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科学、技术、工程和数学实验室
动力巷 学生

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  • 活动大纲
    本次探索将首先向学生介绍如何设置驾驶速度,然后让他们探索机器人的速度如何影响其动量。 点击此处(Google / .docx / .pdf)查看此活动的概要。 了解机器人的动量将是应用于 Strike Challenge 保龄球比赛的一个重要概念。

  • 学生将编写什么程序
    使用 Speedbot(传动系统 2 电机,无陀螺仪)模板项目,学生只需在 driveFor(1,英寸)指令中添加 setDriveVelocity(50,百分比)指令即可更改 Speedbot 的速度设置。 活动的指导部分是让学生以不同的速度移动 Speedbot,活动结束时要求他们将编程速度的技能应用于动量和能量传递测试。

Speedbot 已准备好以不同的速度行驶!

这项调查将帮助您了解更多有关对 Speedbot 进行编程以便以最适合任务的速度行驶的信息。 在最后的打击挑战中,您需要为 Speedbot 找到一个速度,使其能够快速且具有很大的动力,但仍能保持控制,以便以良好的角度和很大的力量击球。

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以下是 VEXcode V5 用户界面的概述。 学生将在 Momentum Alley STEM Lab 的活动中了解这些标签/按钮。 整个 STEM 实验室还提供链接来提供有关这些选项卡/按钮的更多信息。

V5 接口

    本调查第一部分将使用 VEXcode V5 指令:

    • 传动系统.设置驱动速度(50,百分比);

    • 传动系统.driveFor(前进,200,毫米);

    • 要了解有关该指令的更多信息,请选择“帮助”,然后选择命令旁边的问号图标以查看更多信息。

      C++ 中 Drive For 命令的帮助信息

      确保您已下载并准备好所需的硬件、工程笔记本以及 VEXcode V5 。

    教师提示图标 教师提示

    如果这是学生第一次使用 VEXcode V5,他们可以在探索过程中随时参考教程。 教程位于工具栏中。

    2020-11-30_14-15-09.jpg

    每组学生都应获得所需的硬件和小组的工程笔记本。 然后打开VEXcode V5。

    所需材料:
    数量 所需材料
    1

    Speedbot 机器人

    1

    充电机器人电池

    1

    VEX代码 V5

    1

    USB 电缆(如果使用电脑)

    1

    工程笔记本

    1

    球(足球的大小和形状)

    1

    3m x 3m 净空

    1

    米尺或尺子

    1

    胶带卷

    1

    数据表

    教师提示图标 教师提示

    为学生示范每一个故障排除步骤。

    步骤 1:  准备探索

    在开始活动之前,您是否已准备好以下每件物品?

    第 2 步:开始新项目

    完成以下步骤来开始该项目:

    • 打开文件菜单并选择打开示例。

      在文件菜单中突出显示打开示例选项

       

    • 选择并打开 Speedbot(传动系统 2 电机,无陀螺仪)模板项目。 模板项目包含 Speedbot 的 电机配置。 如果不使用模板,您的机器人将无法正确运行项目。

      示例项目菜单中的 Speedbot 模板图像

       

    • 由于您将要探索速度,因此您将项目命名为 DriveVelocity。 完成后,选择 保存。

      VEXcode V5 工具栏中的项目标题重命名

       

     

     

    教师提示图标 教师提示

    • 项目名称的单词之间或单词后可以有空格。

      重命名 V5

    • 您可以要求学生在项目名称中添加他们的姓名首字母或小组名称。 如果您要求学生提交项目,这将有助于区分它们。

    • 因为这是学生可能尝试的第一个编程活动,所以您应该模拟这些步骤,然后要求学生完成相同的操作。 然后,老师应该监督学生,以确保他们正确地遵循这些步骤。

    • 确保学生已从文件菜单中选择了打开示例。

    • 确保学生选择了 Speedbot(传动系统 2 马达,无陀螺仪)模板项目。

    • 您可以向学生指出,示例页面上有多种选择可供选择。 当他们建造和使用其他机器人时,他们将有机会使用不同的模板。

    • 检查确保项目名称 DriveVelocity 现在位于工具栏中心的窗口中。

    教师工具箱图标 教师工具箱 - 保存项目

    • 指出,当他们第一次打开 VEXcode V5 时,窗口标记为 VEXcode 项目。 VEXcode Project 是首次打开 VEXcode V5 时的默认项目名称。 将项目重命名为 Drive 并保存后,显示屏将更新以显示新的项目名称。 使用工具栏中的此窗口,可以轻松检查学生是否使用正确的项目。

    • 告诉学生他们现在已经准备好开始他们的第一个项目了。 向学生们解释,只需按照几个简单的步骤,他们就能创建并运行一个推动 Speedbot 前进的项目。

    • 提醒学生在工作时保存他们的项目。 VEX 库中的 C++ 部分解释了 VEXcode V5 中的保存实践。

    教师工具箱图标 教师工具箱 - 停下来讨论

    这是暂停的好时机,让学生单独或分组回顾一下刚刚完成的在 VEXcode V5 中启动新项目的步骤。 要求学生先进行个人反思,然后再在小组内或全班同学分享。

    步骤 3:以不同速度向前行驶 150 毫米

    您现在可以开始对机器人进行编程,使其以不同的速度向前行驶!

    • 在开始编程之前,我们需要了解什么是指令。 一条指令由三部分组成 

    教师提示图标 教师提示

    当您开始输入指令时,您可能会注意到自动完成功能。 使用“向上”和“向下”键选择所需的名称,然后按键盘上的“Tab”或(Enter/Return)进行选择。 有关此功能的更多信息,请查看 C++ 文章。

    • 将说明添加到项目:

    教师提示图标 教师提示

    请注意,第二条和第三条指令(第 29 行和第 30 行)与第四条和第五条指令(第 31 行和第 32 行)相同,但速度参数不同。 添加第三条指令后,学生可以突出显示第 29 行和第 30 行,以复制并粘贴下面的行,从而形成第 31 行和第 32 行。 然后他们可以将第 31 行的速度改为 75%。

    • 选择插槽图标以选择机器人大脑上八个可用插槽之一,然后选择插槽 1。

       

    • 使用微型 USB 电缆将 V5 机器人大脑连接到计算机,并打开 V5 机器人大脑的电源。 一旦成功连接,工具栏中的 Brain 图标 将变为绿色 。

    • 选择 下载 将项目下载到 Brain。

       

    教师工具箱图标 教师工具箱

    • 提醒学生断开机器人大脑上的 USB 电缆。 在运行项目时将机器人连接到计算机可能会导致机器人拉动连接线。

    • 通过查看机器人大脑的屏幕,检查以确保您的项目已下载 (C++) 。 项目名称 DriveVelocity 应列在插槽 1 中。

    教师工具箱图标 教师工具箱

    • 停下来讨论
      让学生预测当这个项目下载并在 Speedbot 机器人上运行时会发生什么。 告诉学生将他们的预测记录在他们的工程笔记本中。 如果时间允许,让每个小组分享他们的预测。

      学生应该预测 Speedbot 将首先以其默认速度(50%)向前移动,然后比默认速度慢(25%),然后比默认速度快(75%)。

    • 示范 首先
      示范在全班同学面前运行该项目,然后让所有学生同时尝试。 将学生聚集在一个区域,如果 Speedbot 放在地板上,则要留出足够的移动空间。

      告诉学生现在轮到他们运行他们的项目了。 确保它们有一条畅通的路径并且没有 Speedbot 会互相碰撞。

    • 确保选择了项目,在机器人上运行(C++) 该项目,然后按下机器人大脑上的 运行 按钮。 恭喜您创建了您的第一个项目!

    步骤 4: 以不同速度向前和向后行驶 150 毫米

    现在您已经对机器人进行了编程,使其以不同的速度向前行驶,请对其进行编程,使其现在以不同的速度向前和向后行驶。

    • 更改第二条 driveFor 指令中的参数以显示 -150。

    • 选择项目名称,将其从 DriveVelocity 更改为

    • 选择插槽图标来选择一个新插槽。 选择插槽 2。

      工具栏中的插槽 2 选择图像

       

    • 下载(C++) 项目。

    • 通过查看机器人大脑的屏幕,检查以确保您的项目已下载 (C++) 。 项目名称 ReverseVelocity 应列在插槽 2 中。

    • 确保选择了项目,在机器人上运行(C++) 该项目,然后按下机器人大脑上的 运行 按钮。

    教师工具箱图标 教师工具箱 - 完成第 4 步

    • 要将 driveFor 命令从 forward 更改为 reverse,只需将第一个参数更改为 -150。 这将使传动系统中的电机以相反的方向移动。

    • 毫米数可以改变,但在这个例子中,我们将其保留为上一步设置的 150 毫米。

    • 提醒学生在运行项目之前断开机器人大脑的 USB 电缆。

    • 提醒学生在工作时保存他们的项目。 VEX 库有一个 C++ 部分,解释了 VEXcode V5 中的保存实践。

    教师提示图标 教师提示

    如果有必要,要求各队共享测试区域和球,但也可以设置多个测试区域,每个区域都有自己的球。 决定您是否要设置测试区域,或者是否希望学生这样做。

    步骤5:设置测试区域

    测试区域布局示例

    • 使用胶带和米尺在地板上画一条 3 米长的线,如上图所示的水平线。

      • 画完线后,再次使用胶带和米尺在 3 米线上画出 1 米长的线,就像上图中的垂直线一样。 从 0 厘米处开始,在垂直线上每隔 50 厘米用胶带贴一条 1 米长的线。

      • 较短的水平线应位于较长的垂直线的中心。

    • 在设置该区域时,您的团队的一两名成员应该创建一个名为 Momentum 的新项目。 将速度设置为 50%,并让 Speedbot 向前行驶到 50 厘米处的第一条线。 请记住 1 厘米 = 10 毫米,因此机器人将向前移动 50 厘米或 500 毫米。

    教师工具箱图标 教师工具箱 - 为什么开展此项活动?

    • 数据收集和分析,甚至简单的模式识别,都是基本的科学技能。 此项活动通过防止常见的失误为数据分析添加了结构。

    • 请注意,说明中并没有告诉学生如何随着机器人速度的变化而改变其行驶距离。 这是学习科学家所说的“变量控制策略”的有意应用。 教导新手调查员一次操纵一个变量(即本例中的速度)来确定其对第二个变量(即球在碰撞后行进的距离)的影响很重要,因为这不一定是学生会自发采用的方法,而不是猜测和检查的方法。 典型的猜测和检查方法通常一次操纵多个变量(即改变机器人行进的速度和距离)并观察汇合对球旋转后行进距离的影响。 这项活动试图引导学生远离这种情况,因为变量之间的关系变得模糊不清。 是机器人的速度越快,还是机器人行驶的距离越远,还是两者兼而有之,导致球飞得更远? 当我们同时操纵两个变量时,我们无法回答这个问题。

    • 然而,团队可能会自发尝试驾驶机器人行驶不同的距离。 如果您观察到这种情况,请要求他们仅改变距离,但保持速度与原始 500 毫米距离的试验中相同。 这样,他们可以比较相同的速度和不同的行驶距离,看看机器人的行驶距离是否也影响球的行进距离。

    步骤 6:测试碰撞过程中的能量转移

    带有机器人和球的保龄球挑战测试区

    将球放置在距离水平线 50 厘米处的中心,并将机器人的前端放置在距离水平线 0 厘米处的中心。 确保机器人的正面朝向球的方向。 运行您的第一个 Momentum 项目,将速度设置为 50%,并密切关注机器人与球的碰撞。

    将设定的速度、行驶距离以及球行进的距离记录在此数据表 (Google / .pdf) 中。 表格的第一行已经根据您在上一步中处理的 Momentum 项目为您启动。 当您尝试设置不同的速度时,继续向该表添加数据。 然后,您可以在全班讨论您的发现时添加其他团队的数据。

    教师提示图标 教师提示

    • 准备好一个区域,让球以不同的方向和距离弹跳。 根据需要关闭门和/或窗。

    • 可以从下面保存探索速度的表格,或者学生可以在他们的工程笔记本中重新创建该表格。

    • 评估团队工程笔记本的标准可在此处找到(Google / .docx / .pdf),评估个人笔记本的标准可在此处找到(Google / .docx / .pdf)。 每当您计划使用评分标准来评估学生作业时,请务必在他们开始进行项目之前与他们分享评分标准。

    收集数据时,请在工程笔记本中思考并回答以下问题:

    • 如何判断机器人的动量在碰撞过程中将能量传递给了球? 详细解释一下。

    • 至少再重复测试两次。 尝试小于 50% 的速度。 将球放回原位,并在表中记录球行进的距离。 另外,尝试超过 50% 的速度。 将球放回原位,并在表中记录球行进的距离。

    • 当所有小组都完成三项测试后,讨论其他小组选择的速度以及球在测试中行进的距离。 当团队共享他们的数据时,将他们的发现添加到您的表中。

    • 在数据中寻找模式。 随着设定速度的增加,球行进的距离会增加还是减少?

    教师工具箱图标 教师工具箱 - 答案

    1. 球的运动证明机器人在碰撞过程中转移了能量。 学生还可能描述球在撞击后的速度或行进方向作为证据。

    2. 球行进的距离取决于所用球的质量/重量和机器人设定的速度。

    3. 学生们应该认识到,速度越高,球飞得越远。 明确地将其与机器人的动量联系起来。 强调机器人的重量没有改变,只有速度改变,但两者都对机器人的动量有贡献。 询问他们是否认为如果机器人更重的话球会飞得更远。 大概如此。 下一次阅读将更多地讨论碰撞过程中球的质量的影响。

    4. 学生小组可能选择了变化范围很广的速度,但总体学习目标是让学生认识到,速度越高,动量越大,碰撞时会将更多的能量传递给球。