EV3系列小狗機(jī)器人制作的問題與教學(xué)

河北師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 杜影月 吳育飛

機(jī)器人教育通過組裝、編程、運(yùn)行等實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)。機(jī)器人教學(xué)融合了機(jī)械原理、電子傳感器及人工智能等先進(jìn)技術(shù)，小學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時(shí)也拓展了其空間想象能力、邏輯思維能力和多要素的協(xié)同能力。將機(jī)器人教育引入小學(xué)的科學(xué)教學(xué)中也成為小學(xué)生技術(shù)教育和人工智能起步的新的重要平臺(tái)。

EV3系列小狗機(jī)器人（以下簡稱“小狗”）是由控制器、兩個(gè)大型電機(jī)、一個(gè)中型電機(jī)、一個(gè)顏色傳感器、一個(gè)觸動(dòng)傳感器等組成的。在設(shè)計(jì)制作時(shí)容易出現(xiàn)以下問題：（1）拼接電線太多導(dǎo)致混亂；（2）啟動(dòng)站立或接受抬腿指令時(shí)平衡能力不強(qiáng)；（3）執(zhí)行抬頭指令時(shí)靈活性不強(qiáng)；（4）顏色傳感器識(shí)別顏色時(shí)靈敏性不強(qiáng)。

一、問題分析與解決方法

1.拼接電線太多導(dǎo)致混亂的原因有：一是EV3控制器是在拼裝了電機(jī)與傳感器之后組裝的，最后再將5根電線連接，易導(dǎo)致混亂；二是5根電線的外觀比較相近，不容易加以區(qū)分，組裝時(shí)容易錯(cuò)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(jié)果。要對圖紙進(jìn)行分析，將各部分對應(yīng)的端口梳理清晰，根據(jù)圖紙中的標(biāo)注，選擇適宜長度的電線。

2.啟動(dòng)站立和接受抬腿指令時(shí)平衡能力不強(qiáng)的原因是：“小狗”呈現(xiàn)的是頭部較重、后部較輕的構(gòu)造特征，啟動(dòng)前“小狗”蹲著且頭部朝下，整個(gè)重心向前，站起來時(shí)不利于平衡，容易向前傾倒。所以在開啟控制器后，要及時(shí)按動(dòng)向上按鈕，使頭部先抬起，再根據(jù)指令進(jìn)行抬腿的動(dòng)作。

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

4.“小狗”在執(zhí)行指令時(shí)，本應(yīng)該將骨頭放在光感面前才發(fā)出咀嚼聲，但有時(shí)未放骨頭也會(huì)發(fā)聲，產(chǎn)生此問題的原因是外界環(huán)境中光線的干擾。所以，“小狗”進(jìn)行光感數(shù)據(jù)設(shè)置之前，需從各角度測量運(yùn)行環(huán)境的光強(qiáng)度，根據(jù)具體數(shù)據(jù)設(shè)置光感閾值。這樣，在接收光的指令時(shí)，能夠保證顏色傳感器的靈敏感應(yīng)。

二、“小狗”機(jī)器人的教學(xué)策略

1.對于初學(xué)者，在制作前要做好相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，事先了解程序模塊和運(yùn)行關(guān)系等知識(shí)尤為重要。

2.在制作“小狗”時(shí)需要認(rèn)清幾個(gè)關(guān)鍵因素，整體把握好若干功能部件和各模塊間的協(xié)同作用，以達(dá)到運(yùn)行中各因素之間的優(yōu)化。

3.“小狗”是一種綜合程度較強(qiáng)的作品，在教學(xué)過程中盡量將STEAM教育方法融入其中，培養(yǎng)小學(xué)生在制作機(jī)器人和編制程序的過程中動(dòng)手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力，以此為載體提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。