机器人特工训练营 课程指南(中)/乐高机器人培训丛书

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张海兵,徐茜茜 著
图书标签:
  • 乐高机器人
  • 机器人编程
  • STEM教育
  • 青少年科技
  • 机器人特工
  • 课程指南
  • 乐高培训
  • 机器人竞赛
  • 教育教学
  • 动手实践
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出版社: 清华大学出版社
ISBN:9787302466000
版次:1
商品编码:12213146
包装:平装
开本:16开
出版时间:2017-06-01
用纸:胶版纸
页数:85
字数:117000
正文语种:中文

具体描述

产品特色

编辑推荐

◆ 独特、创新、跨学科的教学设计,增进孩子们的合作意识。
◆ 较强的趣味性、实践性和探索性,激发孩子们的学习兴趣。
◆ 综合运用的多学科知识,让孩子们不断获得新的体验和技能。

内容简介

本书是教师指导学生学习《机器人特工训练营——搭建指南(中)A》和《机器人特工训练营——搭建指南(中)B》的课程指南。
本书的课程设计以小特工参加野外集训为主线,让学生在情境中通过建构结构模型来解决生活中遇到的实际问题。课程内容的安排以阶梯式呈现,相对独立又不失衔接,内容包括结构与力、简单机械、动力机械等15个教学案例。学生在课堂中的活动包括模型设计、结构建构、测试、优化等,使学生在体验中提升科学素养。
本书涉及的机械知识点以供教师参考为主,教师宜根据学生的实际情况设计教学环节,激发学生的学习兴趣和探究机械结构的欲望,培养学生勇于探索和创新的品质。

作者简介

张海兵,负责浙江省台州市双语学校信息技术教学和学校信息化管理工作,兼校外教育机器人教育课程顾问。具有丰富的机器人教学和课程开发经验,精通乐高数字化建模;编著多套机器人教育课程书籍;曾获全国第三届中小学机器人课堂教学展评课一等奖,辅导学生多次参加省、市机器人大赛并获大奖;浙江省中小学教师机器人教育拓展性课程专项培训讲师,致力于机器人教育的普及,让更多的孩子受益。

徐茜茜,从事乐高机器人校外教育教学多年,对机器人教育教学有一定的研究。热爱教育事业,对幼儿、小学教育有独到的见解,善于捕捉孩子的兴趣,并从孩子的身心特点出发组织教学活动。设计的机器人微课程曾获浙江省校外教育微课大赛一等奖;承建的“WeDO机器人微课程”通过省教育厅验收,在全省推广使用;教学设计获省校外教育教师技能大赛二等奖。浙江省中小学教师机器人教育拓展性课程专项培训讲师,推崇“玩中学,学中玩”的教育理念,愿将世界上*好的教育带给孩子们。


目录

第1课 雨刮器.................................................................................................1
第2课 杠杆.....................................................................................................8
第3课 工具夹子...........................................................................................15
第4课 投石车...............................................................................................21
第5课 挤压机...............................................................................................26
第6课 传送机...............................................................................................32
第7课 电风扇...............................................................................................38
第8课 钓鱼竿...............................................................................................43
第9课 起重机...............................................................................................49
第10课 清扫车.............................................................................................54
第11课 挖掘机.............................................................................................60
第12课 滑坡车.............................................................................................65
第13课 旋转木马.........................................................................................71
第14课 摩天轮.............................................................................................76
第15课 尺蠖.................................................................................................81
附录A.............................................................................................................86
附录B.............................................................................................................87

精彩书摘

  15
  第3课 工具夹子
  第3课
  工 具 夹 子
  学习目标
  科学:
  ● 科学观察。
  ● 杠杆。
  技术/工程:
  ● 装配组件。
  ● 设计解决方案。
  数学:
  ● 将二维图建构成三维模型。
  ● 观察、比较。
  ● 变形四边形。
  艺术:
  ● 美观结构设计。
  ● 描绘。
  ● 正确表述。
  词汇:
  ● 复式杠杆:一组耦合在一起的杠杆,前一个杠杆的阻力会成为后一个杠杆的动力。
  机器人特工训练营——课程指南(中)
  16
  联系
  经过层层考验,盖瑞和吉尔终于到达了目的地。他们迅速下车寻找目标人物,却发现小偷已突破保安的重围,朝山坡上逃去。盖瑞和吉尔立即追了过去,却发现狡猾的小偷将装有名画的袋子扔进了下水道。为了完好地拿回名画,盖瑞和吉尔两人决定分头行动。吉尔负责取回名画,盖瑞继续追捕小偷。
  吉尔仔细观察下水道,发现此处的下水道又深又窄,不方便进出,如何尽快取出名画呢?你有什么便捷的方法吗?
  建构
  . 复式杠杆。
  指甲剪是一种常见的复式杠杆。
  . 搭建普通工具夹子(参考《机器人特工训练营——搭建指南(中)A》和《机器人特工训练营——搭建指南(中)B》第3课)。
  注意: (1)可以改变支点的位置。
  (2)结构对称。
  . 搭建伸缩工具夹子(参考《机器人特工训练营——搭建指南(中)A》和《机器人特工训练营——搭建指南(中)B》第3课)。
  注意: (1)需要关注白色梁的上下位置,夹子伸缩要自如。
  (2)支点位置的选取。
  反思
  . 伸缩夹子的可伸缩部分是什么形状,这个形状有什么样的特点?
  伸缩夹子的可伸缩部分是菱形,四边长度一样。由于四边形可以变形,才使得这个夹子可以伸缩。
  . 找出伸缩夹子的支点,支点的位置能改变吗?尝试改变支点的位置,观察夹子伸缩时发生的变化。
  ……

前言/序言

  在全面推行素质教育的大背景下,随着现代社会人工智能应用范围的日趋广泛,能够全面锻炼学生综合素质的机器人课程开始走进中小学,它凭借较强的趣味性、实践性、探索性和创新性,吸引了众多学生的参与,并极大地调动了学生的积极性,这也使其在越来越多的学校和校外机构中如火如荼地开展起来。然而,不论是学校教育、校外教育,还是家庭教育,都缺乏相应的规范教材,机器人教材的开发与规范迫在眉睫。
  “乐高机器人培训丛书”专门针对小学低年级学生设计和开发,旨在为学生提供与他人合作的机会,使学生体会良好的合作需要有效的分工,培养和提升学生的团队合作意识。本套丛书采用乐高9686科学与技术教育套装为教具或学具,课程包括结构与力、简单机械、动力机械、能源转化等科技内容的45个活动案例,秉承“学中玩”的教学理念;采用STEAM跨学科创新教学法,综合运用科学、技术、工程、艺术、数学等多学科知识,使学生不断获得新的体验和技能;遵循4C教育理念,通过“联系—建构—反思—延续”的过程提高学生的学习兴趣,轻松实现创新型教学。
  教师在组织教学时,可以安排学生两两合作,两人共用一套器材。课程活动内容分为A、B两部分,其中一部分课程内容是独立的,即两名同学共用一套器材,用不同的零部件搭建同一主题内容的不同模型;大部分课程内容是需要组合的,即同一模型的不同部分最终需要组合在一起才能成为一个完整的模型。书中提供的搭建步骤供教师及学生参考,模型为基础主题模型,建议学生在完成基础模型后对模型进行一定程度的探究,并进行有效的创新。
  本套丛书包括“课程指南”“搭建指南”和“学生活动手册”,共12本。
  (1)“课程指南”:分为上、中、下3册。
  (2)“搭建指南”:分为上、中、下3册,每册分为A、B两个版本。
  (3)“学生活动手册”:分为上、中、下3册。
  本套丛书可作为中小学或校外机构的教学用书,也可作为学生的自学手册。
  编者
  2017年1月


《机器人特工训练营 课程指南(中)/乐高机器人培训丛书》 一、 课程定位与价值 《机器人特工训练营 课程指南(中)》并非一本简单的乐高积木搭建手册,它是一套系统性、进阶性的机器人教育解决方案,旨在为青少年读者提供一个全面、深入的学习平台。本书定位清晰,面向具有一定乐高机器人基础,渴望进一步提升自身技术能力和创新思维的学习者,也为初次接触机器人科技但具备强烈探索欲的初学者提供了扎实的入门指导。 本书的核心价值在于其“训练营”式的学习模式。它不再局限于零散的知识点讲解,而是通过模拟真实世界的特工任务,将知识、技能与实际应用紧密结合。每一章节都如同一次精心设计的训练科目,引导学习者在解决问题的过程中,掌握核心的机器人搭建、编程以及逻辑思维能力。这不仅能激发学习者的学习兴趣,更能培养他们独立思考、团队协作和创新解决问题的能力,这些软技能在未来的科技发展和社会竞争中至关重要。 本书的出版,顺应了当前全球机器人教育和STEM(科学、技术、工程、数学)教育的蓬勃发展趋势。通过乐高这一深受儿童喜爱的载体,将抽象的科学原理和编程概念变得生动有趣,易于理解和实践。它打破了传统课堂教学的局限性,为家庭教育、课外辅导提供了极具价值的资源,让科技学习不再是枯燥的理论灌输,而是充满乐趣和成就感的探索之旅。 二、 课程内容框架与深度解析 本书的内容设计层层递进,由浅入深,循序渐进地引导学习者掌握机器人技术的精髓。 第一部分:基础搭建与核心机械原理(奠定坚实基础) 模块化搭建理念: 课程伊始,便强调乐高机械组(Technic)中“模块化”的搭建思想。这并非随意组合,而是围绕功能性的核心部件(如齿轮、连杆、轴承、离合器等)进行结构设计。学习者将深入理解不同齿轮组(如直齿轮、锥齿轮、蜗杆蜗轮、差速器)的传动比原理,以及它们如何影响机器人的速度、扭矩和运动方向。 动力传输系统: 详细讲解如何设计高效的动力传输系统,包括皮带传动、链条传动、齿轮传动等。学习者会学习到如何计算传动比,优化动力损耗,并理解不同传动方式在实际应用中的优劣。例如,在设计一个能够搬运重物的机器人时,需要学习如何利用齿轮组放大扭矩。 结构稳定性与支撑: 机器人能否稳定运行,很大程度上取决于其结构设计。本书会指导学习者如何运用乐高Technic的梁、插销、横梁等组件,构建坚固、稳定且抗变形的框架。这包括对重心、受力点的分析,以及如何通过增加支撑点、采用三角形结构等方式来提高结构的整体稳定性。 简单机械运动的实现: 通过搭建不同功能的模块,学习者将亲身体验各种机械运动的实现,例如: 直线运动: 如通过曲柄滑块机构将旋转运动转化为直线运动,或利用齿轮组和滑轨实现精确的直线位移。 旋转运动: 精确控制电机转速和方向,实现单一方向或反向旋转,以及多轴联动旋转。 转向与联动: 通过差速器、万向节等组件,学习如何实现车辆的差速转向,或多个执行部件之间的协同运动。 传感器集成与基础应用: 介绍乐高Mindstorms EV3或Spike Prime等平台的常用传感器,如颜色传感器、超声波传感器、陀螺仪传感器、触碰传感器等。学习者将了解这些传感器的基本工作原理,以及如何将它们集成到机器人结构中,为后续的编程控制打下基础。例如,如何利用超声波传感器构建避障功能,或利用颜色传感器实现循迹功能。 第二部分:编程逻辑与智能控制(赋予机器人生命) 图形化编程环境解析: 深入讲解所配套的乐高编程软件(如LEGO MINDSTORms EV3软件或LEGO Education SPIKE App)的界面与功能。重点讲解块状编程的逻辑结构,包括: 动作块(Action Blocks): 控制电机转动(前进、后退、转弯、指定角度、指定圈数)、舵机控制等。 流程控制(Flow Control): 包括顺序执行、循环(重复执行、无限循环)、条件判断(如果/否则、如果/否则/否则)等。这是实现复杂行为的关键。 传感器块(Sensor Blocks): 读取传感器数据,并将其用于编程逻辑中。例如,“如果触碰传感器被按下,则停止”、“如果颜色传感器检测到红色,则执行特定动作”。 运算符与变量: 学习使用算术运算符(加、减、乘、除)、逻辑运算符(与、或、非)、比较运算符(大于、小于、等于),以及如何创建和使用变量来存储和传递数据,实现更动态和灵活的程序。 基础算法与控制策略: 循迹算法: 基于颜色传感器,学习如何编写程序使机器人沿着黑线或白线行走。这涉及对传感器数据的阈值设置,以及根据检测到的颜色信息调整方向。 避障算法: 利用超声波传感器或红外传感器,学习如何编写程序使机器人在遇到障碍物时能够检测、停止或绕行。这通常会结合循环和条件判断。 定时控制与延时: 理解如何精确控制机器人的运动时间和间隔,实现有节奏的动作。 反馈控制(简单形式): 通过传感器读取环境信息,并根据信息反馈调整执行动作,这是智能控制的基础。例如,通过陀螺仪传感器控制机器人在原地精确转动到特定角度。 多传感器协同: 引导学习者探索如何结合使用多种传感器,实现更复杂的任务。例如,一个机器人可能同时使用颜色传感器进行循迹,并使用超声波传感器进行避障。 数据记录与分析(初步): 介绍如何使用编程软件的数据记录功能,保存传感器数据,并进行初步分析,以便优化程序或理解机器人行为。 第三部分:高级挑战与创新应用(特工任务实战) 模拟特工任务场景: 本部分是本书的重头戏,通过设计一系列具有挑战性的“特工任务”,将前面学到的搭建和编程知识融会贯通。这些任务模拟了现实世界中机器人可能遇到的各种情况,例如: “搜救行动”: 设计一个能够自主在复杂环境中(模拟的迷宫或障碍场)搜索特定物品(如颜色标记、形状标记)的机器人,并将其运送回指定区域。这需要精确的导航、识别和抓取/搬运能力。 “情报传递”: 构建一个能够精确按照预设路线(可能是由线或标记引导)将“情报”(一个小球或其他物体)传递给另一个协作机器人的系统。这考验了路径规划和精确的运动控制。 “防御系统”: 设计一个能够检测并“阻挡”入侵者(例如,一个移动的球或另一个机器人)的机器人。这需要快速的反应能力、精确的转向和执行机构。 “环境监测”: 创造一个能够自主探索指定区域,并利用传感器(如光线传感器、温度传感器)收集环境数据的机器人,并将数据以某种方式(如LED灯闪烁、声音提示)反馈回来。 结构优化与性能提升: 在完成任务的过程中,学习者会被引导思考如何优化机器人结构,提高其稳定性、速度、精度和耐用性。例如,如何改进抓取机构的稳定性,如何降低传动系统的摩擦,如何优化电池续航等。 编程逻辑的迭代与调试: 强调调试的重要性。学习者将学习如何通过单步执行、观察变量、日志记录等方法,找出程序中的错误,并进行修改和完善。针对不同的任务,可能需要反复修改和优化编程逻辑。 团队协作与项目展示: 鼓励学习者分组合作,共同完成更复杂的任务,并准备成果展示。这有助于培养他们的沟通协调能力、团队精神,以及清晰地表达自己设计思路和技术方案的能力。 自由探索与创意设计: 在完成所有既定任务后,本书会提供一些启发性的设计思路和未完成的挑战,鼓励学习者根据自己的兴趣和想象力,进行自由的创意设计,构建属于自己的独一无二的机器人。 三、 学习方法与建议 本书的学习并非被动接受,而是一个积极主动的探索过程。为了最大化学习效果,建议读者: 1. 动手实践是关键: 每一项搭建和编程任务都要求亲手操作。不要怕出错,每一次的失败都是学习的机会。仔细拆解,重新组合,理解每一处连接和每一行代码的意义。 2. 理解原理,而非死记硬背: 在搭建过程中,要理解各种机械部件的功能和工作原理;在编程时,要理解程序逻辑的意义,而不是简单地复制粘贴。思考“为什么这样搭建能实现这个功能?”“为什么这样编程能让机器人做出这个动作?” 3. 循序渐进,稳扎稳打: 按照课程章节的顺序进行学习,确保每一个基础知识点都掌握牢固,再进入更复杂的挑战。切勿操之过急。 4. 善用乐高官方资源: 结合乐高官方提供的软件使用教程、社区论坛等资源,可以获得更多的帮助和灵感。 5. 记录与反思: 学习过程中,可以随时记录自己的搭建过程、遇到的问题、解决的方法以及编程思路。定期反思自己的学习进度,找出不足之处,并加以改进。 6. 团队合作的价值: 如果条件允许,与朋友、同学一起学习,分组讨论,互相启发,能够大大提升学习效率和乐趣。 7. 保持好奇心和探索欲: 机器人技术是一个不断发展的领域,保持对新知识、新技术的渴望,鼓励自己去尝试和创造,才能在未来拥有更广阔的发展空间。 四、 目标读者 本书适合对机器人科学、编程和工程技术感兴趣的青少年,年龄范围通常在10岁到16岁之间,尤其适合: 参加过基础乐高机器人课程,希望进一步深造的学习者。 对STEM教育有浓厚兴趣,希望系统学习机器人技术的初学者。 希望通过寓教于乐的方式,培养孩子逻辑思维、解决问题能力和创新精神的家长。 学校、教育机构、培训中心等用于开展机器人课程和科技竞赛的理想教材。 《机器人特工训练营 课程指南(中)》将带领读者踏上一段激动人心的科技探索之旅,在搭建与编程的世界里,成为一名真正的“机器人特工”。

用户评价

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这本书真是让我大开眼界!作为一个对乐高机器人充满好奇但又有些不知所措的初学者,我一直想找到一本既能入门又能深入的指南。《机器人特工训练营 课程指南(中)/乐高机器人培训丛书》绝对超出了我的预期。它不仅仅是介绍搭建技巧,更像是在构建一个完整的学习体系。我特别喜欢它讲解的逻辑性,从最基础的零件认识,到如何理解指令,再到如何调试程序,每一步都循序渐进,丝毫不让你感到迷茫。书中的插图非常清晰,甚至有些动手操作的步骤图解,让我感觉就像在老师的指导下进行学习一样。而且,它没有回避一些初学者容易遇到的难题,比如电机同步问题、传感器干扰等等,并且给出了非常实用的解决方案。我最惊喜的是,它还引导你思考如何解决更复杂的问题,鼓励你发挥创意,不仅仅是模仿,而是真正理解背后的原理。读完这本书,我感觉自己已经掌握了成为一个“机器人特工”的基本技能,迫不及待地想要开始我的第一个机器人项目了!这本书绝对是乐高机器人爱好者不容错过的一本宝藏。

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我是一名乐高机器人领域的教育工作者,一直在寻找一本能够系统性地引导学生学习的教材。《机器人特工训练营 课程指南(中)/乐高机器人培训丛书》这本书,可以说是我近期遇到的最满意的一本。它不仅仅是提供了一套课程体系,更是一种教学理念的体现。书中将复杂的机器人搭建和编程知识,分解为一个个易于理解的“训练任务”,非常适合用于课堂教学。我特别欣赏它对“设计思维”和“项目化学习”的融入,它鼓励学生在完成任务的过程中,主动思考、动手实践、不断优化,这恰恰是STEAM教育的核心。书中的案例涉及的领域广泛,从简单的机械结构到复杂的传感器应用,都能让学生在不同阶段得到充分的锻炼。而且,它还提供了很多拓展性的思路,可以帮助老师在教学过程中根据学生的接受程度进行调整。这本书不仅能帮助学生掌握乐高机器人的技能,更能培养他们的逻辑思维、创新能力和团队协作能力。我会强烈推荐给我的同行们,这本书无疑是提升机器人教学质量的一大利器。

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我是一名已经接触乐高机器人一段时间,但总感觉自己在编程和逻辑思维上不够扎实的用户。朋友推荐了这本《机器人特工训练营 课程指南(中)/乐高机器人培训丛书》,抱着试试看的心态入手,没想到收获巨大。《机器人特工训练营》的厉害之处在于它不仅仅是罗列代码和搭建图纸,而是深入浅出地讲解了许多编程思想。比如,书中对“循环”、“条件判断”、“函数”这些核心概念的解释,非常形象生动,我甚至能联想到生活中的实际例子,这极大地帮助我理解了抽象的编程逻辑。而且,它还提供了一些进阶的算法思路,比如如何让机器人进行路径规划、如何实现更智能的避障,这些都让我眼前一亮。书中的案例设计也非常贴合实际应用,从简单的搬运到复杂的巡线,每一步都充满了挑战性,也极大地激发了我学习的兴趣。我甚至觉得,这本书不仅仅是关于乐高机器人,它更是一种思维训练的工具,让我学会如何分解问题、如何系统地思考。强烈推荐给所有想要提升乐高机器人编程能力,或者想锻炼逻辑思维的朋友。

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坦白说,起初我拿到这本《机器人特工训练营 课程指南(中)/乐高机器人培训丛书》时,并没有抱太高的期望。市面上关于乐高机器人的书籍很多,但真正能做到既专业又易懂的却不多。然而,这本书真的让我刮目相看!它的内容组织非常巧妙,没有那种生硬的教材感,反而充满了趣味性和探索性。书中的“特工训练营”这个概念非常有代入感,仿佛真的在进行一场有趣的冒险。我喜欢它从“任务”的角度出发,引导你去思考如何完成不同的挑战,而不是枯燥地讲解知识点。而且,书中的一些“小贴士”和“常见错误分析”,都非常接地气,能帮助我避免走很多弯路。我最喜欢的是它在讲解过程中,不断地鼓励读者进行尝试和创新,而不是死板地要求按照说明书操作。这本书让我感觉,学习乐高机器人不再是一件枯燥的事情,而是一种充满乐趣的创造过程。如果你也想让孩子(或者自己)在玩乐中学习,并且培养解决问题的能力,这本书绝对是首选。

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一直以来,我都对机器人技术很感兴趣,但总觉得门槛很高,不知道从何入手。《机器人特工训练营 课程指南(中)/乐高机器人培训丛书》这本书,真的为我打开了一扇新世界的大门。它并没有直接抛出晦涩难懂的技术术语,而是从一个非常友好的角度切入,让我这个“小白”也能轻松理解。书中的语言风格很活泼,像是朋友在跟你分享经验一样,一点都不觉得有压力。我最喜欢的是它将搭建和编程紧密结合,让我明白每一个搭建的结构背后都有其功能上的考量,每一个程序的设计都是为了实现特定的目的。书中关于“故障排除”的部分,更是让我觉得非常实用,很多时候我们遇到的问题,书中都给出了解决的思路和方法。我甚至能感受到,这本书不仅仅是教授技术,更是在培养一种解决问题的能力,一种面对困难不放弃的精神。读完之后,我感觉自己对机器人有了更深的认识,也更有信心去尝试更复杂的项目了。这本书对于想要入门机器人领域的朋友来说,绝对是必读的佳作。

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据说写的很好,买来看看,学乐高用

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买来看看,照着搭建希望能好玩

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孩子喜欢,做活动价格可以接受,配送也很快。

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收到很好!

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京东服务值得信赖,商品质量好,送货速度快!

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