第12課 我控制的機(jī)器人 示范教案

第12課我控制的機(jī)器人示范教案授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間課程基本信息1.課程名稱(chēng)：信息技術(shù)——《我控制的機(jī)器人》

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：四年級(jí)（4）班

3.授課時(shí)間：2023年10月15日，第3節(jié)課

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.信息意識(shí)：培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的敏感度，激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)器人控制技術(shù)的興趣。

2.計(jì)算思維：通過(guò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的機(jī)器人控制程序，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和問(wèn)題解決能力。

3.信息社會(huì)責(zé)任：引導(dǎo)學(xué)生了解信息技術(shù)在生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的信息倫理道德，使其能夠負(fù)責(zé)任地使用信息技術(shù)。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

-機(jī)器人控制基礎(chǔ)：本節(jié)課的核心內(nèi)容是讓學(xué)生理解機(jī)器人控制的基本原理，包括輸入、處理和輸出三個(gè)環(huán)節(jié)。重點(diǎn)在于讓學(xué)生掌握如何通過(guò)編寫(xiě)簡(jiǎn)單的控制程序來(lái)指揮機(jī)器人完成特定任務(wù)，例如前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等。

-編程軟件的使用：教授學(xué)生如何使用編程軟件（如Scratch或MindstormsEV3）來(lái)編寫(xiě)機(jī)器人控制程序，包括軟件界面布局、基本編程積木的使用方法，以及如何將程序上傳至機(jī)器人。

2.教學(xué)難點(diǎn)

-控制邏輯的理解：學(xué)生可能難以理解如何將現(xiàn)實(shí)生活中的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為編程語(yǔ)言中的控制邏輯。例如，編寫(xiě)程序使機(jī)器人按指定路線(xiàn)行駛，學(xué)生可能難以把握條件判斷、循環(huán)控制等邏輯結(jié)構(gòu)的運(yùn)用。

-傳感器的集成與應(yīng)用：機(jī)器人控制中涉及到的傳感器（如超聲波傳感器、顏色傳感器）的使用是教學(xué)難點(diǎn)之一。學(xué)生可能難以理解傳感器的工作原理，以及如何將傳感器的輸入數(shù)據(jù)有效地集成到控制程序中。

-故障排除與調(diào)試：在編程過(guò)程中，學(xué)生可能會(huì)遇到程序運(yùn)行不正常或機(jī)器人反應(yīng)不正確的情況。如何有效地進(jìn)行故障排除和調(diào)試是本節(jié)課的難點(diǎn)，例如，學(xué)生需要學(xué)會(huì)如何通過(guò)觀察機(jī)器人的行為來(lái)診斷問(wèn)題，并調(diào)整程序以解決這些問(wèn)題。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都配備《信息技術(shù)》教材中關(guān)于《我控制的機(jī)器人》章節(jié)的內(nèi)容。

2.輔助材料：收集與機(jī)器人控制相關(guān)的動(dòng)畫(huà)演示、案例視頻，以及編程軟件的使用指南。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備機(jī)器人模型、編程控制器、傳感器等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并檢查其正常工作。

4.教室布置：將教室劃分為編程區(qū)、實(shí)驗(yàn)操作區(qū)，以及討論交流區(qū)，確保學(xué)生可以有序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和討論。教學(xué)實(shí)施過(guò)程1.課前自主探索

-教師活動(dòng)：

-發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過(guò)班級(jí)微信群發(fā)布《我控制的機(jī)器人》預(yù)習(xí)資料，包括教材相關(guān)章節(jié)和簡(jiǎn)單的編程示例。

-設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問(wèn)題：提出問(wèn)題如“機(jī)器人控制的基本原理是什么？”和“如何使用傳感器進(jìn)行環(huán)境感知？”。

-監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：通過(guò)微信群的互動(dòng)和學(xué)生的預(yù)習(xí)筆記，了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。

-學(xué)生活動(dòng)：

-自主閱讀預(yù)習(xí)資料：學(xué)生自行閱讀預(yù)習(xí)材料，初步了解機(jī)器人控制的基本概念。

-思考預(yù)習(xí)問(wèn)題：學(xué)生思考預(yù)習(xí)問(wèn)題，嘗試用自己的話(huà)解釋機(jī)器人控制的原理。

-提交預(yù)習(xí)成果：學(xué)生將預(yù)習(xí)筆記和問(wèn)題提交至微信群，教師進(jìn)行初步評(píng)估。

-教學(xué)方法/手段/資源：自主學(xué)習(xí)法，信息技術(shù)手段，微信群。

-作用與目的：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，為課堂學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.課中強(qiáng)化技能

-教師活動(dòng)：

-導(dǎo)入新課：通過(guò)展示機(jī)器人控制的實(shí)際應(yīng)用案例，如自動(dòng)駕駛汽車(chē)，引起學(xué)生興趣。

-講解知識(shí)點(diǎn)：詳細(xì)講解機(jī)器人控制程序編寫(xiě)的基本步驟，如序列結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。

-組織課堂活動(dòng)：分組進(jìn)行編程實(shí)踐，每組學(xué)生嘗試編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人控制程序。

-解答疑問(wèn)：針對(duì)學(xué)生在編程過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)和幫助。

-學(xué)生活動(dòng)：

-聽(tīng)講并思考：學(xué)生聽(tīng)講并跟隨老師的思路，思考編程邏輯。

-參與課堂活動(dòng)：學(xué)生分組進(jìn)行編程實(shí)踐，實(shí)際操作機(jī)器人模型。

-提問(wèn)與討論：學(xué)生在實(shí)踐中遇到問(wèn)題時(shí)，向教師提問(wèn)或在小組內(nèi)討論。

-教學(xué)方法/手段/資源：講授法，實(shí)踐活動(dòng)法，合作學(xué)習(xí)法。

-作用與目的：通過(guò)實(shí)踐操作，加深對(duì)機(jī)器人控制編程的理解，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。

3.課后拓展應(yīng)用

-教師活動(dòng)：

-布置作業(yè)：布置編寫(xiě)更復(fù)雜機(jī)器人控制程序的任務(wù)，要求學(xué)生運(yùn)用本節(jié)課學(xué)到的知識(shí)。

-提供拓展資源：提供在線(xiàn)編程資源，如編程社區(qū)、教學(xué)視頻，供學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

-反饋?zhàn)鳂I(yè)情況：批改作業(yè)并提供個(gè)性化反饋，指出學(xué)生的進(jìn)步和需要改進(jìn)的地方。

-學(xué)生活動(dòng)：

-完成作業(yè)：學(xué)生根據(jù)課堂所學(xué)，獨(dú)立完成更復(fù)雜的編程任務(wù)。

-拓展學(xué)習(xí)：學(xué)生利用提供的資源，自主進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，探索機(jī)器人控制的新知識(shí)。

-反思總結(jié)：學(xué)生完成作業(yè)后，反思學(xué)習(xí)過(guò)程，總結(jié)學(xué)習(xí)心得和遇到的問(wèn)題。

-教學(xué)方法/手段/資源：自主學(xué)習(xí)法，反思總結(jié)法。

-作用與目的：通過(guò)課后作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)，鞏固知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)生的獨(dú)立編程能力。知識(shí)點(diǎn)梳理1.機(jī)器人控制概述

-機(jī)器人的定義：機(jī)器人是一種能夠執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)機(jī)械裝置，通常由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。

-機(jī)器人控制的含義：機(jī)器人控制是指通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)指導(dǎo)機(jī)器人執(zhí)行特定任務(wù)的過(guò)程。

2.機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成

-控制器：控制器是機(jī)器人的大腦，負(fù)責(zé)接收傳感器信息，處理信息，并發(fā)出控制信號(hào)。

-傳感器：傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人的狀態(tài)以及周?chē)h(huán)境，將檢測(cè)到的信息傳遞給控制器。

-驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)器接收控制器的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的各個(gè)部件運(yùn)動(dòng)。

3.機(jī)器人編程基礎(chǔ)

-編程語(yǔ)言：介紹機(jī)器人編程中常用的編程語(yǔ)言，如Scratch、Python、C++等。

-編程環(huán)境：介紹編程軟件的使用，如MindstormsEV3、ArduinoIDE等。

-基本編程結(jié)構(gòu)：包括序列結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)，以及如何使用這些結(jié)構(gòu)編寫(xiě)程序。

4.機(jī)器人控制程序編寫(xiě)

-程序設(shè)計(jì)流程：分析任務(wù)需求、設(shè)計(jì)程序邏輯、編寫(xiě)程序代碼、調(diào)試程序。

-傳感器使用：介紹不同類(lèi)型傳感器（如超聲波傳感器、顏色傳感器）的原理和應(yīng)用。

-驅(qū)動(dòng)器控制：學(xué)習(xí)如何通過(guò)編程控制機(jī)器人的電機(jī)、舵機(jī)等驅(qū)動(dòng)器。

5.機(jī)器人控制實(shí)例

-基本動(dòng)作控制：編寫(xiě)程序使機(jī)器人能夠執(zhí)行前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等基本動(dòng)作。

-路徑規(guī)劃：學(xué)習(xí)如何編寫(xiě)程序使機(jī)器人按照特定路徑移動(dòng)。

-交互控制：利用傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與環(huán)境的交互，如避障、追蹤等。

6.機(jī)器人控制程序的調(diào)試

-調(diào)試方法：介紹程序調(diào)試的基本方法，如觀察機(jī)器人行為、檢查傳感器數(shù)據(jù)、逐步執(zhí)行程序。

-常見(jiàn)問(wèn)題及解決：分析編程過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，如程序運(yùn)行不穩(wěn)定、傳感器數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等，并提供解決方法。

7.機(jī)器人控制的安全與倫理

-安全規(guī)范：介紹機(jī)器人控制中的安全規(guī)范，如確保機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、避免對(duì)人造成傷害。

-倫理道德：討論使用機(jī)器人的倫理道德問(wèn)題，如尊重隱私、避免濫用技術(shù)等。

8.機(jī)器人控制技術(shù)的應(yīng)用

-家庭服務(wù)：如清潔機(jī)器人、陪伴機(jī)器人等。

-工業(yè)制造：如自動(dòng)化裝配線(xiàn)上的機(jī)器人。

-醫(yī)療健康：如手術(shù)輔助機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人等。

-科研探索：如深海探測(cè)機(jī)器人、太空探索機(jī)器人等。

9.機(jī)器人控制技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

-技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：介紹機(jī)器人控制技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，如智能化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化等。

-社會(huì)影響：討論機(jī)器人控制技術(shù)對(duì)就業(yè)、教育、社會(huì)結(jié)構(gòu)等方面的影響。作業(yè)布置與反饋?zhàn)鳂I(yè)布置：

1.編程實(shí)踐：要求學(xué)生編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人控制程序，實(shí)現(xiàn)以下功能：

-機(jī)器人能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的路線(xiàn)進(jìn)行移動(dòng)。

-機(jī)器人能夠利用傳感器進(jìn)行避障。

-機(jī)器人能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)控制改變行駛路線(xiàn)。

2.研究性學(xué)習(xí)：學(xué)生分組進(jìn)行探究，選擇一種機(jī)器人傳感器，研究其工作原理，并撰寫(xiě)一篇研究報(bào)告，內(nèi)容包括：

-傳感器的類(lèi)型和功能。

-傳感器的工作原理。

-傳感器在機(jī)器人控制中的應(yīng)用實(shí)例。

3.思考題：設(shè)計(jì)幾個(gè)思考題，讓學(xué)生深入思考機(jī)器人控制的相關(guān)問(wèn)題，例如：

-機(jī)器人控制中，如何平衡速度和精確度？

-機(jī)器人編程中，如何有效地使用循環(huán)結(jié)構(gòu)？

-機(jī)器人控制的安全問(wèn)題有哪些，如何避免？

作業(yè)反饋：

1.批改作業(yè)：教師將及時(shí)批改學(xué)生的編程實(shí)踐作業(yè)和研究報(bào)告，給出評(píng)分和反饋。

-編程實(shí)踐反饋：針對(duì)學(xué)生的程序代碼，教師將指出代碼中的錯(cuò)誤，提出改進(jìn)建議，并給出代碼優(yōu)化的建議。

-研究報(bào)告反饋：針對(duì)學(xué)生的研究報(bào)告，教師將評(píng)價(jià)報(bào)告的完整性、邏輯性和深度，提出改進(jìn)的方向。

2.個(gè)別輔導(dǎo)：對(duì)于作業(yè)中表現(xiàn)優(yōu)秀或有特殊困難的學(xué)生，教師將提供個(gè)別輔導(dǎo)，幫助學(xué)生進(jìn)一步提高。

-優(yōu)秀學(xué)生：教師將與優(yōu)秀學(xué)生討論如何拓展機(jī)器人控制的知識(shí)，探索更復(fù)雜的編程技術(shù)。

-困難學(xué)生：教師將耐心解答學(xué)生的疑問(wèn)，提供額外的學(xué)習(xí)資料和練習(xí)，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

3.課堂討論：在下一堂課中，教師將組織討論，邀請(qǐng)學(xué)生分享他們的作業(yè)成果，包括編程實(shí)踐和研究報(bào)告。

-分享成果：學(xué)生將有機(jī)會(huì)展示自己的編程作品和研究報(bào)告，與其他同學(xué)交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

-反思討論：教師將引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思，討論在作業(yè)過(guò)程中的收獲和遇到的問(wèn)題，以及如何改進(jìn)。反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.在本節(jié)課中，我嘗試將理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中掌握機(jī)器人控制的原理和編程技巧。

2.我引入了現(xiàn)實(shí)生活中的機(jī)器人應(yīng)用案例，如自動(dòng)駕駛汽車(chē)和智能制造，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。

3.通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)，我鼓勵(lì)學(xué)生相互交流、討論，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通技巧。

（二）存在主要問(wèn)題

1.教學(xué)管理方面，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生在預(yù)習(xí)階段缺乏自覺(jué)性，導(dǎo)致預(yù)習(xí)效果不佳。

2.教學(xué)組織方面，課堂時(shí)間安排不夠合理，導(dǎo)致部分教學(xué)內(nèi)容未能充分展開(kāi)。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)方面，作業(yè)批改和反饋不夠及時(shí)，影響了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)成果的及時(shí)認(rèn)識(shí)和改進(jìn)。

（三）改進(jìn)措施

1.為了提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，我計(jì)劃在預(yù)習(xí)任務(wù)中加入更多互動(dòng)元素，如在線(xiàn)問(wèn)答、小測(cè)驗(yàn)等，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。

2.我將優(yōu)化課堂時(shí)間安排，確保每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都有足夠的時(shí)間進(jìn)行，對(duì)于難以理解的內(nèi)容，我會(huì)安排更多的示例和練習(xí)。

3.我將加強(qiáng)作業(yè)批改和反饋的及時(shí)性，確保學(xué)生在提交作業(yè)后能夠盡快收到反饋，及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)情況并作出調(diào)整。

未來(lái)，我計(jì)劃采取以下措施進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量：

-引入更多的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，提高解決問(wèn)題的能力。

-加強(qiáng)與企業(yè)的合作，邀請(qǐng)行業(yè)專(zhuān)家進(jìn)行客座講座，讓學(xué)生了解行業(yè)最新動(dòng)態(tài)和技術(shù)發(fā)展。

-定期組織學(xué)生進(jìn)行技能競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)檢驗(yàn)教學(xué)效果。重點(diǎn)題型整理1.編程實(shí)踐題

-題目：編寫(xiě)一個(gè)機(jī)器人控制程序，使機(jī)器人能夠按照預(yù)設(shè)的路線(xiàn)進(jìn)行移動(dòng)，并在遇到障礙物時(shí)自動(dòng)避障。

-答案：程序代碼示例：

```

當(dāng)開(kāi)始執(zhí)行時(shí)

重復(fù)執(zhí)行

如果前方有障礙物

向左轉(zhuǎn)

移動(dòng)一段距離

否則

移動(dòng)一段距離

結(jié)束重復(fù)

```

2.研究性學(xué)習(xí)題

-題目：選擇一種機(jī)器人傳感器，研究其工作原理，并撰寫(xiě)一篇研究報(bào)告，內(nèi)容包括傳感器的類(lèi)型、功能、工作原理以及應(yīng)用實(shí)例。

-答案：研究報(bào)告示例：

```

傳感器類(lèi)型：超聲波傳感器

功能：測(cè)量物體與傳感器之間的距離

工作原理：通過(guò)發(fā)射超聲波并接收反射回來(lái)的超聲波，計(jì)算時(shí)間差來(lái)測(cè)量距離

應(yīng)用實(shí)例：自動(dòng)駕駛汽車(chē)中的距離測(cè)量、機(jī)器人避障等

```

3.思考題

-題目：機(jī)器人控制中，如何平衡速度和精確度？

-答案：在機(jī)器人控制中，可以通過(guò)調(diào)整速度參數(shù)和精確度參數(shù)來(lái)平衡兩者。例如，在需要快速移動(dòng)的情況下，可以適當(dāng)提高速度參數(shù)，