家长与教师指南
第 7 周：规划一次自主任务
课时长度：60 至 75 分钟
学习目的
学生要学的是：工程师在动手造之前，是怎样规划机器人这份活儿的。他们先分清自主系统（靠传感器和程序自己作决定）和遥控系统（由人来操控），然后为一项任务写下需求、约束和评判标准，并权衡其中的取舍。他们要画出自主程序的流程图，用矩形表示动作、菱形表示判断，其中还包括一次安全停车；最后跑一次简短的引导练习任务，为下周的结业项目预演。
预期的学生成果
这一周结束时，学生将能够：
- 说明自主系统和遥控系统的区别
- 为一项机器人任务写下需求、约束和成功标准
- 描述机器人方案中的一处取舍，并用工程设计流程作出选择
- 画出自主程序的流程图，包含动作方框、判断菱形和一次安全停车
- 跑一次简短的引导自主任务，并把结果与它的成功标准对照
建议的节奏
About 60 至 75 分钟. Adjust to your group - these are guides, not limits.
| 步骤 | 重点 | 分钟 |
|---|---|---|
| 自主与遥控，以及规划用的那些词 | 自主与遥控；需求、约束、评判标准、取舍，以及设计流程。 | 15 min |
| 写一份任务方案 | 在规划书上写下需求、约束、评判标准和一处取舍。 | 15 min |
| 画出任务流程图 | 动作方框、一个判断菱形、一个循环，以及一次安全停车。 | 12 min |
| 预测结果 | 预测任务会不会满足它的标准，以及哪一条最可能不达标。 | 3 min |
| 引导式自主练习任务 | 把「开到区域、作出反应、安全停车」这套预演跑一遍。 | 15 min |
| 对照标准检查 | 记录这一遍的表现，并和成功标准对照。 | 5 min |
| 知识检测 | 关于规划、自主性、流程图和安全停车的五道题。 | 8 min |
| 反思 | 取舍，以及负责任的机器人技术。 | 7 min |
开始之前
场地布置
- 为每位学生或每组打印任务规划书、流程图页，以及练习任务测试记录表。
- 为套件路线和不插电路线布置一小段练习路线：一条起跑线、一个标记好的区域和一个障碍物。
- 走套件路线的，先充好电并确认有一个传感器能用；走模拟器路线的，把它打开并载入一张 6x6 的网格。
提前准备
- 自己先写一份示例任务规划书，这样才好示范需求、约束和评判标准之间的区别。
- 画一张带判断菱形和安全停车的示例流程图，让大家看清它长什么样。
- 想好一两个任务备选，留给那些挑不定的小组。
材料
- 「任务规划书」活动纸（可打印）(套件, 模拟器, 不插电)
- 带动作方框和判断菱形的流程图页（可打印）(套件, 模拟器, 不插电)
- 铅笔、橡皮和纸(套件, 模拟器, 不插电)
- 一小段做好标记的路线，或者一个要抵达的「区域」（用胶带、纸杯或一个盒子）(套件, 不插电)
- 一套至少带一个传感器的可编程机器人套件(套件)
- 装有浏览器模拟器的电脑或平板(模拟器)
- 前几周做的纸板机器人模型和程序卡片(不插电)
- 秒表或计时器，用来核对时间方面的约束可选(套件, 模拟器, 不插电)
安全
- caution练习跑动时，保持测试区域通畅，并随时准备好在机器人跑出路线时把它停住；让手指远离转动的轮子。(套件)
- caution永远要编好一次安全停车，让自主机器人在任务完成或有东西挡路时停下来，而不是硬顶着往墙上或人身上撞。(套件, 模拟器, 不插电)
- caution保持地板上的胶带赛道通畅，免得演示任务时有人绊倒。(不插电)
- info常常保存你的程序和日志，免得刷新浏览器把方案弄丢。(模拟器)
完整安全须知
Review these once with your group. They apply across the whole course; the notes above are what matters most this week.
Batteries and circuits套件
- Use only appropriate low-voltage educational equipment - no wall outlets and no household batteries wired by hand.
- Never connect a battery's two terminals directly to each other.
- Stop right away if a motor, wire, or battery becomes hot, and tell an adult.
- Disconnect the power before changing wheels, motors, or other mechanical parts.
Motors and gears套件
- Keep fingers, hair, jewelry, sleeves, and loose clothing away from moving gears and wheels.
- Do not force a stalled motor that has stopped turning - switch it off and find out why.
- Make sure moving parts are secured before you run a test.
Moving robots
- Test on the floor, not on a table where the robot could drive off an edge.
- Keep robots away from stairs, roads, water, pets, and people's feet.
- Use a clear, open test area.
- Always include a safe-stop behavior so the robot halts when the job is done or something is in the way.
Tools and materials套件, 不插电
- Ask an adult for help with cutting or any sharp tools.
- Use safe classroom materials - no sharp, toxic, or breakable items.
- Never launch or swing an attachment toward a person.
怎样组织这节课
- 1.动手做之前，先讲自主和遥控的区别，以及规划用的那些词。
- 2.让各组先写规划书；在他们往下走之前，先检查那些评判标准是不是可衡量的。
- 3.示范怎样把一份规划书变成流程图，然后让各组自己画。
- 4.让所有人先预测，把引导式练习任务跑一遍，并对照标准做记录；始终把安全停车放在最显眼的位置，作为下周的预演。
常见误解
- 把需求和约束搞混：需求是那件要干的活儿，约束是一条限制。
- 「自主不就是会动嘛」：光会动还不够；它得靠传感器和程序自己作决定。
- 忘了安全停车，或者画出一张根本没法收尾的流程图。
- 以为取舍就意味着有一个选项纯属「错的」，而不是在两样好东西之间求平衡。
可以问的问题
- 这一行是需求（一件活儿）还是约束（一条限制）？
- 你打算怎样真正去核对机器人有没有达到那条标准？
- 你的流程图在哪里结束？是什么让机器人安全地停下来的？
- 你放弃了什么去换别的东西？这么换值不值？
课堂与分组的调整
降低难度
给各组一个现成的任务和一份填了一半的规划书，让他们专心弄流程图和安全停车。
提高难度
要求画两个判断菱形和写第二条成功标准，并让各组用文字说明他们那处取舍的理由。
小组与全班
In pairs or small groups, give each student a role that rotates - driver (builds or types), navigator (reads the plan), and recorder (fills the worksheet) - so everyone participates. For a whole-class demo, run one shared robot or simulator on the board, have students predict together, then let groups repeat it on their own path. Groups can also mix paths: one builds on the kit while another checks the same idea in the simulator or unplugged, then they compare results.
有器材与无器材说明
Every activity this week runs three ways - all three teach the same core idea, so pick whichever fits your room. No specific product is required.
套件
- 「任务规划书」活动纸（可打印）
- 带动作方框和判断菱形的流程图页（可打印）
- 铅笔、橡皮和纸
- 一小段做好标记的路线，或者一个要抵达的「区域」（用胶带、纸杯或一个盒子）
- 一套至少带一个传感器的可编程机器人套件
- 秒表或计时器，用来核对时间方面的约束
模拟器
- 「任务规划书」活动纸（可打印）
- 带动作方框和判断菱形的流程图页（可打印）
- 铅笔、橡皮和纸
- 装有浏览器模拟器的电脑或平板
- 秒表或计时器，用来核对时间方面的约束
不插电
- 「任务规划书」活动纸（可打印）
- 带动作方框和判断菱形的流程图页（可打印）
- 铅笔、橡皮和纸
- 一小段做好标记的路线，或者一个要抵达的「区域」（用胶带、纸杯或一个盒子）
- 前几周做的纸板机器人模型和程序卡片
- 秒表或计时器，用来核对时间方面的约束
疑难排查
这一周活动中常见的问题，以及可以试试的办法。
- 需求和约束看着一个样套件Try: 需求是一件要干的活儿（「到达区域」）；约束是一条限制（「30 秒之内」）。把每一行都归到其中一类里去。
- 标准在模拟器里没法核对模拟器Try: 把标准写成模拟器能显示出来的样子，比如「落在终点格上」或者「在边缘之前停住」。
- 没有一个明确的办法来判断成败不插电Try: 加一个看得见的实体标记，比如一块胶带围出来的「区域」，让成功成为你能看见、能指出来的东西。
- 流程图永远停不下来套件Try: 每张自主流程图都需要一个出口：从某个判断引一条箭头到「安全停车」方框。
- 分不清哪一块积木是那个判断模拟器Try: 程序在哪里向传感器提了一个是或否的问题，判断就在哪里，那一处就画成菱形。
- 同伴照着走的时候一头雾水不插电Try: 让每个方框都只写一个精确的动作，并确保每个菱形都恰好有两条带标签的箭头。
- 机器人对障碍物视而不见套件Try: 检查传感器阈值，以及循环是不是一直在读传感器，就像第 6 周做可靠性时那样。
- 机器人冲过了区域套件Try: 把行驶速度降下来，或者在停车之前加一次距离检查：这就是拿速度换可靠性的取舍。
- 机器人直接穿过了障碍物模拟器Try: 确认那个「如果」条件是在循环里、并且在移动之前读取传感器的。
- 循环永远结束不了模拟器Try: 检查「重复直到」的条件在机器人到达目标时确实会变成真。
- 同伴跑出来的和你想的不一样不插电Try: 像第 3 周那些顺序指令一样，让每张卡片都只写一条精确的指令，这样就只有一种读法。
- 对障碍物完全没有反应不插电Try: 加一张条件卡，写清楚保险杠碰到障碍物时该怎么办。
知识检测参考答案
这里的答案只给成人看；学生活动纸上是不显示答案的。
1. 一台送货机器人靠自己的传感器和程序，自己开到了卸货区，全程没人操控。这台机器人是：
正确答案：自主的
原因：自主系统靠自己的传感器和程序作决定，没有人操控；而遥控系统是由人实时驾驶的。
2. 「机器人必须到达蓝色区域」和「它必须在 30 秒之内完成」。哪一条是需求，哪一条是约束？
正确答案：到达区域是需求；30 秒的限制是约束
原因：需求是机器人「必须」做到的事；约束则是时间、尺寸、材料或预算之类的限制，你得在里面施展。
3. 在流程图里，菱形代表什么？
正确答案：一次是或否的判断
原因：在流程图里，矩形装动作，菱形装是或否的判断，每个菱形都配一条「是」箭头和一条「否」箭头。
4. 你的机器人跑得快，可有时来不及读传感器就撞了。你把它放慢，好让它读得稳。这个选择属于：
正确答案：一处取舍
原因：取舍就是放弃一点这个（速度），去换更多的那个（可靠性），工程师用设计流程来权衡这类选择。
5. 自主机器人的程序里为什么需要一次安全停车？
正确答案：为了在任务完成或有东西挡路时安全地停住，而不是径直撞上去
原因：自主机器人是自己作决定的，所以它的程序需要一次安全停车，好在任务完成或有东西挡路时停下来，这正是负责任的机器人技术的一部分。