EV3系列小狗机器人制作的问题与教学

河北师范大学化学与材料科学学院 杜影月 吴育飞

机器人教育通过组装、编程、运行等实践，激发学生学习兴趣，培养学生技术素养。机器人教学融合了机械原理、电子传感器及人工智能等先进技术，小学生在学习的同时也拓展了其空间想象能力、逻辑思维能力和多要素的协同能力。将机器人教育引入小学的科学教学中也成为小学生技术教育和人工智能起步的新的重要平台。

EV3系列小狗机器人（以下简称“小狗”）是由控制器、两个大型电机、一个中型电机、一个颜色传感器、一个触动传感器等组成的。在设计制作时容易出现以下问题：（1）拼接电线太多导致混乱；（2）启动站立或接受抬腿指令时平衡能力不强；（3）执行抬头指令时灵活性不强；（4）颜色传感器识别颜色时灵敏性不强。

一、问题分析与解决方法

1.拼接电线太多导致混乱的原因有：一是EV3控制器是在拼装了电机与传感器之后组装的，最后再将5根电线连接，易导致混乱；二是5根电线的外观比较相近，不容易加以区分，组装时容易错接。所以，在接线的过程中需要记录每一根线所连接的元件，以保证连接的正确结果。要对图纸进行分析，将各部分对应的端口梳理清晰，根据图纸中的标注，选择适宜长度的电线。

2.启动站立和接受抬腿指令时平衡能力不强的原因是：“小狗”呈现的是头部较重、后部较轻的构造特征，启动前“小狗”蹲着且头部朝下，整个重心向前，站起来时不利于平衡，容易向前倾倒。所以在开启控制器后，要及时按动向上按钮，使头部先抬起，再根据指令进行抬腿的动作。

3.执行抬头指令时灵活性不强的原因是：“小狗”的头部组装过紧，使小狗机器人执行抬头操作时行动迟缓，并伴随着零件摩擦的声音。因此，在组装“小狗”时，不要使零件组装太紧，但也不要过松。

4.“小狗”在执行指令时，本应该将骨头放在光感面前才发出咀嚼声，但有时未放骨头也会发声，产生此问题的原因是外界环境中光线的干扰。所以，“小狗”进行光感数据设置之前，需从各角度测量运行环境的光强度，根据具体数据设置光感阈值。这样，在接收光的指令时，能够保证颜色传感器的灵敏感应。

二、“小狗”机器人的教学策略

1.对于初学者，在制作前要做好相关基础知识的学习，事先了解程序模块和运行关系等知识尤为重要。

2.在制作“小狗”时需要认清几个关键因素，整体把握好若干功能部件和各模块间的协同作用，以达到运行中各因素之间的优化。

3.“小狗”是一种综合程度较强的作品，在教学过程中尽量将STEAM教育方法融入其中，培养小学生在制作机器人和编制程序的过程中动手能力、协作能力和创造能力，以此为载体提升学生的技术素养。