機器人籃球

材料

• 椅子、書桌或小桌子（表面高出地面 2 英尺）
• 垃圾桶（小）
• 塑料杯（不同尺寸）
• 美紋紙膠帶
• 乒乓球（3個或更多，畫成籃球的很有趣或自己用夏普加線）

過程

用“網”設置測試區——小垃圾桶或塑料杯（取決於你希望它有多大的挑戰性）

• 將“網”貼在椅子、桌子或小桌子上（離地面 2 英尺）
• 在距離球網 6 英尺的地板上放一塊膠帶——這是起跑線
• 將 3 個乒乓球放在起跑線的杯子裡
• 讓每支球隊使用他們的機器人設計從起跑線投中 3 次罰球
• 球隊記錄他們的投籃次數有多少進入網，然後計算他們的準確率（見下文）。 他們還注意到每次射擊的精確度（它們彼此之間的距離有多近）

可選的測試區設置 

• 將杯子貼在牆上（桌子上方 2 英尺）
• 在 6 英尺遠的地方放一張桌子——這是起跑線
• 將 3 個乒乓球放在起跑線的杯子裡
• 讓每支球隊使用他們的機器人設計從起跑線投中 3 次罰球
• 球隊記錄他們的投籃次數有多少進入網，然後計算他們的準確率（見下文）。 他們還注意到每次射擊的精確度（它們彼此之間的距離有多近）

計算精度

• 準確度是測量值與實際（真）值的接近程度。
• 精度是測量值彼此之間的接近程度。

每支球隊通過將他們射入球網的次數除以 3 次再乘以 100 來計算他們的準確率百分比。

2 次投籃 / 3 次投籃 x 100 = 67%（四捨五入）

設計挑戰賽

您是工程師團隊的一員，他們面臨著設計和製造“機器人”籃球運動員的挑戰。 “機器人”必須能夠 準確 向離地面 2 英尺、距“機器人”6 英尺的球網投 XNUMX 次罰球。

標準 

• 網必須高出地板（或桌子）2 英尺，距離“機器人”6 英尺。

約束

• 選拔賽只獲得3次罰球
• 僅使用提供的材料
• 團隊可以交易無限材料

1. 將班級分成 2-3 人一組。
2. 分發機器人籃球工作表，以及一些用於草圖設計的紙。 
3. 討論背景概念部分中的主題。
   • 如果你有籃球，舉起它問……你們中有多少人打過籃球？ 球員必須做出哪些類型的投籃？ [籃球的官方投籃類型有中距離投籃、上籃、三分球、扣籃、空中接力、半場投籃和罰球。]
   • 讓一名學生將一張皺巴巴的紙扔進 6 英尺外的垃圾桶，以演示罰球投籃。 
     • 指出手臂的運動，特別是從肘部到手的運動。 
     • 問（或告訴他們是否已經了解簡單的機器）：手臂的這部分在你看來像什麼簡單的機器？
       • 槓桿是一種剛性桿，圍繞稱為支點的固定點旋轉，可提升或移動負載。 
       • 在手臂中，肘部是支點，前臂是硬桿。
4. 查看工程設計過程、設計挑戰、標準、約束和材料。 
5. 指導學生開始集思廣益並繪製他們的設計草圖。
6. 為每個團隊提供他們的材料。
7. 說明學生必鬚髮展 
8. 宣布他們必須設計和建造的時間（建議 1 小時）。 
9. 使用計時器或在線秒錶（倒計時功能）確保您準時。 （www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch）。 讓學生定期進行“時間檢查”，以便他們繼續完成任務。 如果他們遇到困難，請提出問題，以便他們更快地找到解決方案。 
10. 學生見面並為他們的機器人制定計劃。 他們就他們需要的材料達成一致，編寫/繪製他們的計劃，並向全班展示他們的計劃。 團隊可以與其他團隊交換無限的材料來製定他們理想的零件清單。
11. 團隊構建他們的設計。 特別注意學生的“機器人”必須如何準確（連續 3 次成功將他們的“籃球”送入“網”）。 有關準確度和精確度之間差異的信息，請參閱學生資源表或背景概念部分。 他們的機器人必須 100% 準確。 學生可以在自己的站點進行測試，在那裡他們建立自己的模擬測試區，也可以在構建時使用班級“測試區”。
12. 使用“測試材料和過程”部分中概述的測試區測試機器人設計。
13. 球隊應該記錄他們的投籃次數有多少入網，然後計算他們的準確率（見下文）。 他們還注意到每次射擊的精確度（它們彼此之間的距離有多近）
    每支球隊通過將他們射入球網的次數除以 3 次再乘以 100 來計算他們的準確率百分比。
    2 次投籃 / 3 次投籃 x 100 = 67%（四捨五入）
14. 作為一個班級，討論學生的反思問題。
15. 有關該主題的更多內容，請參閱“深入挖掘”部分。

學生反思（工程筆記本）

1. 什麼進展順利？
2. 什麼不順利？
3. 您是否必須對設計進行權衡（作為妥協或讓步發生的交換）？ 如果有，請說明。
4. 你最喜歡你的“機器人”的哪個元素？
5. 如果你有時間重新設計，你會做哪些改變？ 

對於年齡較大的學生，該課程可以在最少 1 節課的時間內完成。 但是，為了幫助學生避免匆忙並確保學生成功（尤其是對於年齡較小的學生），請將課程分為兩個階段，讓學生有更多時間進行頭腦風暴、測試想法並最終確定他們的設計。 在下一節課進行測試和匯報。

準確度和精度  

準確度是測量值與實際（真）值的接近程度。 精度是測量值彼此之間的接近程度。 

精度和準確度示例：

所以，如果你在踢足球並且總是擊中左門柱而不是得分，那麼你是不准確的，但你是精確的！ 來源： （www.mathsisfun.com/accuracy- precision.html)

• 準確度：測量值與實際（真）值的接近程度
• 約束：材料、時間、團隊規模等方面的限制。
• 標準：設計必須滿足的條件，如整體尺寸等。
• 工程師：全世界的發明家和問題解決者。 工程認定XNUMX個主要專業（看信息圖).
• 工程設計流程：流程工程師用來解決問題。 
• 工程思維習慣 (EHM)：工程師思考的六種獨特方式。
• 迭代：測試和重新設計是一次迭代。 重複（多次迭代）。
• 槓桿：槓桿是用來增加力量的機器。
• 精度：測量值彼此之間的接近程度。 
• 原型：要測試的解決方案的工作模型。
• 簡單機器：用於改變運動和力的大小以完成工作的具有很少或沒有運動部件的幾種設備中的任何一種。

互聯網連接

準確度和精度

推薦閱讀

機器人（DK目擊者書籍）（ISBN：978-0756602543）
槓桿（簡單機械）（ISBN：978-1403485632）
真實世界數學：籃球 (9781602792456) 

寫作活動 

學生可以寫關於他們球隊的罰球手和/或世界機器人籃球聯盟 (WRBL) 的短篇小說，將“機器人”擬人化。 學生可以製作一則宣傳 WRBL 的廣告，以吸引更多人參與遊戲。 學生可以寫一篇解釋性文章，詳細說明他們的機器人為準確罰球所採取的步驟。

與課程框架保持一致

注意： 本系列的課程計劃符合以下一套或多套標準：  

• 美國科學教育標準（http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• 美國下一代科學標準（http://www.nextgenscience.org/) 
• 國際技術教育協會的技術素養標準（http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• 美國國家數學教師委員會學校數學的原則和標準（http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• 美國數學共同核心國家標準（http://www.corestandards.org/Math)
• 計算機科學教師協會 K-12 計算機科學標準（http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

國家科學教育標準 5-8 年級（10-14 歲）

內容標準 B：物理科學 

作為他們活動的結果，所有學生都應該了解 

• 運動和力量  
• 能量轉移  

內容標準 E：科學技術 

作為活動的結果，所有學生都應該發展 

•  技術設計能力  
•  對科學技術的理解

國家科學教育標準 9-12 年級（14-18 歲）

內容標準 B：物理科學  

作為他們活動的結果，所有學生都應該理解 

• 運動和力量  
• 能量與物質的相互作用  

內容標準 E：科學技術 

作為活動的結果，所有學生都應該發展 

• 技術設計能力  
• 對科學技術的理解  

下一代科學標準 – 3-5 年級（8-11 歲）

運動和穩定性：力和相互作用

表現出理解能力的學生可以：

• 3-PS2-1。 計劃並進行調查，以提供平衡和不平衡力對物體運動的影響的證據。 

能源

表現出理解能力的學生可以：

• 4-PS3-1。 使用證據來構建將物體的速度與該物體的能量相關聯的解釋。

下一代科學標準 3-5 年級（8-11 歲）

工程設計 

表現出理解能力的學生可以：

• 3-5-ETS1-1.定義一個反映需求或願望的簡單設計問題，其中包括指定的成功標準和對材料、時間或成本的限制。
• 3-5-ETS1-2.根據每個解決方案滿足問題標準和約束的可能性，生成並比較問題的多種可能解決方案。
• 3-5-ETS1-3. 計劃並進行公平的測試，其中控制變量並考慮故障點，以確定模型或原型可以改進的方面。

下一代科學標準 6-8 年級（11-14 歲）

運動和穩定性：力和相互作用

• MS-PS2-2。 計劃一項調查，以提供證據證明物體運動的變化取決於物體上的力和物體的質量之和。

工程設計 

表現出理解能力的學生可以：

• MS-ETS1-1 以足夠的精度定義設計問題的標準和約束，以確保成功的解決方案，同時考慮相關的科學原理以及可能限制可能的解決方案對人類和自然環境的潛在影響。
• MS-ETS1-2 使用系統過程評估競爭設計解決方案，以確定它們滿足問題的標準和約束的程度。

學校數學的原則和標準（11 – 14 歲）

測量標準

- 應用適當的技術、工具和公式來確定測量值。 

• 使用通用基準選擇合適的方法來估計測量值

學校數學的原則和標準（14 – 18 歲）

測量標準

– 應用適當的技術、工具和公式來確定測量值。

• 分析測量情況下的精密度、準確度和近似誤差。

2-8 年級學校數學共同核心國家標準（7-14 歲）

測量和數據

• 以標准單位測量和估計長度。
• CCSS.Math.Content.2.MD.A.1 通過選擇和使用合適的工具（如尺子、尺子、米尺和捲尺）來測量物體的長度。
• 表示和解釋數據。
• CCSS.Math.Content.2.MD.A.3 使用英寸、英尺、厘米和米等單位估算長度。

比率和比例關係

• 理解比率概念並使用比率推理來解決問題。
• CCSS.Math.Content.6.RP.A.3c 找出數量的百分比作為每 100 的比率（例如，數量的 30% 意味著數量的 30/100 倍）； 解決涉及找到整體的問題，給定部分和百分比。

技術素養標準——所有年齡段

設計 

• 標準 10：學生將了解 
• 故障排除、研究和開發、發明和創新，以及解決問題的實驗。

<span class="notranslate">EventXtra 6大解決方案</span>

世界機器人籃球聯賽排名第一的球隊，BOTS 正在尋找他們能找到的最好的罰球球員。 試訓就在今天！

設計挑戰賽

設計並建造一個“機器人”籃球運動員，每次都能準確地投出三個罰球。 最準確的玩家將獲得工作！

標準

• 網必須高出地板（或桌子）2 英尺，距離“機器人”6 英尺。

約束

• 僅使用提供的材料。
• 選拔賽只能得到3次罰球。

策劃階段

作為一個團隊開會並討論您需要解決的問題。 然後開發並就您的機器人設計達成一致。 您需要確定要使用的材料。

在下面的框中畫出您的設計，並確保說明您計劃使用的零件的描述和數量。

團隊成員：___________________________________________________

隊名： _____________________________________________________

為您的機器人籃球運動員集思廣益設計：

選擇您最好的設計並在此處繪製草圖：

施工階段

建造你的機器人。 在施工期間，您可能會決定需要額外的材料或您的設計需要更改。 這沒關係——只需製作一個新草圖並修改您的材料清單。

測試階段

每個團隊將測試他們的機器人。 如果您的設計不成功，請重新設計並再次測試。 一定要觀看其他團隊的測試並觀察他們不同的設計是如何工作的。

草繪您的最終設計

評估階段

評估您團隊的結果，完成評估工作表，並向全班展示您的發現。

使用此工作表評估您的團隊在機器人籃球課程中的成績：

1. 什麼進展順利？

2. 什麼不順利？

3. 您必須對設計進行哪些權衡（作為妥協或讓步發生的交換）？ 如果是，請說明：

4. 你最喜歡你的“機器人”的哪個元素？

5. 如果你有時間重新設計，你會做哪些改變？

準確性： ______________ ％

精確： _________________

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• 斯瓦希裡