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《VR遥感机械手》教学设计

凌伟黄秦祺

本课以虚拟现实技术与工业应用的机械手为原型相结合，教授学生应用多学科（信息技术、物理、数学、美术）知识融合完成VR遥感机械手的作品改善。信息技术：在学生掌握桌面级虚拟技术（VR）Leapmotion和Arduino开源硬件编程的基础上，使用LeapmotionAPPHome与mblock软件建立数据交互，并且编程实现VR遥感机械手的功能。mblock是在Scratch2.0的基础上加入了Arduino开源硬件的传感器模块，可直接对电子元件进行编程控制。物理：针对机械手容易倾倒、不够稳定问题，运用所学物理知识（重心）来思考解决方案，并通过实际操作加以解决，体现了理论与实际的相结合。数学：本节课的数学内容主要服务于编程设计，根据LeapmotionX轴数值的改变来转化为舵机的偏转角度，实现线转角，涉及到的知识是反余弦函数。课上将根据几何画板的动态演示，讲解反余弦函数，从而解决这个应用问题。美术：机器的外观美化属于工业设计的范畴，必须要有造型基础、装饰色彩基础以及材料、物理、数学等学科的知识储备。由于本课的需要，将外观美化的方法简约化、通俗化并呈现出来，以此来帮助、启发学生寻找外观美化方案。

1.学生的知识基础

2.学生的学习特点与学习习惯

由于我校开展的机器人课程是基于创客理念的，给学生搭建展示的平台，培养学生的创新探究意识，让学生通过自己的努力主动参与探究去获得答案，所以VR遥感机械手的课堂以学生为主体，教师启发引导学生去完成改善提升VR遥感机械手。

机械手、LeapMotion、数据线、零件盒、螺丝扳手、双孔梁若干、稳压电源；笔记本电脑。

知识与技能目标：激励学生通过观察，能够利用物理重心知识解决VR遥感机械手不稳定的结构问题；向学生介绍数学反余弦函数的知识，并应用反余弦函数将X轴数值转化为舵机偏转角度；引导学生利用Leapmotion与机械手相结合编程实现VR遥感机械手的功能；介绍多种美化机器的方法，启发学生思考VR遥感机械手的美化方案。

过程与方法目标：任务驱动法：教师根据学情设置合理的实践探究任务，并让学生以小组合作的方式完成VR遥感机械手的改善与提升，增强同伴间的交流与合作。启发引导法：教师设置合理的问题情境，引发学生思考关于如何改进VR遥感机械手的问题，发挥想象力得出问题的答案，提升学生的创新思维能力。

情感态度与价值观目标：激发学生应用虚拟现实技术结合Arduino平台进行科技创作的兴趣；培养学生的逻辑思维能力并增强学生的创新探究意识；培养学生融合应用多学科知识的意识与能力。

重点：激励学生通过观察，能够利用物理重心知识解决VR遥感机械手不稳定的结构问题；向学生介绍数学反余弦函数的知识，并应用反余弦函数将X轴数值转化为舵机偏转角度；引导学生利用Leapmotion与机械手相结合编程实现VR遥感机械手的功能；介绍多种美化机器的方法，启发学生思考VR遥感机械手的美化方案。

难点：向学生介绍数学反余弦函数的知识，并应用反余弦函数将X轴数值转化为舵机偏转角度；引导学生利用Leapmotion与机械手相结合编程实现VR遥感机械手的功能。

1.课程导入

教师引导学生发现VR遥感机械手所存在的待改进问题，总结为三个方面：结构改进、编程实现与作品美化。

設计意图：利用VR遥感机械手所存在的问题导入课程，向学生明确本课任务，同时激发学生的学习兴趣。

2.结构改进（物理）

教师邀请物理黄老师帮助解决机器结构改进的问题。（本环节中以下教师为物理黄老师）

教师从机械手容易倾倒的方向引导学生思考结构改进的方案。

改进方案：电池位置太高——降低重心；电池位置偏后——增大底盘；电池质量太大——改变电池……

教师鼓励学生积极思考，有不同的方法。

学生根据总结出来的解决方法，以小组为单位动手实践，改进机械手的结构。（教师巡视并指导）

请2～3组学生展示自己的作品，同时说明自己的解决方法，教师进行点评。

设计意图：本环节邀请物理老师从重心引入，引导学生讨论并确定提升VR遥感机械手的改进方案，提供机会给学生展示成果，培养学生发现问题、解决问题的自主能力。

3.函数应用（数学）

教师带领学生复习回顾Leapmotion的功能，向学生介绍VR遥感机械手的工作原理，从而引出编程中需要应用到的数学知识（线转角），邀请数学丁老师介绍反余弦函数。（本环节中以下教师为数学丁老师）

教师建立数学模型，导入反余弦函数，使用几何画板帮助学生理解角度转换的原理（锐角与钝角）。

教师设置小练习进行知识巩固。

设计意图：根据对教学内容与学生实际情况的分析，邀请数学老师从VR遥感机械手的工作原理为突破口，引导与帮助学生应用数学的反三角函数知识。

4.编程实现（信息技术）

教师指导学生如何将反余弦函数应用到编程中去。

教师布置学生