單分支結(jié)構(gòu)走簡單軌跡－教案

1、“單分支結(jié)構(gòu)走簡單軌跡”教案鹽田區(qū)沙頭角中學(xué)李發(fā)成授課日期：2012年3月29日第8周星期四 第3節(jié)公開類型：鹽田區(qū)機器人研討課課型：新授課教學(xué)平臺：諾寶機器人10.1仿真界面第一部分教案頭一、 教材分析：1、 教材不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑?1) P30頁的軌跡跑道過于單一，如果增加一邊為凹的，則能體現(xiàn)機器人左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)的能力。(2) P32頁機器人位置圖中的“1”和“2”中機器人的左右軌跡傳感器就移動到軌跡線上。2、教材錯誤：(1)機器人前面的兩個小黑點并不是它的左右軌跡傳感器，而是輸出模塊中的發(fā)光燈，教材錯誤把它當(dāng)成了傳感器的兩只眼睛，這樣就沒法解釋后面機器人運行時的位置狀態(tài)。軌跡傳感器的兩只眼睛應(yīng)該

2、是在機器人頭部中間的地方，且離的很近，沒有標(biāo)示出來，這從實際“走動”過程可以觀察出來。(2)就算教材把那兩個黑點說成是機器人的軌跡傳感器，但在P32頁的圖中，情況“1”和情況“2”也應(yīng)該讓一只“眼睛”在軌跡上才對。（3）P32頁“當(dāng)機器人正位于軌跡上時，左右兩側(cè)的軌跡傳感器探頭將同時檢測到軌跡”，這句話顯然是錯誤的，假設(shè)軌跡的有效（因為軌跡不全是規(guī)則且直的）寬度為Width，機器人的兩只眼睛的掃描不是一個點而是有一個范圍，假設(shè)這個范圍的最小距離是Distancemin，則只有當(dāng)DistanceminWidth時，才可能“同時”。（4）P32頁表中最后一行“左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)都可以”，如果機器人是在軌跡

3、線的左側(cè)，怎么可以左轉(zhuǎn)？那不是越轉(zhuǎn)離線越遠(yuǎn)了嗎？這個時候應(yīng)該是分情況討論，使用“通用變量”對行走的“歷史”有一個記錄，然后根據(jù)“歷史記錄”來確定旋轉(zhuǎn)的方向。3、 教材缺陷：（1）教材P30說到“本任務(wù)中的判斷條件相對復(fù)雜，需要使用多重判斷的組合”，教材在這里已經(jīng)感覺到復(fù)雜了，但又不化復(fù)雜為簡單，先講單分支再到多重判斷。直接用“多重判斷”語句來編程，不利于學(xué)生的思維由淺入深。（2）教材對于機器人沿軌跡邊沿行進沒有涉及，影響教材的全面性。（3）缺少由易到難的難度，軌跡編程不深入，如缺少復(fù)雜軌跡的討論；同時也缺少深度，如對沿邊沿行走沒有討論，而這一點正能加深學(xué)生對軌跡變量理解的。二、 教材處理：針對

4、教材以上的不完善之處，對部分教材作以下補充處理，適當(dāng)增加內(nèi)容和課時，以適應(yīng)學(xué)生的身心發(fā)展水平和軌跡常規(guī)比賽的基本要求要求（本節(jié)課為第2課時）：第1課時：按教材P30P32，學(xué)習(xí)軌跡傳感器的原理，制作軌跡跑道。第2課時：補充內(nèi)容，單分支結(jié)構(gòu)走簡單軌跡。第3課時：補充內(nèi)容：機器人沿軌跡邊沿行進的八種模式探究。第4課時：按教材P32P33，多重分支結(jié)構(gòu)走簡單軌跡。第5課時：補充內(nèi)容：含各種拐彎（直角向左、直角向右、銳角向左、銳角向右、含缺口、繞障礙物、火焰等）的軌跡研究，以及終點停止標(biāo)志的判斷。第6課時：補充內(nèi)容：使用2個軌跡傳感器，4只眼睛，使用“通用變量”走復(fù)雜軌跡。第7課時：補充內(nèi)容：雙機器人

5、復(fù)雜軌跡接力（區(qū)科技節(jié)比賽內(nèi)容）。第8課時：補充內(nèi)容：常規(guī)比賽實戰(zhàn)訓(xùn)練（市、省、國家比賽內(nèi)容）。三、 學(xué)情分析：這是機器人課程的第7節(jié)課，學(xué)生前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過了大部分傳感器的功能和使用，能用順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)編輯簡單程序讓機器人完成單一任務(wù)。學(xué)生學(xué)習(xí)機器人的編程還是有興趣的，特別是對程序運行的結(jié)果比較感興趣，教師要就正確引導(dǎo)學(xué)生，怎樣才能達(dá)到預(yù)期的運行結(jié)果，帶著這樣的目的使學(xué)生學(xué)習(xí)到機器人的基礎(chǔ)知識，掌握機器人編程的基本技能和方法。四、 教學(xué)目標(biāo)1、 知識與技能：通過復(fù)習(xí)使學(xué)生進一步熟記軌跡變量4種取值和4種狀態(tài)之間的關(guān)系，學(xué)會分析機器人沿軌跡邊沿行走時的狀態(tài)與軌跡變量之間的對應(yīng)關(guān)系。

6、學(xué)會設(shè)計程序流程圖，掌握正確修改各模塊中的參數(shù)的值，能使機器人沿軌跡邊沿正確行走，在運行程序時可能遇到的各種問題能夠給出合理的理由。2、 過程與方法：通過對機器人行走狀態(tài)的分析過程、軌跡變量取值的分析過程，歸納機器人沿軌跡邊沿行走的方法，進一步總結(jié)出左右電機轉(zhuǎn)動速度的變化規(guī)律，得到程序設(shè)計和參數(shù)修改的方法?？傊?，通過學(xué)生自己動手編制機器人程序和在仿真環(huán)境中運行程序的過程，掌握單分支結(jié)構(gòu)走簡單軌跡的方法。3、 情感態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，在不斷探索的過程中提高技能和掌握方法。通過對模塊參數(shù)的多次修改，體會量變引起的質(zhì)變，理解“速度”和“穩(wěn)定性”之間的辯證關(guān)系。培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)

7、作精神，讓先會的教不會的，讓不會的、慢會的向先會的學(xué)習(xí)。五、重難點和教學(xué)方法：重點：軌跡傳感器的原理、軌跡變量的取值與機器人狀態(tài)之間的關(guān)系難點：軌跡變量的取值有4種可能，為什么單分支結(jié)構(gòu)就可以使機器人沿軌跡運行？教學(xué)方法：任務(wù)驅(qū)動法、探索法、講解法的靈活運用任務(wù)一熟練掌握4種軌跡變量的含義。任務(wù)二理解機器人左“眼”沿軌跡線右側(cè)“擺動式行進”時軌跡變量的變化。任務(wù)三設(shè)計流程圖，設(shè)置模塊參數(shù)，能使機器人左眼沿軌跡右邊沿行進。六、教學(xué)提醒：軌跡變量值的含義，上節(jié)雖然已經(jīng)講過，但這節(jié)還要重點復(fù)習(xí)，并且增加在大屏幕上停留的時間，因為這是貫穿整個教學(xué)過程的主線。講授這一課時，以設(shè)計單分支走簡單軌跡的機器人

8、程序為主，重點在編程思路的討論上，引導(dǎo)學(xué)生把思路理清，設(shè)計出完整的程序流程圖，然后再修改各模塊的參數(shù)使機器人能正常在軌跡上行走。七、課前準(zhǔn)備：1、開好電腦，把上節(jié)課畫好的軌跡曲線圖預(yù)先傳到學(xué)生機的桌面上。2、開好投影機，把教材P32頁的內(nèi)容投影在大屏幕上。3、把學(xué)案發(fā)到學(xué)生手上。八、教學(xué)活動： 活動階段教師活動學(xué)生活動學(xué)生互動師生互動時間(分鐘)復(fù)習(xí)過渡投影教材上軌跡變量的值并加以說明填寫表格同桌互對說出答案抽查答案修改錯誤6引導(dǎo)鋪墊用肢體動作演示機器人行走過程填寫5種情況下的軌跡值前后互對抽查答案提問原因3編程預(yù)備解釋左眼沿軌跡右邊沿的含義填寫表格討論0、1的變化過程檢查結(jié)果5程序流程圖對流

9、程圖的說明繪制流程圖互相檢查展示流程圖3參數(shù)設(shè)置程序運行對左右、快慢的解釋說明設(shè)置模塊參數(shù)自我完成察看學(xué)生運行情況10觀察思考提出問題動腦思考討論提問回答3動手實踐問題的提出調(diào)節(jié)左右速度觀察對方和自己比較和學(xué)生一起總結(jié)規(guī)律5舉一反三提出問題學(xué)生思考互相討論下節(jié)提問2歸納總結(jié)引導(dǎo)學(xué)生先總結(jié)互相補充點評2拓展練習(xí)展示題目課后思考互對答案下節(jié)點評1第二部分教案體一、 復(fù)習(xí)過渡：軌跡變量的取值有4種，分別是1，2，3，0，它們對應(yīng)下表圖示的4種狀態(tài)，請根據(jù)表中圖示列機器人的位置填寫表格中其它單元格內(nèi)容。圖示軌跡變量左眼看軌跡右眼看軌跡相對軌跡中線的偏離方向調(diào)整方向電機速度=1能看到看不到偏右了向左調(diào)整

10、左慢右快=2看不到能看到偏左了向右調(diào)整左快右慢=3能看到能看到?jīng)]偏直行左右等速=0看不到看不到脫線了尋線分情況 若按以上表格內(nèi)容編寫的程序比較復(fù)雜，因為在程序中有4種情況需要考慮，本節(jié)課通過簡化機器人行進時軌跡變量的值編寫比較簡單的程序。二、引導(dǎo)鋪墊：已知機器人的兩眼曈距為1.2CM，則在一條寬度為2CM的簡單軌跡線上，從左到右連續(xù)移動機器人，則“軌跡變量”的值會有如何變化？請把軌跡變量的值填寫在下面對應(yīng)的括號中。 （0）（2）（3）（1）（0）在軌跡變量發(fā)生變化的臨界點（如0、2互變、2、3互變、3、1互變、1、0互變）機器人的位置、左右“眼睛”的變與不變?nèi)缦卤恚▽W(xué)案中不在這個地方解釋說明，

11、后面用到）：軌跡值0，22，33，11，0位置右眼沿軌跡線左邊沿左眼沿軌跡線左邊沿右眼沿軌跡線右邊沿左眼沿軌跡線右邊沿變化右眼有變化左眼有變化右眼有變化左眼有變化三、編程預(yù)備（以左眼睛沿軌跡右邊沿為例）：在寬度為2CM的簡單軌跡線上行走的機器人，假設(shè)（情況之一）它的左眼睛始終在軌跡線的右邊沿小幅度擺動，如果左眼一看到軌跡就立馬往右調(diào)整，左眼一但看不到軌跡就立馬往左調(diào)整，如下圖：請根據(jù)圖示填寫下表：軌跡值左眼右眼左眼位置左眼相對右邊沿偏向調(diào)整方向電機速度1能看到看不到右邊沿左側(cè)偏左了向右左快右慢2不可能3不可能0看不到看不到右邊沿右側(cè)偏右了向左左慢右快四、程序流程圖：在不考慮“終點判斷”的簡單情

12、況下，可以讓機器人“永久循環(huán)”，一路走，一路不停地軌跡識別，然后對軌跡變量所采集到的值進行判斷并相應(yīng)處理，因為在該情況下，變量的值只可能取到2種情況，所以采用單分支結(jié)構(gòu)，如下圖。五、設(shè)置參數(shù)、運行程序：在這種情況下，軌跡變量的值其實只有兩種情況，非1即0，為1時使其向右轉(zhuǎn)成為0，為0時使其向左轉(zhuǎn)成為1，機器人的左眼睛始終在軌跡線的右邊沿附近“搖擺式前進”。如下表：軌跡值可能性轉(zhuǎn)向=1可能向右!=12不可能向左30可能根據(jù)上表設(shè)計各模塊參數(shù)如下：代碼段不要求學(xué)生掌握，但教師必須掌握：int main(void) /主程序/ init_devices(); /初始化設(shè)備/ while(1) /永久

13、循環(huán)/ GetColor(0); /取軌跡變量的值/ if(color_1=1) /如果軌跡變量=1/ HighMotor(10,5); /左10右5/ else /否則/ HighMotor(5,10); /左5右10/ 觀察思考：1、機器人的初始位置不對就不能正常行走，那么對機器人初始位置的放置有什么要求？2、觀察機器人的行走過程，發(fā)現(xiàn)機器人的兩只眼睛并沒有按理論要求走在軌跡線的相應(yīng)位置，這是為什么？提示：實際軌跡傳感器的眼角距為0.8CM，瞳孔距為1.2CM，仿真機器人的尺寸為20CM，而機器人前面的兩個黑點的距離有10CM左右，說明這兩個黑點是軌跡傳感器的兩只眼睛嗎？有何證據(jù)說明是還是

14、不是？如果不是，機器人的眼睛大概位置在那里？3、在粗細(xì)不同的軌跡上，有沒有區(qū)別？動手實踐：電機的速度在“非后退”方向有0到10共11個檔位，假設(shè)左電機的速度為VL，右電機的速度為VR，則在“是”分支，VLVR 0表示向右轉(zhuǎn)，在“否”分支，VLVR 0，表示向左轉(zhuǎn)，VLVR的大小將影響到機器人的速度和穩(wěn)定性，這里的電機速度只是舉了一個例子而已，同學(xué)們試試修改左右電機的速度觀察機器人的行走結(jié)果。（其實，用-1，-2也可以，這點本節(jié)課先不向?qū)W生說明）（以上為本節(jié)課的主要內(nèi)容，以下內(nèi)容在本節(jié)課只是提出問題，讓學(xué)生課后思考）舉一反三：修改“條件判斷”中“表達(dá)式”的“軌跡變量n”的值，同時也交換分支結(jié)構(gòu)“

15、是”分支和“否”分支“高速電機”中左、右電機的轉(zhuǎn)速，觀察機器人還能不能沿軌跡行走？ （本節(jié)課如時間不足，可改為課外思考，下節(jié)再討論）軌跡變量電機轉(zhuǎn)速能否沿軌跡沿軌跡那一邊“是”分支“否”分支1左快右慢左慢右快能右邊左慢右快左快右慢能中間偏右2左快右慢左慢右快能中間偏左左慢右快左快右慢能左邊3左快右慢左慢右快能中間偏右左慢右快左快右慢能中間偏左0左快右慢左慢右快能左邊左慢右快左快右慢能右邊小結(jié)歸納：無論是左慢右快，還是左快右慢，無論是軌跡變量1，還是2，3，0，只要電機轉(zhuǎn)速合適，機器人都能沿軌跡行走，為什么？（本節(jié)課堂只觀察結(jié)果，不分析原因，留一個懸念，給學(xué)生留下思考的空間，下節(jié)課研究）學(xué)生思考

16、后填寫下表（課外完成）：機器人前行方式及位置變量取值右眼在左邊沿左右擺動式前行0,2左眼在左邊沿左右擺動式前行2,3右眼在右邊沿左右擺動式前行3,1左眼在右邊沿左右擺動式前行1,0 探索發(fā)現(xiàn)：（后節(jié)課再涉及，但教師備課時應(yīng)該要超前想到）對于同樣的程序，在幾乎相同的軌跡上，軌跡角彎處有細(xì)小的差別，行走成功與否會有區(qū)別。讓學(xué)生繪制相近似的軌跡，試一試。六、練習(xí)與提高（下節(jié)課前檢查，為下節(jié)課做鋪墊）：1、在一條寬度為0.5cm的簡單軌跡線上，從右向左連續(xù)移動機器人，則“軌跡變量”的值會有如何變化？ （ 0 ）（ 1 ）（ 0 ）（ 2 ） （ 0 ）2、在寬度為2CM簡單軌跡線上行走的機器人，（1）“軌跡變量=1”表示機器人（A）。A.只有左眼看到了軌跡線B.只有右眼看到了軌跡線C.雙眼均看到了軌跡線D.兩眼均沒有看到軌跡線（2）“軌跡變量=3”表示機器人（C）。A.只有左眼看到了軌跡線B.只有右眼看到了軌跡線C.雙眼均看到了軌跡線D.兩眼均沒有看到軌跡線（3）當(dāng)“軌跡變量=1”時機器人向左調(diào)整方向，則必然會使“軌跡變量=( 3 )”，當(dāng)軌跡變量的值發(fā)生了變化時，立即向右調(diào)整方向，則軌跡變量的值又會返回1。在這種情況下，軌跡變量不可能等于（0和2），這時軌跡變量的值非1即（3），如下圖：第三部分教案尾課外研究：（在仿真界面中） 對