第9課 循線而行-地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人的循線行走 教學(xué)實錄　-2023--2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊

第9課循線而行——地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人的循線行走教學(xué)實錄-2023—-2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊一、課程背景與目標(biāo)定位

《第9課循線而行——地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人的循線行走》教學(xué)實錄，旨在讓學(xué)生了解地面?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ髟?，以及如何通過傳感器實現(xiàn)機(jī)器人的循線行走。本節(jié)課以清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊為教材，緊密結(jié)合課本內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力和創(chuàng)新思維。課程目標(biāo)包括：

1.理解地面?zhèn)鞲衅鞯母拍罴捌湓跈C(jī)器人行走中的應(yīng)用。

2.學(xué)習(xí)編寫簡單的程序，實現(xiàn)機(jī)器人循線行走。

3.培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提高團(tuán)隊協(xié)作意識。

4.激發(fā)學(xué)生對信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。二、學(xué)情分析與內(nèi)容規(guī)劃

1.學(xué)情分析：學(xué)生已掌握基礎(chǔ)的計算機(jī)操作技能和簡單的編程知識，但對地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人循線行走的概念較為陌生，實際操作經(jīng)驗不足。

2.內(nèi)容規(guī)劃：

-介紹地面?zhèn)鞲衅鞯姆N類、功能及其在機(jī)器人循線行走中的作用；

-通過案例分析，讓學(xué)生了解傳感器信號的讀取和處理方法；

-設(shè)計實驗環(huán)節(jié)，讓學(xué)生動手搭建簡單的機(jī)器人循線行走模型；

-編寫程序，實現(xiàn)機(jī)器人按照預(yù)設(shè)路徑循線行走；

-開展小組討論，總結(jié)機(jī)器人循線行走中遇到的問題及解決方案；

-安排課后作業(yè)，鞏固所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。三、教學(xué)難點與重點

1.教學(xué)重點：

本節(jié)課的核心內(nèi)容是地面?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ髟硪约叭绾卫眠@些傳感器實現(xiàn)機(jī)器人的循線行走。具體重點包括：

-地面?zhèn)鞲衅鞯姆N類和功能：介紹光電傳感器、紅外傳感器等，并解釋它們?nèi)绾螜z測地面上的線條。

-傳感信號的讀取與處理：例如，通過編程讓傳感器讀取地面反射光強(qiáng)度，并據(jù)此控制機(jī)器人的行走方向。

-編程實現(xiàn)循線行走：編寫程序代碼，使機(jī)器人能夠根據(jù)傳感器信號調(diào)整運動軌跡，沿著預(yù)設(shè)線路行走。

2.教學(xué)難點：

本節(jié)課的難點在于理解傳感器信號的讀取和處理，以及編程實現(xiàn)機(jī)器人循線行走的邏輯。具體難點包括：

-傳感器信號處理：學(xué)生可能難以理解如何將傳感器采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并對其進(jìn)行處理。例如，如何通過編程判斷傳感器接收到的光線強(qiáng)度，從而確定機(jī)器人的行走方向。

-編程邏輯思維：編寫程序以實現(xiàn)機(jī)器人循線行走時，學(xué)生可能難以掌握如何使用條件語句（如if-else）和循環(huán)語句（如for或while）來控制機(jī)器人的運動。例如，編寫代碼時，如何設(shè)置條件使得當(dāng)機(jī)器人偏離線路時，能夠自動調(diào)整方向回到線路上。

-實驗操作：實際搭建機(jī)器人模型并調(diào)試程序時，學(xué)生可能會遇到硬件連接問題或程序調(diào)試?yán)щy。例如，傳感器與控制板之間的連接錯誤，或者程序中的語法錯誤導(dǎo)致機(jī)器人無法正常運行。四、教學(xué)資源與技術(shù)支持

1.多媒體資源：準(zhǔn)備相關(guān)視頻，展示不同地面?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ髟砗蛯嶋H應(yīng)用案例，以及機(jī)器人循線行走的動態(tài)效果，用以導(dǎo)入課程和輔助教學(xué)；同時，使用清晰的電路圖和傳感器布局圖，幫助學(xué)生理解傳感器的安裝和連接方法。

2.閱讀材料：選擇與課程相關(guān)的技術(shù)文檔和案例研究，提供給學(xué)生閱讀，以加深對地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人控制原理的理解。

3.在線工具：利用在線編程環(huán)境，如Scratch或ArduinoIDE，供學(xué)生在云端編寫和調(diào)試程序代碼，以及使用在線技術(shù)論壇和問答社區(qū)，以便學(xué)生在遇到技術(shù)難題時能夠迅速找到解決方案。五、教學(xué)過程

1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)（約5分鐘）

內(nèi)容：教師通過播放一段機(jī)器人循線行走的視頻，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注機(jī)器人的行為和背后的技術(shù)原理。隨后，簡要介紹本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心。

2.新知學(xué)習(xí)（約25分鐘）

內(nèi)容：教師首先介紹地面?zhèn)鞲衅鞯母拍?、種類和工作原理，通過實物展示和互動問答，讓學(xué)生對傳感器有直觀的認(rèn)識。接著，詳細(xì)講解傳感信號的讀取與處理方法，包括模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、閾值設(shè)定等。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)編寫簡單的機(jī)器人循線行走程序，包括條件判斷、循環(huán)控制等編程邏輯。在此過程中，教師通過示例代碼和現(xiàn)場演示，幫助學(xué)生理解編程思路和方法。

3.實踐應(yīng)用（約10分鐘）

內(nèi)容：學(xué)生分組進(jìn)行實踐操作，每組使用提供的傳感器和機(jī)器人模型，根據(jù)所學(xué)知識編寫程序，實現(xiàn)機(jī)器人的循線行走。教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在編程和操作過程中遇到的問題。學(xué)生通過實踐加深對傳感器和編程知識的理解，培養(yǎng)動手能力和解決問題的能力。

4.總結(jié)與提升（約5分鐘）

內(nèi)容：教師邀請幾組學(xué)生分享他們的實踐成果，討論在操作過程中遇到的問題和解決方法。教師總結(jié)本節(jié)課的重點內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)地面?zhèn)鞲衅髟跈C(jī)器人循線行走中的作用以及編程邏輯的重要性。最后，布置課后作業(yè)，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識，設(shè)計一個更復(fù)雜的機(jī)器人循線行走程序，以鞏固所學(xué)內(nèi)容并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、教學(xué)反思與改進(jìn)

1.教學(xué)反思：在本次課程中，學(xué)生對于傳感器的基本原理理解較好，但在編程實踐環(huán)節(jié)，部分學(xué)生對于編程邏輯的理解和應(yīng)用仍顯不足，導(dǎo)致在編寫機(jī)器人循線行走程序時遇到困難。此外，課堂互動雖然充分，但個別學(xué)生參與度不高，可能是因為課堂活動設(shè)計未能充分考慮到所有學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和興趣點。

2.教學(xué)改進(jìn)：針對學(xué)生編程邏輯的不足，今后課程中將增加編程思維的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，如引入更多的編程練習(xí)和小游戲，幫助學(xué)生逐步建立編程思維。同時，為了提高學(xué)生的參與度，可以設(shè)計更具挑戰(zhàn)性和趣味性的實踐活動，如機(jī)器人競賽或設(shè)計挑戰(zhàn)，以激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性。此外，考慮將學(xué)生分成不同的小組，每組負(fù)責(zé)不同的傳感器類型或編程任務(wù)，以便于學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)和協(xié)作。七、教學(xué)資源與支持

1.多媒體資源：

-視頻資源：收集和制作關(guān)于地面?zhèn)鞲衅鞴ぷ髟?、安裝方式以及機(jī)器人循線行走的應(yīng)用案例視頻，用于課程導(dǎo)入，幫助學(xué)生直觀地理解傳感器的作用和機(jī)器人的運動機(jī)制。

-圖片資源：準(zhǔn)備一系列傳感器和機(jī)器人組件的圖片，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖、外部安裝圖以及電路連接圖，輔助講解和幫助學(xué)生形象化理解相關(guān)知識。

-音頻資源：錄制傳感器信號處理和編程邏輯的講解音頻，供學(xué)生在課后復(fù)習(xí)時使用，加深對課程內(nèi)容的理解。

2.閱讀材料：

-編寫或選擇與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的閱讀材料，如傳感器技術(shù)發(fā)展史、機(jī)器人應(yīng)用案例研究、編程邏輯思維訓(xùn)練等，幫助學(xué)生擴(kuò)展知識面，理解傳感器和機(jī)器人技術(shù)在實際生活中的應(yīng)用。

-提供技術(shù)文檔和編程手冊，讓學(xué)生了解地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人控制系統(tǒng)的技術(shù)細(xì)節(jié)，以及編程環(huán)境的使用方法。

3.在線工具：

-編程環(huán)境：利用在線編程平臺，如Scratch、ArduinoIDE等，讓學(xué)生在云端編寫和測試程序代碼，提供實時反饋和錯誤提示，幫助學(xué)生提高編程技能。

-仿真軟件：使用在線機(jī)器人仿真軟件，如RoboSim、MATLAB/Simulink等，讓學(xué)生在沒有實體機(jī)器人設(shè)備的情況下，模擬和測試機(jī)器人循線行走的程序。

-技術(shù)論壇和社區(qū)：推薦學(xué)生加入相關(guān)的技術(shù)論壇和在線社區(qū)，如StackOverflow、GitHub等，以便在編程和傳感器應(yīng)用中遇到問題時，能夠得到來自全球開發(fā)者的幫助和建議。

-教學(xué)管理系統(tǒng)：利用在線教學(xué)管理系統(tǒng)，如Moodle、Blackboard等，發(fā)布課程通知、作業(yè)、討論話題等，方便學(xué)生隨時查看課程資料和提交作業(yè)。

4.實驗設(shè)備與軟件：

-傳感器硬件：提供各種地面?zhèn)鞲衅?，如光電傳感器、紅外傳感器等，以及相關(guān)的硬件組件，如控制器、電機(jī)、電池等，供學(xué)生在實驗中使用。

-編程軟件：安裝和配置編程軟件，如ArduinoIDE、Python等，確保學(xué)生能夠在計算機(jī)上編寫和上傳程序代碼到機(jī)器人控制器。

-實驗指導(dǎo)手冊：編寫詳細(xì)的實驗指導(dǎo)手冊，包括傳感器安裝、電路連接、編程示例等，指導(dǎo)學(xué)生完成實驗操作。

5.輔助教學(xué)資源：

-制作思維導(dǎo)圖：利用思維導(dǎo)圖工具，如MindMeister、XMind等，制作課程內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生梳理和記憶知識點。

-開發(fā)互動教學(xué)應(yīng)用：開發(fā)或使用互動教學(xué)應(yīng)用，如Kahoot、Socrative等，設(shè)計課堂問答、小測驗等互動環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)興趣。

-提供在線學(xué)習(xí)資源：整理并提供在線學(xué)習(xí)資源列表，包括開放課程、教育視頻、學(xué)術(shù)論文等，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)和深入研究。八、教學(xué)評估與改進(jìn)

1.教學(xué)評估

在這節(jié)課中，我觀察到學(xué)生們對地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人循線行走的基本概念有了較好的理解。通過課堂互動和小組討論，學(xué)生們能夠積極參與，提出問題和解決方案。在實踐環(huán)節(jié)，大多數(shù)學(xué)生能夠成功編寫程序并實現(xiàn)機(jī)器人的循線行走，但也有一些學(xué)生在編程邏輯和傳感器調(diào)試上遇到了困難。此外，通過課后作業(yè)和單元測試，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生們在理論知識和實踐操作上都有了一定的掌握，但個別學(xué)生在理解復(fù)雜的編程邏輯和傳感器信號處理方面還有待提高。

2.教學(xué)改進(jìn)

為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人循線行走的知識，我計劃采取以下措施進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)：

我會增加課堂上的實例分析和問題解決環(huán)節(jié)，通過更多的案例讓學(xué)生直觀地看到編程邏輯和傳感器應(yīng)用的效果，以便他們能夠更好地理解理論知識。

我會針對編程邏輯和傳感器調(diào)試的難點，設(shè)計更多的練習(xí)題和實驗任務(wù)，讓學(xué)生在實踐中不斷嘗試和修正，從而加深對知識點的理解。

我會根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解程度，調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，對于難點內(nèi)容會安排更多的時間進(jìn)行講解和練習(xí)。

我會鼓勵學(xué)生在課后通過在線資源和論壇進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和交流，以拓寬他們的知識視野，并解決他們在學(xué)習(xí)中遇到的問題。

我會定期收集學(xué)生的反饋，了解他們在學(xué)習(xí)過程中的困惑和需求，根據(jù)反饋調(diào)整教學(xué)方法和內(nèi)容，確保教學(xué)更貼近學(xué)生的實際情況。九、評價與反饋

1.課堂表現(xiàn)評價

參與度：學(xué)生在課堂上的參與度較高，發(fā)言次數(shù)和討論積極性表現(xiàn)出色，能夠主動提出問題和分享想法，顯示出良好的合作能力。

準(zhǔn)確性：學(xué)生在回答問題和完成練習(xí)時，對地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人循線行走的知識掌握程度較好，能夠準(zhǔn)確理解和應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容。

2.作業(yè)與測試評價

作業(yè)質(zhì)量：學(xué)生的作業(yè)完成情況良好，能夠結(jié)合案例分析深入思考，展