《第3節(jié) 校園機器人垃圾分類賽》名師教案

學而優(yōu)教有方課題校園機器人垃圾分類賽單元三單元學科信息技術年級六年級學習目標【核心素養(yǎng)】信息意識：能根據解決問題的需要，認識和了解機器人。具有自主動手解決問題，掌握核心技術的意識。能合理利用信息真誠友善地進行表達。計算思維：在教師指導下，學習機器人相關知識，體驗機器人對生活帶來的便利。完成垃圾分類任務，將設計和搭建的過程記錄成日志，用機器人參加競賽。能嘗試搜索、驗證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運用與解決其他問題。將知識建構、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入信息技術核心素養(yǎng)之中。數字化學習與創(chuàng)新：在日常學習與生活中，具有創(chuàng)新創(chuàng)造活力，能積極主動運用信息科技高效地解決問題，并進行創(chuàng)新活動。能根據學習需求，利用信息科技獲取、加工、管理、評價、交流學習資源，開展自主學習和合作探究。信息社會責任：能理解信息科技給人們學習、生活和工作帶來的各種影響，具有自我保護意識和能力；自覺遵守信息科技領域的價值觀念、道德責任和行為準則，形成良好的信息道德品質，不斷增強信息社會責任感。知道并遵守信息技術課堂規(guī)范，養(yǎng)成良好的操作計算機習慣。重點了解機器人競賽活動背景、主題與要求；了解競賽場地和環(huán)境；了解比賽規(guī)則要點；了解未來機器人的發(fā)展趨勢。難點參與競賽過程中科創(chuàng)精神的培養(yǎng)；團隊協作能力與合作意識的培養(yǎng)。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖教學設計一、新課導入1、情景展示。隨著人類科技日新月異的發(fā)展，機器人技術和機器人競賽在校園內廣泛普及。機器人競賽，能讓同學們在參與的過程中培養(yǎng)科創(chuàng)精神、團隊協作能力及合作意識，還給大家搭建了充分展示自己的舞臺。2、揭示課題。二、競賽活動，看一看1、了解活動背景垃圾分類，指按一定規(guī)定或標準將垃圾分類投放、分類儲存和分類搬運，從而轉變成公共資源的一系列活動的總稱。分類的目的是減少士地資源消耗、降低環(huán)境污染、提高垃圾的資源價值和經濟價值，力爭物盡其用。加快推進生活垃圾分類是加強生態(tài)文明建設、促進綠色發(fā)展的重要舉措，有利于增強人民群眾獲得感、幸福感和安全感，有利于打造共建共治共享的社會治理格局，有利于提高全社會文明程度。2、競賽要求參賽隊需要準備好1臺機器人、編寫機器人程序、調試和操作機器人，完成規(guī)定的任務以獲取得分。3、競賽場地和環(huán)境（1）場地為加厚噴繪布材質，長2400mm、寬1200mm，場地區(qū)域分為1個起始區(qū)、2個回收站、1個垃圾存放點。（2）垃圾道具為4個邊長45mm正方體輕質軟方塊，道具的其一面貼有可回收物或者不可回收物的圖片標簽。需要分類的垃圾圖片標簽可能但不限于以下清單：（3）垃圾的收集位：機器人必須到達對應垃圾存放點的“T”型口位置才能開始進行垃圾的收集動作，在其他地方開始進行垃圾的收集動作將被視為“脫線”。（4）垃圾的放置位：機器人必須到達對應垃圾處理站的“T”型口位置才能開始進行垃圾的放置動作，在其他地方開始進行垃圾的放置動作將被視為“脫線”。三、任務分解，讀一讀允許各參賽隊自行設計或使用外設結構件，鼓勵大家使用開源平臺設計制作并個性化裝飾。在比賽開始時，機器人從地點出發(fā)沿黑色軌道行進，前往垃圾存放點，根據垃圾的種類，將分類后的垃圾放置到對應的類別垃圾回收區(qū)內。當垃圾存放點的垃圾全部分類放置完成后，機器人返回并停止在地點視為完成任務，整個任務必須在3分鐘內完成。1、“出發(fā)”是第一個任務、“返回”是最后一個任務。在完成“收集搬運垃圾”和“分類放置垃圾”的任務的時候，機器人允許多次穿越起始區(qū)，但中途穿越起始區(qū)不會被視為完成“回”任務。2、機器人須使用傳感器檢測場地中的黑色軌跡線移動。3、除了在垃圾存放點和垃圾處理站的“T”型口位置機器人因為任務動作需要，車身可以短暫脫離黑色軌跡線外，其他任何時候機器人車身豎直投影不得脫離黑色軌跡線（簡稱“脫線〞）。一旦脫線，視為后續(xù)任務失敗、比賽結束，但不影響之前已經獲得的任務得分。4、在垃圾處理站，機器人根據垃圾種類正確分類放置垃圾至對應的垃圾處理站的：垃圾完全進人得20分/個，垃圾部分進人的得10分/個。但如果某個垃圾錯誤分類放置到某一個垃圾處理站中，將污染處理站內所有垃圾造成該處理站內所有的垃圾均不得分。5、比賽最后機器人回到“起點”得20分（機器人輪子接觸即起點可得分）。6、比賽分為2輪進行，最終成績?yōu)榈谝惠喌梅趾偷诙喌梅种?。若最終成績相同，按以下順序決定名次：①單輪成績高者；②機器人重量輕者。四、參加活動，試一試1、解讀比賽規(guī)則要點（1）比賽開始機器人從起始區(qū)出發(fā)，完成任務需要回到起點。（2）機器人需要通過傳感器沿著黑線完成循線工作，機器人的垂直投影不能“脫線”。（3）在保證垃圾分類的準確率的同時盡量減少完成垃圾分類。（4）機器人識別垃圾后將垃圾運輸至相應的處理站，完成垃圾分類任務。2、機器人結構機器人采用兩個直流電機驅動，完成行走。機器人上搭載機械夾及尋跡傳感器用于完成循線及垃圾搬運工作，機械夾的設計應易于夾放垃圾塊。3、完成任務策略分析機器人從起點出發(fā)，通過循線直行到達垃圾存放點，通過“尋跡”傳感器識別垃圾的種類，打開機械夾子夾住“收垃圾”后調整機器人運動方向，將垃圾運輸到相應垃圾處理站，再回到起點，結束回收任務?！翱苫厥绽奔皑敳豢苫厥绽被厥詹呗?，如圖3-3-3及圖3-3-4所示。五、分享時間，說一說關于比賽，除了機器人制作過程，還需要哪此需要特別注意？六、拓展知識，讀一讀機器人技術的未來發(fā)展趨勢近年來，機器人技術在研究和應用中取得很快的發(fā)展，但要想在我們的生活中大量普及機器人仍是障礙重重?！禨cienceRobories》雜志列舉了機器人普及亟待解決的5大挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)可能在未來5到10年對人類產生重大影響。1、新材料和制造方案機器人專家正開始不再局限于以往用電動機、齒輪和傳感器制作機器人的方法嘗試使用諸如人造肌肉、軟體機器人技術和新的制造方法，將多種功能整合在一種材料中。2、仿生機器人和生物混合機器人詐多專家將機器人技術轉向生物學尋求靈感，甚至正努力把生命系統融人到他們的機器人中。3、機器人集群式處理任務成群的簡單機器人組裝成不同的結構來處理不同的任務，用于替代大型的執(zhí)行特定任務的機器人。4、腦機接口腦機接口是人或動物的大腦與外部設備間建立的連接通路，未來能對先進的機器人進行無縫控制。5、醫(yī)療機器人末來機器人將在醫(yī)學領域有重大影響，對于醫(yī)療機器人的需求將逐漸增大。七、活動介紹，讀一讀青少年機器人活動競賽1、CARC(ChinaAdolescentRoboticsCompetition），中國青少年機器人競賽。中國青少年機器人競賽是一項面向青少年機器人愛好者的普及性科技活動。活動以富于創(chuàng)造性、挑戰(zhàn)性和趣味性的比賽項目，引起青少年對機器人技術和知識的興趣，培養(yǎng)青少年的創(chuàng)新精神、動手實踐能力和團隊合作意識，鼓勵青少年未來在科學、技術、工程和數學相關領域尋求發(fā)展。2、全國青少年電子信息智能創(chuàng)新大賽，是由中國電子學會于2011年設立的面向全國的青少年電子信息科普競賽項目。大賽涵蓋電子科技、智能機器人、軟件編程三大類共10余個競賽項目。大賽的目標在于培養(yǎng)青少年鉆研探究、創(chuàng)新創(chuàng)造的科學精神，提升青少年在電子信息和智能應用方面的技術素養(yǎng)，培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新意識與基本能力、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的學風。3、“全國中小學信息技術創(chuàng)新與實踐大賽〞是一項運用信息技術，培養(yǎng)廣大師生的創(chuàng)新精神和實踐能力，面向青少年學生開展人工智能科學普及、引領科技創(chuàng)新的素質教育實踐平臺，簡稱NOC大賽(NOC為Novelty,OriginalityCreativity的縮寫）。八、課堂小結通過今天的學習，你有哪些收獲？遇到了哪些困難？是怎么解決的？還有哪些困惑？你還有什么發(fā)現？九、作業(yè)布置復習。觀看了解了解學習學習了解操作練習交