STEAM與運算思維教學實務班–卡內基美隆大學機械學院入門課程:機器人設計(1060726)

日期:106年7月26日(三)

主題:STEAM與運算思維教學實務班–卡內基美隆大學機械學院入門課程:機器人設計

單位:資訊工業策進會 數位教育研究所

上課地點:台北市信義路三段153號3樓

課程計畫:

課程目標:

  1. 瞭解運算思維與STEAM於學科整合應用。
  2. 瞭解國際機器人教學編制架構與教學內容。
  3. 瞭解數位學習平台、模擬軟體與實體教學搭配。
  4. 瞭解機械工程中需要的技巧(包含簡單機械,基礎物理,解決問題的能力,設計和測試等)
  5. 具備建立簡單機械裝置同時能透過動作編程,將二者整合應用。

課程大綱:

  1. 【開幕式與課程說明】:這個單元會帶領您了解機器人的零件,以及如何更新機器人的韌體。
  2. 【圖型化編程環境介紹】:這個單元會教您如何利用圖型化程式,讓機器人前進與設置馬達。
  3. 【基本移動】:這個單元會教您如何利用圖型化程式讓機器人前後移動、控制速度與控制手臂、操縱旋轉方向與角度等,以及應用程式設計和數學的技巧。
  4. 【感測器應用】:這個單元會教您如何利用圖型化程式,讓機器人使用觸碰感應器與距離感應器避開障礙物、用陀螺儀感應器來偵測旋轉,以及用顏色感應器讓機器人可以對紅綠燈、道路標示等有所反應。
  5. 【程式流程】:這個單元會教您使用迴圈來編寫更複雜的程式碼,並用If/Else 條件敘述式,讓機器人根據感應器的讀取數值做出判斷、重複決策與追蹤路線。
  6. 【學習成果】: 這個單元會請您以救援為挑戰任務,讓機器人執行救人任務,同時防止任務中出現更嚴重的破壞。

課程內容:

STEM Integration in K-12 Education

什麼是運算思維 (Computational Thinking)?

運算思維就是解決問題的方法。
讓我們面對複雜的問題,能夠理解問題本質、發展可能的解決辦法。然後使用電腦、人或兩者都可以理解的方式來呈現這些解決方案。(參考:BBC

分成四個部分:

  1. 拆解(Decomposition):將複雜的問題或系統分解成更小、更易於管理的問題;
  2. 模式識別(Pattern Recognition):為了讓解決問題更有效率,將每個小問題分別檢視,思考之前是否有解過類似的問題;
  3. 抽象(Abstraction):只注意重要的細節,忽略不相關的資訊;
  4. 演算法(Algorithms ):設計簡單的步驟或規則來解決每個小問題。

最後,將這些簡單的步驟或規則寫成程式。

圖片來自 BBC BiteSize

程式是工具,實現「解決問題」的工具。程式語言本身並不涉及運算思維。


VEX IQ 官方網站

VEX IQ Meet the Bots – Starter Kit Robots

VEX IQ Super Kit

Getting Started with ROBOTC for VEX IQ Robot Virtual Worlds

圖片來源:https://content.vexrobotics.com/vexiq/images/SoftwareV2/robotc-graphical.jpg

RobotC Programming Tutorial #01: Getting Started & Basic Functions

Introduction to Programming VEX Robotics in RobotC


卡內基美隆大學機械學院入門課程-機器人設計:

課程網站:CM Asia Learning

VEX IQ – 智能機器人基本動作簡介

  1. 建造智能機器人的最佳練習
    • 最佳實踐導覽
    • 最佳實踐評量
  2. 簡單機械第一部分:槓桿簡單
    • 簡單機械介紹
    • 槓桿介紹
    • 學生槓桿練習
    • 槓桿建構說明
    • 槓桿研究文章
  3. 簡單機械第二部分:車輪和車軸和斜面
    • 輪軸簡介
    • 建造指示-輪軸
    • 輪軸應用
    • 斜面簡介
    • 建造指示-斜面
    • 斜面應用
  4. 簡單機械第三部分: 滑輪
  5. 簡單機械第四部分:簡單機械工程
    • 彈球機問題
    • 彈球機問題評量
    • 起重機問題
    • 起重機問題評量
  6. 編程的第一部分 : 入門
    • 系統配置
    • 你的第一程式 ( 物理機器人)
    • 你的第一個程式(虛擬機器人)
    • 使用
  7. BUG 挑戰:測量移動和轉動
    • 介紹 miniVEX
    • BUG 挑戰賽
    • BUG挑戰賽的學生練習
    • 車輪周長等於 1 圈的旋轉
    • 有關於測量的文章
    • 延伸學習
    • 用測量器測量角度
  8. 第二部份的程式: 向前移動&轉動
  9. 行星單元
  10. 小行星挑戰賽(自選)
  11. 地心引力的重心和摩擦力
  12. 齒輪:建立速度或扭轉力
  13. 機器人奧運會尖峰挑戰

上課教材:

  • CM Asia Learning:goo.gl/uxo2mj
  • 軟體下載:goo.gl/JexuwC
    • 最先裝:ROBOTCforVEXRobotics_455Release.exe
    • 最後裝:ExpeditionAtlantisDemo_August_31_2017.exe

學習資源: