EV3系列小狗機器人制作的問題與教學

河北師范大學化學與材料科學學院 杜影月 吳育飛

機器人教育通過組裝、編程、運行等實踐，激發學生學習興趣，培養學生技術素養。機器人教學融合了機械原理、電子傳感器及人工智能等先進技術，小學生在學習的同時也拓展了其空間想象能力、邏輯思維能力和多要素的協同能力。將機器人教育引入小學的科學教學中也成為小學生技術教育和人工智能起步的新的重要平臺。

EV3系列小狗機器人（以下簡稱“小狗”）是由控制器、兩個大型電機、一個中型電機、一個顏色傳感器、一個觸動傳感器等組成的。在設計制作時容易出現以下問題：（1）拼接電線太多導致混亂；（2）啟動站立或接受抬腿指令時平衡能力不強；（3）執行抬頭指令時靈活性不強；（4）顏色傳感器識別顏色時靈敏性不強。

一、問題分析與解決方法

1.拼接電線太多導致混亂的原因有：一是EV3控制器是在拼裝了電機與傳感器之后組裝的，最后再將5根電線連接，易導致混亂；二是5根電線的外觀比較相近，不容易加以區分，組裝時容易錯接。所以，在接線的過程中需要記錄每一根線所連接的元件，以保證連接的正確結果。要對圖紙進行分析，將各部分對應的端口梳理清晰，根據圖紙中的標注，選擇適宜長度的電線。

2.啟動站立和接受抬腿指令時平衡能力不強的原因是：“小狗”呈現的是頭部較重、后部較輕的構造特征，啟動前“小狗”蹲著且頭部朝下，整個重心向前，站起來時不利于平衡，容易向前傾倒。所以在開啟控制器后，要及時按動向上按鈕，使頭部先抬起，再根據指令進行抬腿的動作。

3.執行抬頭指令時靈活性不強的原因是：“小狗”的頭部組裝過緊，使小狗機器人執行抬頭操作時行動遲緩，并伴隨著零件摩擦的聲音。因此，在組裝“小狗”時，不要使零件組裝太緊，但也不要過松。

4.“小狗”在執行指令時，本應該將骨頭放在光感面前才發出咀嚼聲，但有時未放骨頭也會發聲，產生此問題的原因是外界環境中光線的干擾。所以，“小狗”進行光感數據設置之前，需從各角度測量運行環境的光強度，根據具體數據設置光感閾值。這樣，在接收光的指令時，能夠保證顏色傳感器的靈敏感應。

二、“小狗”機器人的教學策略

1.對于初學者，在制作前要做好相關基礎知識的學習，事先了解程序模塊和運行關系等知識尤為重要。

2.在制作“小狗”時需要認清幾個關鍵因素，整體把握好若干功能部件和各模塊間的協同作用，以達到運行中各因素之間的優化。

3.“小狗”是一種綜合程度較強的作品，在教學過程中盡量將STEAM教育方法融入其中，培養小學生在制作機器人和編制程序的過程中動手能力、協作能力和創造能力，以此為載體提升學生的技術素養。