空中機器人創意制造系列課程——表演機器人

莊建東

教學背景

本課程適合小學四年級以上有一定動手能力的學生。使用Mind+圖形化編程軟件，以大疆RoboMaster TT教育無人機和DFRobot旗下出品的為搭配RoboMaster TT而開發的傳感器套件為學習基礎設備。通過對空中機器人——TT教育無人機飛行原理和搭載的ESP32開源硬件的學習，教授學生設計和制作自己的空中機器人。

本節課是空中機器人創意制造系列課程的表演機器人項目制作。學生前面已經學習了無人機的連接和操作，能以項目式學習方式編程設計自己的機器人，使其完成簡單的表演功能，如實現無人機的起飛和前后左右平面飛行。

教學目標

知識與技能 學會編程實現機器人復雜飛行，如上下前后左右運動及旋轉、翻滾等。

過程與方法 通過合作探究，合作學習，調整參數，讓機器人完成一套表演動作。

情感態度與價值觀 通過生活化的方式，讓機器人與生活更加接近，讓學生更愛生活。

教學重點與難點

教學重點 學會編程實現機器人復雜飛行。

教學難點 讓無人機完成一套表演動作。

教學準備

教學環境 多媒體教室、電子白板。

資源準備 Mind+軟件、RoboMaster TT，搜集生活中有關機器人舞蹈的例子（包括圖片、視頻等資料）。

其他準備 提前將學生分好小組，3～5人為一個小組，方便學生內部進行討論。

教學策略 以項目式學習為主，完成任務項目。

教學過程

一、情境導入

師：同學們，今天老師接到一個新的飛行任務——在迎新年活動中做個無人機表演。大家有什么想法呢？

學生小組討論設計表演項目。

師：上節課，我們學習了無人機的飛行，就先做一個簡單的舞蹈動作吧，讓無人機跳一個舞蹈來熱熱身。

我給無人機編排了一個簡單動作：左、右、左、右、左、右，讓無人機左右來回轉動。你們小組討論一下怎樣完成這個動作。

二、編程實現無人機簡單舞蹈動作

師：同學們，我們要讓無人機左右來回運動，代碼應該怎么寫呢？

生：我們可以用左飛、右飛的代碼，也可以用左轉、右轉的代碼。

學生小組合作，完成無人機簡易跳舞動作編程，如圖1。

師：我們還可以找一個音樂，給無人機表演配個音樂。

提示：我們在反復編寫代碼中，可以使用控制中的“重復執行……次”積木，通過該積木可以減少一些重復模塊的冗余。

師：同學們，接下來我們來測試一下編程效果。

教師播放音樂，學生啟動無人機跳舞。

師：有些同學的機器人跳得非常棒，但也有些同學的機器人跳得和音樂節奏配不上，怎么辦呢？這時，我們可以通過調整無人機飛行間隔的參數或者飛行的距離、速度，來調整節奏。

學生通過調整時間差，使得無人機能基本按照音樂的節奏完成飛行表演。學生動手嘗試并合作完成，這一過程需要較多的時間不斷地調整節奏。

教學小貼士：無人機舞蹈動作編程，要從簡單開始，層層增加。學生通過調整無人機飛行節奏熟悉代碼的使用，做到靈活自如。

三、編程實現無人機翻滾動作

師：我們的無人機已經可以進行簡單的飛行表演了，但是感覺還不夠華麗，接下來我們來給無人機舞蹈增加更多的效果。大家看看Mind+軟件上的積木塊，想想還能增加什么功能。

學生思考并小組討論。

師：大疆的RoboMaster TT可以做翻滾動作，我們可以嘗試用“翻滾”積木讓無人機翻滾，如圖2。

1.設置自定義模塊

師：我們先把之前做的效果保存為一個函數模塊，單擊“函數—自定義模塊—增加模塊名稱”，將這一組動作命名為“左右搖擺”，如圖3。

2.添加無人機翻滾效果

首先測試無人機翻滾效果。注意：當無人機電量小于50%時，翻滾動作會被限制，翻滾區域也需要大于2m×2m的空間。

學生在Mind+軟件中為無人機添加翻滾動作，小組合作完成“左右翻滾”模塊代碼并查看飛行效果，根據空間場地大小調整飛行表演的動作，保證人員的安全。

教學小貼士：添加翻滾效果，讓學生玩得更有趣，增加學生的樂趣。測試時注意現場場地大小和人員的安全。

四、編程實現無人機跳舞

師：剛才我們使用了自定義模塊，主要是把一個個動作分開，在編寫代碼時候可以配合剛才的自定義模塊一起使用，一個模塊可以作為一組動作，讓代碼看起來更清晰。

學生小組合作學習完成無人機“左右旋轉”模塊代碼，把前面的模塊代碼組合起來，就是一套無人機機器人跳舞動作代碼，如圖4。

教師播放音樂，學生調試代碼，并分組依次進行無人機跳舞演示。學生和教師共同評選出做得最完美、效果最好的那一組。

教學小貼士：完成代碼后讓學生測試代碼，學生可以自行查漏補缺。小組相互評價，找到其他小組的優缺點，大家互相學習，共同進步。

四、課程小結

師：這節課我們主要學習運用了Mind+函數自定義模塊、重復執行、翻滾等積木。同學們可以根據自己的能力，設計一個自己喜歡的機器人舞蹈，然后給大家表演一下。

五、課后拓展

學生根據自己的能力，設計一個更加復雜的機器人舞蹈給同學們表演。

六、評價與交流

在最后評價中，分別以小組評價和活動評價的多個維度來評價學生活動開展情況，從而來觀察學生在學習中的成長過程。

教學反思

本節課主要是學習空中飛行機器人運動的知識，教師引導學生學會編碼實現無人機前后左右運動，并拓展增加了飛行機器人旋轉和翻滾。通過簡單的編程模塊學習和模塊組合，學生能設計出一套自己的動作，再配合一定的節奏音樂，設計出一個符合自己預期的表演機器人。

在教學過程中，以最簡單的前后左右為主突破口，先讓學生編程做一個簡單的機器人空中表演動作，然后不斷地層層突破。通過設計一個個小的動作及函數模塊組合，形成動作組，再通過組合各動作組，形成更為復雜的組合動作。教學中分層設計教學任務，以任務驅動的方式來完成各環節的教學，學生獲得了成功的體驗，激發了學習編程的興趣。本課堅持以學生為主，以小組合作的形式開展活動，達到預期的教學效果。

（本課件由DF創客社區推薦）