案例十四：毕业项目——我的智能机器人

案例简介

本案例是 PU 机器人 STEAM 课程体系的终极项目。学生将以小组为单位，自主设计并完成一个"智能机器人"项目——做什么、怎么做，由学生自己决定。从需求分析、方案设计、编程实现到测试优化、成果展示，学生将完整经历一个工程项目的全生命周期。教师角色从"知识传授者"转变为"项目导师"——提供框架和工具，具体创意和实现由学生主导。本案例是对 1~13 案例全部知识与技能的综合检验，也是对学生系统思维、团队协作、问题解决能力和创新精神的全面历练。

教学准备

名称	图示/说明
PU 机器人套装
编程设备（电脑）	每组一台
平整地面 + 搭建材料（积木、纸箱、胶带、彩纸、剪刀）	用于搭建场景和装饰
打印"项目规划书"（每组一份）	见下方模板
打印"知识技能清单"（每组一份）	汇总 1~13 课全部模块
计时器（项目答辩计时用）
评分表（教师评分 + 同学互评）

你已经学会了什么——知识技能清单

在开始设计之前，先回顾一下 13 节课学到的全部能力：

模块	来源案例	你能做什么
遥控操作	一、二	用手柄操控机器人行走、转弯、踢腿
基础编程	三	添加软件库、编写按键触发程序、下载程序
动作顺序与延时	三、四	控制动作的先后顺序和持续时间
循环模块	五	让动作自动重复执行 N 次
组合动作	六	串联多个动作和循环，编排小表演
变量	七	用变量存储和管理参数（行走时长、循环次数等）
条件判断	八	用如果…那么…否则做逻辑分支
音乐模块	九	播放旋律、让动作跟随节拍
灯光控制	十	控制 RGB 颜色、眼灯开关、灯光动画
情绪系统（状态机）	十一	用变量存储状态、条件判断分支、按键切换状态
超声波传感器	十二	检测前方距离、多级条件判断（三区间行为）
精准控制	十三	小步频行走、参数调优、传感器实时检测

教师提示：把知识技能清单贴在每组桌上，方便学生设计时随时参考。鼓励学生挑战自己不太擅长的模块——毕业项目是最好的"复习+创新"机会。

项目流程总览

阶段	课时	核心任务	产出
第一阶段：项目启动	第 1 课时	确定项目主题、组建团队、完成项目规划书	项目规划书
第二阶段：方案设计	第 1~2 课时	设计功能、绘制程序流程图、确定模块搭配	设计方案 + 流程图
第三阶段：编程实现	第 2~3 课时	编写程序、分模块测试、联调整合	可运行的程序
第四阶段：测试优化	第 3~4 课时	功能测试、参数调优、Bug 修复	优化后的最终版本
第五阶段：成果展示	第 4 课时	项目答辩、现场演示、同学互评	项目展示 + 评分

教师提示：建议安排 4 课时完成本项目。如果课时紧张，可将第四阶段与第三阶段合并，但成果展示环节不可压缩——展示是学生最期待、也最能锻炼技术表达能力的关键环节。

课程目标

1. 能综合运用全部已学模块（动作、循环、条件判断、变量、音乐、灯光、超声波传感器、按键交互、体感控制），自主设计并实现一个完整的机器人项目；

2. 掌握工程项目的基本流程（需求分析→方案设计→编程实现→测试优化→成果展示），理解工程思维的核心方法；

3. 能撰写项目规划书、绘制程序流程图，学会用文档和图表表达设计思路；

4. 在项目答辩中清晰阐述设计理念、技术实现与优化过程，培养技术表达能力与团队协作精神。

课程引入

同学们，恭喜你们走到了最后一课！

13 节课，你们从第一次拿起遥控手柄，到现在能编程让机器人走路、跳舞、唱歌、变灯光、感知距离、表达情绪、精准停车……你们已经掌握了 PU 机器人的全部能力。

今天是毕业项目——这一次，老师不再规定"做什么"，你们自己决定！ 你的机器人是什么？它是宠物、管家、舞者、探险家、还是别的什么？它有什么本领？它能解决什么问题？它有什么独特之处？

唯一的要求：综合运用至少 4 个已学模块，做出一个有创意、有故事、能运行的项目。

像真正的工程师接到项目一样——从想法到实现，一步步来。你们的毕业项目，现在开始！

学习探究

第一阶段：项目启动

1. 构思项目主题

给学生 10 分钟自由讨论，用"四个问题"引导构思：

① 你的机器人是什么？（给它起个名字，描述它的"人设"）

② 它能做什么？（列出核心功能，至少 3 个）

③ 它用到了哪些模块？（对照知识技能清单勾选）

④ 它最特别的地方是什么？（让评委眼前一亮的创意点）

教师引导原则：

• 不限制方向，鼓励大胆想象
• 如果学生卡壳，可以用以下问题启发：
  • "你最喜欢哪个案例？能不能把它做得更好？"
  • "你有没有一个生活中想解决的问题？机器人能帮忙吗？"
  • "如果你是机器人，你想成为什么样的？"
• 审核可行性：确保项目在课时和硬件能力范围内可实现

2. 组建团队与分工

每组 3~4 人，明确分工：

角色	职责	所需能力
项目经理	统筹进度、协调分工、最终答辩	沟通能力、时间管理
程序员	编写程序、调试代码	编程能力、逻辑思维
创意设计师	功能设计、灯光/动作/音乐编排	创意能力、艺术感知
测试工程师	功能测试、参数调优、记录 Bug	细心耐心、数据分析

教师提示：角色可以兼任，但每个角色必须有明确负责人。鼓励学生选择自己擅长但也愿意"挑战一下"的角色。

第二阶段：方案设计

3. 绘制程序流程图

引导学生用简单的框图描述程序逻辑。

• 各组根据自己项目绘制流程图

• 要求：流程图中标注每个分支用到了哪些已学模块

• 教师巡场指导，帮助理清逻辑结构

4. 模块化拆分

引导学生将项目拆分成独立模块，逐个开发：

模块	负责内容	测试标准
模块 A	核心交互（按键/体感/传感器触发）	能正确触发状态切换
模块 B	行为系统（动作/灯光/音乐）	各状态下的表现符合设计
模块 C	逻辑判断（条件分支/循环/变量）	判断准确，无逻辑错误

• 教师提示：先分别测试每个模块，确认单独工作正常，最后再整合——这就是软件工程中的"单元测试"思想。

第三阶段：编程实现

5. 分模块开发

• 开发顺序建议：

  1. 变量定义 + 按键/传感器触发 + LED 状态显示
  2. 各状态/模式下的具体动作、灯光、音乐
  3. 最后联调：模块间切换是否流畅，整体运行是否稳定

• 教师巡场要点：

  • 代码逻辑是否有明显错误？（及时纠正）
  • 遇到困难时是否在记录？（培养"问题日志"习惯）

6. 问题日志

要求每组维护一份问题日志，记录开发过程中遇到的 Bug 和解决方案：

序号	问题描述	尝试的方案	是否解决	最终方案
1
2
3

教师提示：问题日志是工程师的"成长记录"。很多 Bug 的解决方案在后续项目中还能复用。鼓励学生认真记录。

第四阶段：测试优化

7. 功能测试清单

各组按以下清单逐项测试：

测试项	测试方法	预期结果	通过？
触发功能	按键/传感器操作	能正确触发对应功能	✅/❌
动作执行	观察机器人动作	动作流畅、衔接自然	✅/❌
灯光效果	观察灯光	颜色/闪烁符合设计	✅/❌
音乐播放	听音效	音调、节奏匹配预期	✅/❌
传感器	放置障碍物测试	检测/判断准确	✅/❌
长时间运行	连续运行 3 分钟	无卡顿、无崩溃	✅/❌
异常操作	快速按键/极端操作	程序不崩溃、能恢复	✅/❌

8. 参数调优

参考案例十三"小心别撞墙"的调参经验：

• 每次只调一个参数
• 同一参数测试 3 次以上再决定
• 记录调优前后的对比数据

9. 装饰与场景搭建

鼓励学生用纸箱、彩纸、胶带等为机器人和展示场景做简单装饰：

• 给机器人做"衣服"或"帽子"
• 用纸板搭建展示场景（小舞台、迷宫、小房子等）
• 制作项目名称牌

第五阶段：成果展示

10. 项目答辩流程

每组 3~5 分钟，按以下流程展示：

环节	时长	内容
项目介绍	1 分钟	项目名称、机器人名字、创意来源
功能演示	2 分钟	现场运行机器人，展示所有核心功能
技术讲解	1 分钟	用流程图说明程序结构，展示用了哪些模块
困难分享	0.5 分钟	最难的 Bug 是什么？怎么解决的？
答辩问答	1 分钟	回答教师和同学的提问

11. 评分标准

评分维度	分值	评分要点
功能完整性	25 分	核心功能是否全部实现？运行是否稳定？
技术深度	20 分	综合运用模块数量（≥4 个）、程序逻辑复杂度
创意设计	20 分	项目创意是否新颖？灯光/动作/音乐设计是否有巧思？
展示表达	15 分	答辩是否清晰流畅？流程图是否规范？
团队协作	10 分	分工是否合理？问题日志是否完整？
加分项	10 分	超出预期的亮点（如创意装饰、复杂逻辑、稳定性极高）

12. 同学互评

每组给其他组打分（不含自己组），填写互评卡：