資源簡介

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信息科技 第14課認識智能機器人 教學設計
課題 認識智能機器人 單元 第三單元 學科 信息科技 年級 九年級
教材分析 教材介紹了智能機器人的定義及組成，未來智能機器人的發展趨勢，智能機器人的分類。讓學生感受了智能機器人在我們的生活中無處不在，為學生深入了解機器人儲備了基礎知識。本課教材內容是本章內容的重點，學習完本課，學生了解了計智能機器人的基礎知識，可以走進了科學的世界。教材給出了豐富的示例，學生學習起來比較容易。教材知識結構清晰，學生需要完成的任務數量合適，符合初中生的認知特點。
學習 目標 一、知道機器人的定義及組成。 二、了解機器人的分類。 三、拓寬視野。 四、培養科技創新精神。
重點 讓學生知道機器人的定義及組成，了解機器人的分類。
難點 培養學生的科技創新精神。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 陳佳在校運會期間幫學校和班級做了大量的宣傳工作，但由于她的體育成績不突出，因此沒有參賽。聽說兩個月后學?！翱萍脊潯袄镉幸粋€“機器人運動會”項目，陳佳決定不放過這次一展身手的機會，與小伙伴組成參賽小組，積極報了名。雖然他們對 Photoshop、Flash都很熟，甚至可以稱為高手，但他們對機器人卻還不是很了解，于是他們決定從收集機器人的資料入手，看看智能機器人是怎么一回事。 觀看一段視頻。 提出問題 (1）什么是智能機器人？它由哪幾部分組成？ (2）未來智能機器人有哪些發展趨勢？ (3) 智能機器人是怎樣分類的？ 了解機器人 交流思考 先引入機器人這一新事物，激發學生興趣，引發學生思考。
講授新課 走進智能機器人的世界 1. 什么是智能機器人 提起機器人，我們可能只會聯想到穿有保護盔甲、外形像人的機器，如圖3-7所示。其實機器人并非都如此，我們設計的機器人，只要它具有人或生物的某些功能，就可以稱為機器人，并不一定要求它的外形像人。 通常我們把能“感覺”、會“思考決策”、會“動作”的機器系統稱為智能機器人。 結合不同的工作特點，人們設計了各式各樣的智能機器人，如圖3-8 所示。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人形機器人的形狀，更加符合各種不同應用領域的特殊要求。圖3-8(b)所示導盲機器人就具有較高的視覺、聽覺功能，它能帶著盲人到他們要去的地方；有了它，盲人們就不用擔心出門了。 觀看可愛的仿人型機器人和各種各樣的機器人圖片。 觀看各種各樣的機器人圖片。 2.智能機器人的組成 智能機器人要準確模仿人的動作，不但需要有類似人的大腦，還要有各種感覺和靈活的肢體。機器人的大腦由具有可編寫程序的控制器來實現，感覺器官由各種各樣的傳感器來實現，四肢運動則由被機器人大腦控制的執行裝置驅動來實現。有了這三部分，智能機器人就可以收集外部信息，再根據它的大腦分析判斷做出決定。圖3-9是人與智能機器人對外界信息處理過程的比較。 觀看思維導圖人與智能機器人對外界信息處理過程的比較。 交流 請根據上面對機器人組成的描述和你查閱資料時的了解，談談什么樣的機器才能稱為智能機器人。 智能機器人，之所以叫智能機器人，這是因為它有相當發達的“大腦”。在腦中起作用的是中央處理器，這種計算機跟操作它的人有直接的聯系。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣，我們才說這種機器人才是真正的機器人，盡管它們的外表可能有所不同。 人類為了從外界獲得信息，必須借助感覺器官，這些器官收集的信息經神經傳到大腦，再經大腦處理，從而辨別出物體特征，如形狀、顏色、味道等。機器人也有類似裝置收集信息，這就是傳感器，它能將外界信息轉換成機器人能識別的電信號，并傳給機器人的大腦對信息進行處理，最后由大腦控制相關執行部件執行。表3-1是人的感覺器官與機器人的傳感器的對比。 觀看表3-1 人的感覺器官與機器人的傳感器的對比 感覺種類 人的感覺器官機器人的傳感器 物理/化學量 視覺眼睛光電管、圖像傳感器光聽覺耳朵話筒 聲音嗅覺鼻子氣體傳感器 氣體味覺舌頭味覺傳感器 味道觸覺皮膚溫度傳感器 溫度、壓力
二、關注智能機器人的發展 21 世紀將是智能機器人大發展的世紀，專家預測，未來的智能機器人技術將有以下幾個特點： 虛擬化 未來將實現虛擬遙控操作的機器人技術。依拿這種技術，人們可以模擬不同的環境來控制機器人為人類服務，如圖3-10 所示。 圖3-10 虛擬機器人技術運用于教學 微型化 微型化是智能機器人發展的另一個趨勢，未來的微型機器人將采用納米技術，其移動更加靈活、方便、精度高。如圖 3一11 所示的是兩個微型機器人。 圖3-11 微型機器人 3.模塊化 未來的智能機器人，其各部分部件和軟件將向模塊化方向發展，這樣有利于部件的更換和功能的擴展。到時人們可以根據自己的需要，選擇訂購不同的機器人模塊部件和相應的軟件，如圖 3-12 所示。 圖3-12 供裝配的機器人眼睛部件 交流 請通過查閱資料或自己的采身經歷，發揮你的想象力，暢想一下 你希望擁有一個怎樣的機器人，并描述其特點和功能。 如：我想擁有一個寵物機器人，它可以說話，并且能夠保護我。 三、了解智能機器人的分類 機器人的分類方式有很多種。按照機器人的智能程度劃分，分為一般機器人和智能機器人；按照機器人的控制方式劃分，分為伺服機器人和非伺服機器人；按照機械手的結構劃分，分為柱面坐標機器人、球面坐標機器人、關節式機器人等；按照機器人的用途劃分，分為工業機器人、特種機器人、軍用機器人等。在通常情況下，我們是按機器人的用途來進行劃分的，如服務機器人、教學機器人、工業機器人、軍用機器人等，如圖3-13 所示。 圖3-13 各種類型的機器人 交流 其實，在日常生活中我們都已經接觸到很多種機器人了，只是你可能還不清楚而已，如高級電飯煲、高級自動洗衣機、高級電冰箱、高級微波爐……請查閱相關資料，選擇其中一項，說說它們的大致工作原理，以及為什么它們也可稱為智能機器人。 如： 煮飯工作原理：當高級電飯煲開始煮飯時，電源從插頭進入，經過電源線與電飯煲插座連接。電源通過超溫保險、觸點開關，送到電熱盤兩端。此時，電熱盤開始加熱煮飯。同時，煮飯指示燈與電熱盤并聯，因此煮飯指示燈亮起。 保溫工作原理：當飯煮熟后，電飯煲鍋內溫度超過 100 度。這時，磁鋼限溫器失去磁性，從而帶動連接桿斷開觸點開關。同時，保溫電路接通，保溫指示燈亮起，而煮飯指示燈斷開不亮。由于電路中保溫器的特性，隨著溫度上升，其內部電阻增大，電流變小；隨著溫度下降，其內部電阻變小，電流變大。這種變化控制著電飯煲的保溫功能。 高級電飯煲之所以被稱為智能機器人，主要是因為它具備了自動化、感知和決策、人機交互、學習能力等人工智能特征和功能。這些特征和功能使得高級電飯煲可以更好地為人類服務，提高生活質量。 拓展 關于機器人的課外學習集錦 1. 機器人“robot”的由來 機器人“robot”一詞源于捷克語“robota”，意思是“奴隸”。1920 年捷克斯洛伐克作家薩佩克寫了一個名為《洛桑萬能機器人公司》的劇本，他把在洛桑萬能機器人公司從事生產、勞動的那些家伙取名為“Robot”，漢語音譯為“羅伯特”，“機器人”的名字也由此正式誕生。 2.機器人的三原則 科學技術的進步很可能引發一些人類不希望出現的問題。為了保護人類，早在1940 年科幻作家阿西莫夫就提出 了“機器人三原則”，阿西莫夫也因此獲得“機器人之父”的桂冠。他提出的機器人三原則是： （1）機器人不應傷害人類，而且不能忽視機器人傷害人類； （2）機器人應遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外； (3）機器人應能保護自己，與第一條相抵觸者除外。 3. 機器人學習相關網站 中國機器人網、機器人愛好者、DF創客社區、機器人史話、西覓亞科技、中鳴機器人 明確機器人的定義，對機器人有了更深入的認識。 了解機器人的組成，機器人是如何處理信息的，和人類又有哪些區別。 小組思考討論什么樣的機器是智能機器人。 了解人的感覺器官與機器人的傳感器的區別 知道機器人的三個特點。 交流評價 發現收獲 學習機器人的分類 交流評價 發現收獲 拓展延伸 創設情境，引出機器人的概念。 幫助學生深入學習機器人，將其分門別類。 打開學生腦洞，激發想象力。 讓學生進一步了解人與機器人的區別。 關注機器人與生活的聯系。 激發學生想象力 拓寬學生視野，學習不同類型的機器人。 培養學生探索精神。 拓展關于機器人的相關知識。
作業布置 在家中找出屬于智能機器人的機器 加深對智能機器人的認識
課堂小結 本節課我們學習了智能機器人的定義及組成、未來智能機器人的發展趨勢、智能機器人的分類。不僅讓學生習得了機器人的相關知識，也培養了學生探索和科技創新精神。 總結 總結
板書 認識智能機器人 1、智能機器人的定義及組成。 2、未來智能機器人的發展趨勢。 3、智能機器人的分類。 學生從板書中形成本課的知識結構，內化學習成果。 體現本課的設計思路，讓學生明白本課學習了哪些內容。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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第十四課 認識智能機器人
九年級
教學目標
一、知道機器人的定義及組成。
二、了解機器人的分類。
三、拓寬視野。
四、培養科技創新精神。
新知導入
新知導入
陳佳在校運會期間幫學校和班級做了大量的宣傳工作，但由于她的體育成績不突出，因此沒有參賽。聽說兩個月后學校“科技節“里有一個“機器人運動會”項目，陳佳決定不放過這次一展身手的機會，與小伙伴組成參賽小組，積極報了名。雖然他們對 Photoshop、Flash都很熟，甚至可以稱為高手，但他們對機器人卻還不是很了解，于是他們決定從收集機器人的資料入手，看看智能機器人是怎么一回事。
問題
(1）什么是智能機器人？它由哪幾部分組成？
(2）未來智能機器人有哪些發展趨勢？
(3) 智能機器人是怎樣分類的？
一、走進智能機器人的世界
提起機器人，我們可能只會聯想到穿有保護盔甲、外形像人的機器，如圖3-7所示。其實機器人并非都如此，我們設計的機器人，只要它具有人或生物的某些功能，就可以稱為機器人，并不一定要求它的外形像人。
通常我們把能“感覺”、會“思考決策”、會“動作”的機器系統稱為智能機器人。
結合不同的工作特點，人們設計了各式各樣的智能機器人，如圖3-8 所示。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人形機器人的形狀，更加符合各種不同應用領域的特殊要求。圖3-8(b)所示導盲機器人就具有較高的視覺、聽覺功能，它能帶著盲人到他們要去的地方；有了它，盲人們就不用擔心出門了。
1. 什么是智能機器人
一、走進智能機器人的世界
圖3-7 可愛的仿人型機器人
一、走進智能機器人的世界
圖3-8各種各樣的機器人
（a）火星機器人
(b)導盲機器人
（c）工業焊接機器人
（d）軍用排雷器人
（e）醫用機器人
（f）寵物機器人
一、走進智能機器人的世界
智能機器人要準確模仿人的動作，不但需要有類似人的大腦，還要有各種感覺和靈活的肢體。機器人的大腦由具有可編寫程序的控制器來實現，感覺器官由各種各樣的傳感器來實現，四肢運動則由被機器人大腦控制的執行裝置驅動來實現。有了這三部分，智能機器人就可以收集外部信息，再根據它的大腦分析判斷做出決定。圖3-9是人與智能機器人對外界信息處理過程的比較。
2.智能機器人的組成
一、走進智能機器人的世界
外界信息
機器人
人
反應
處理
接收
機械本位
微電腦
傳感器
肢體
大腦
感覺器官
圖3-9 人與智能機器人對外界信息處理過程的比較
交流
請根據上面對機器人組成的描述和你查閱資料時的了解，談談什么樣的機器才能稱為智能機器人。
智能機器人，之所以叫智能機器人，這是因為它有相當發達的“大腦”。在腦中起作用的是中央處理器，這種計算機跟操作它的人有直接的聯系。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣，我們才說這種機器人才是真正的機器人，盡管它們的外表可能有所不同。
交流
人類為了從外界獲得信息，必須借助感覺器官，這些器官收集的信息經神經傳到大腦，再經大腦處理，從而辨別出物體特征，如形狀、顏色、味道等。機器人也有類似裝置收集信息，這就是傳感器，它能將外界信息轉換成機器人能識別的電信號，并傳給機器人的大腦對信息進行處理，最后由大腦控制相關執行部件執行。表3-1是人的感覺器官與機器人的傳感器的對比。
交流
感覺種類 人的感覺器官 機器人的傳感器 物理/化學量
視覺 眼睛 光電管、圖像傳感器 光
聽覺 耳朵 話筒 聲音
嗅覺 鼻子 氣體傳感器 氣體
味覺 舌頭 味覺傳感器 味道
觸覺 皮膚 溫度傳感器 溫度、壓力
表3-1 人的感覺器官與機器人的傳感器的對比
21 世紀將是智能機器人大發展的世紀，專家預測，未來的智能機器人技術將有以下幾個特點：
二、關注智能機器人的發展
未來將實現虛擬遙控操作的機器人技術。依靠這種技術，人們可以模擬不同的環境來控制機器人為人類服務，如圖3-10 所示。
二、關注智能機器人的發展
1.虛擬化
二、關注智能機器人的發展
圖3-10 虛擬機器人技術運用于教學
微型化是智能機器人發展的另一個趨勢，未來的微型機器人將采用納米技術，其移動更加靈活、方便、精度高。如圖 3一11 所示的是兩個微型機器人。
二、關注智能機器人的發展
2.微型化
圖3-11 微型機器人
未來的智能機器人，其各部分部件和軟件將向模塊化方向發展，這樣有利于部件的更換和功能的擴展。到時人們可以根據自己的需要，選擇訂購不同的機器人模塊部件和相應的軟件，如圖 3-12 所示。
二、關注智能機器人的發展
3.模塊化
二、關注智能機器人的發展
圖3-12 供裝配的機器人眼睛部件
請通過查閱資料或自己的采身經歷，發揮你的想象力，暢想一下 你希望擁有一個怎樣的機器人，并描述其特點和功能。
交流
如：我想擁有一個寵物機器人，它可以說話，并且能夠保護我。
機器人的分類方式有很多種。按照機器人的智能程度劃分，分為一般機器人和智能機器人；按照機器人的控制方式劃分，分為伺服機器人和非伺服機器人；按照機械手的結構劃分，分為柱面坐標機器人、球面坐標機器人、關節式機器人等；按照機器人的用途劃分，分為工業機器人、特種機器人、軍用機器人等。在通常情況下，我們是按機器人的用途來進行劃分的，如服務機器人、教學機器人、工業機器人、軍用機器人等，如圖3-13 所示。
三、了解智能機器人的分類
三、了解智能機器人的分類
（a)服務機器人
（b)教學機器人
（c)工業機器人
（d)軍用機器人
（e)行走機器人
（f)娛樂機器人
圖3-13 各種類型的機器人
其實，在日常生活中我們都已經接觸到很多種機器人了，只是你可能還不清楚而已，如高級電飯煲、高級自動洗衣機、高級電冰箱、高級微波爐……請查閱相關資料，選擇其中一項，說說它們的大致工作原理，以及為什么它們也可稱為智能機器人。
交流
交流
如：
煮飯工作原理：當高級電飯煲開始煮飯時，電源從插頭進入，經過電源線與電飯煲插座連接。電源通過超溫保險、觸點開關，送到電熱盤兩端。此時，電熱盤開始加熱煮飯。同時，煮飯指示燈與電熱盤并聯，因此煮飯指示燈亮起。
保溫工作原理：當飯煮熟后，電飯煲鍋內溫度超過 100 度。這時，磁鋼限溫器失去磁性，從而帶動連接桿斷開觸點開關。同時，保溫電路接通，保溫指示燈亮起，而煮飯指示燈斷開不亮。由于電路中保溫器的特性，隨著溫度上升，其內部電阻增大，電流變小；隨著溫度下降，其內部電阻變小，電流變大。這種變化控制著電飯煲的保溫功能。
交流
高級電飯煲之所以被稱為智能機器人，主要是因為它具備了自動化、感知和決策、人機交互、學習能力等人工智能特征和功能。這些特征和功能使得高級電飯煲可以更好地為人類服務，提高生活質量。
1. 機器人“robot”的由來
機器人“robot”一詞源于捷克語“robota”，意思是“奴隸”。1920 年捷克斯洛伐克作家薩佩克寫了一個名為《洛桑萬能機器人公司》的劇本，他把在洛桑萬能機器人公司從事生產、勞動的那些家伙取名為“Robot”，漢語音譯為“羅伯特”，“機器人”的名字也由此正式誕生。
拓展
關于機器人的課外學習集錦
拓展
2.機器人的三原則
科學技術的進步很可能引發一些人類不希望出現的問題。為了保護人類，早在1940 年科幻作家阿西莫夫就提出 了“機器人三原則”，阿西莫夫也因此獲得“機器人之父”的桂冠。他提出的機器人三原則是：
（1）機器人不應傷害人類，而且不能忽視機器人傷害人類；
（2）機器人應遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；
(3）機器人應能保護自己，與第一條相抵觸者除外。
拓展
3. 機器人學習相關網站
中國機器人網、機器人愛好者、DF創客社區、機器人史話、西覓亞科技、中鳴機器人
板書設計
認識智能機器人
1、智能機器人的定義及組成。
2、未來智能機器人的發展趨勢。
3、智能機器人的分類。
謝謝
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