授学生设计和制作自己的空中机器人。

本节课是空中机器人创意制造系列课程的表演机器人项目制作。学生前面已经学习了无人机的连接和操作，能以项目式学习方式编程设计自己的机器人，使其完成简单的表演功能，如实现无人机的起飞和前后左右平面飞行。

教学目标

知识与技能 学会编程实现机器人复杂飞行，如上下前后左右运动及旋转、翻滚等。

过程与方法 通过合作探究，合作学习，调整参数，让机器人完成一套表演动作。

情感态度与价值观 通过生活化的方式，让机器人与生活更加接近，让学生更爱生活。

教学重点与难点

教学重点 学会编程实现机器人复杂飞行。

教学难点 让无人机完成一套表演动作。

教学准备

教学环境 多媒体教室、电子白板。

资源准备 Mind+软件、RoboMaster TT，搜集生活中有关机器人舞蹈的例子（包括图片、视频等资料）。

其他准备 提前将学生分好小组，3～5人为一个小组，方便学生内部进行讨论。

教学策略 以项目式学习为主，完成任务项目。

教学过程

一、情境导入

师：同学们，今天老师接到一个新的飞行任务——在迎新年活动中做个无人机表演。大家有什么想法呢？

学生小组讨论设计表演项目。

师：上节课，我们学习了无人机的飞行，就先做一个简单的舞蹈动作吧，让无人机跳一个舞蹈来热热身。

我给无人机编排了一个简单动作：左、右、左、右、左、右，让无人机左右来回转动。你们小组讨论一下怎样完成这个动作。

二、编程实现无人机简单舞蹈动作

师：同学们，我们要让无人机左右来回运动，代码应该怎么写呢？

生：我们可以用左飛、右飞的代码，也可以用左转、右转的代码。

学生小组合作，完成无人机简易跳舞动作编程，如图1。

师：我们还可以找一个音乐，给无人机表演配个音乐。

提示：我们在反复编写代码中，可以使用控制中的“重复执行……次”积木，通过该积木可以减少一些重复模块的冗余。

师：同学们，接下来我们来测试一下编程效果。

教师播放音乐，学生启动无人机跳舞。

师：有些同学的机器人跳得非常棒，但也有些同学的机器人跳得和音乐节奏配不上，怎么办呢？这时，我们可以通过调整无人机飞行间隔的参数或者飞行的距离、速度，来调整节奏。

学生通过调整时间差，使得无人机能基本按照音乐的节奏完成飞行表演。学生动手尝试并合作完成，这一过程需要较多的时间不断地调整节奏。

教学小贴士：无人机舞蹈动作编程，要从简单开始，层层增加。学生通过调整无人机飞行节奏熟悉代码的使用，做到灵活自如。

三、编程实现无人机翻滚动作

师：我们的无人机已经可以进行简单的飞行表演了，但是感觉还不够华丽，接下来我们来给无人机舞蹈增加更多的效果。大家看看Mind+软件上的积木块，想想还能增加什么功能。

学生思考并小组讨论。

师：大疆的RoboMaster TT可以做翻滚动作，我们可以尝试用“翻滚”积木让无人机翻滚，如图2。

1.设置自定义模块

师：我们先把之前做的效果保存为一个函数模块，单击“函数—自定义模块—增加模块名称”，将这一组动作命名为“左右摇摆”，如图3。

2.添加无人机翻滚效果

首先测试无人机翻滚效果。注意：当无人机电量小于50%时，翻滚动作会被限制，翻滚区域也需要大于2m×2m的空间。

学生在Mind+软件中为无人机添加翻滚动作，小组合作完成“左右翻滚”模块代码并查看飞行效果，根据空间场地大小调整飞行表演的动作，保证人员的安全。

教学小贴士：添加翻滚效果，让学生玩得更有趣，增加学生的乐趣。测试时注意现场场地大小和人员的安全。

四、编程实现无人机跳舞

师：刚才我们使用了自定义模块，主要是把一个个动作分开，在编写代码时候可以配合刚才的自定义模块一起使用，一个模块可以作为一组动作，让代码看起来更清晰。

学生小组合作学习完成无人机“左右旋转”模块代码，把前面的模块代码组合起来，就是一套无人机机器人跳舞动作代码，如图4。

教师播放音乐，学生调试代码，并分组依次进行无人机跳舞演示。学生和教师共同评选出做得最完美、效果最好的那一组。

教学小贴士：完成代码后让学生测试代码，学生可以自行查漏补缺。小组相互评价，找到其他小组的优缺点，大家互相学习，共同进步。

四、课程小结

师：这节课我们主要学习运用了Mind+函数自定义模块、重复执行、翻滚等积木。同学们可以根据自己的能力，设计一个自己喜欢的机器人舞蹈，然后给大家表演一下。

五、课后拓展

学生根据自己的能力，设计一个更加复杂的机器人舞蹈给同学们表演。

六、评价与交流

在最后评价中，分别以小组评价和活动评价的多个维度来评价学生活动开展情况，从而来观察学生在学习中的成长过程。

教学反思

本节课主要是学习空中飞行机器人运动的知识，教师引导学生学会编码实现无人机前后左右运动，并拓展增加了飞行机器人旋转和翻滚。通过简单的编程模块学习和模块组合，学生能设计出一套自己的动作，再配合一定的节奏音乐，设计出一个符合自己预期的表演机器人。

在教学过程中，以最简单的前后左右为主突破口，先让学生编程做一个简单的机器人空中表演动作，然后不断地层层突破。通过设计一个个小的动作及函数模块组合，形成动作组，再通过组合各动作组，形成更为复杂的组合动作。教学中分层设计教学任务，以任务驱动的方式来完成各环节的教学，学生获得了成功的体验，激发了学习编程的兴趣。本课坚持以学生为主，以小组合作的形式开展活动，达到预期的教学效果。

（本课件由DF创客社区推荐）