《第二單元 指揮機器人行動 12 聲波測距避障礙》教學設計-2023-2024學年泰山版信息技術（2018）第三冊

《第二單元指揮機器人行動12聲波測距避障礙》教學設計-2023-2024學年泰山版信息技術（2018）第三冊學校授課教師課時授課班級授課地點教具教學內容《第二單元指揮機器人行動12聲波測距避障礙》教學設計-2023-2024學年泰山版信息技術（2018）第三冊

教學內容：本節(jié)課主要學習機器人使用聲波測距模塊進行避障編程。通過聲波測距傳感器檢測前方距離，控制機器人避開障礙物。教材內容包括聲波測距原理、避障算法設計、機器人編程實踐等。核心素養(yǎng)目標分析培養(yǎng)學生信息意識，理解信息技術的應用價值；提升計算思維，通過編程實踐解決實際問題；增強問題解決能力，學會分析問題、設計算法；培養(yǎng)創(chuàng)新精神，鼓勵學生在編程中探索和創(chuàng)造；強化合作學習，通過團隊協(xié)作完成機器人避障任務。學習者分析1.學生已經掌握了哪些相關知識：

學生在此前學習過程中已具備基礎的編程知識和機器人操作技能，了解基本的編程概念如變量、循環(huán)、條件語句等，以及簡單的機器人硬件操作方法。

2.學生的學習興趣、能力和學習風格：

學生對信息技術和機器人技術有較高的興趣，愿意探索新的技術和工具。學生的學習能力較強，能夠快速理解和應用新知識。學習風格上，部分學生傾向于動手實踐，通過操作和實驗來學習；另一部分學生則更偏好理論學習，通過閱讀和思考來掌握知識。

3.學生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

學生在編程實踐過程中可能遇到的問題包括編程邏輯理解困難、代碼調試能力不足、硬件操作不當等。此外，學生可能對算法設計感到挑戰(zhàn)，尤其是在解決復雜問題時，需要設計更高效的避障算法。部分學生可能在團隊協(xié)作中遇到溝通不暢或分工不均的問題。教學資源準備1.教材：確保每位學生都有泰山版信息技術（2018）第三冊教材，包含聲波測距避障相關章節(jié)。

2.輔助材料：準備與聲波測距原理相關的圖片、圖表和視頻，以及機器人編程示例視頻。

3.實驗器材：準備聲波測距傳感器、機器人平臺、連接線等實驗器材，確保其完整性和安全性。

4.教室布置：設置分組討論區(qū)，安排實驗操作臺，方便學生進行編程實踐和小組合作。教學過程一、導入新課

（老師）同學們，大家好！今天我們來學習一個有趣的主題——《指揮機器人行動12聲波測距避障礙》。你們可能已經對機器人有了初步的了解，那么，今天我們將一起探究如何利用聲波測距技術讓機器人避開障礙物。

（學生）老師好，我們很期待學習這個主題。

二、新課導入

（老師）首先，讓我們回顧一下之前學過的內容。還記得我們是如何控制機器人運動的嗎？（學生）記得，老師。通過編寫程序，讓機器人按照我們的指令行動。

（老師）很好，那么今天我們將在此基礎上，學習如何利用聲波測距傳感器來感知周圍環(huán)境，從而讓機器人能夠自主避開障礙物。

三、知識講解

（老師）首先，我們來了解一下聲波測距的原理。聲波測距是通過發(fā)射聲波，然后接收反射回來的聲波來測量距離。簡單來說，就是利用聲波傳播的時間來計算距離。

（老師）接下來，我將展示一個聲波測距傳感器的實物，并講解其工作原理。請大家注意觀察，這個傳感器是如何連接到機器人上的，以及它是如何發(fā)出和接收聲波的。

（學生）老師，我們看到了傳感器的實物，它看起來就像一個麥克風，但我們不確定它的工作原理。

（老師）沒錯，它的工作原理和麥克風類似，但它的功能更強大?，F(xiàn)在，我會在大屏幕上播放一個聲波測距原理的動畫，幫助大家更好地理解。

四、編程實踐

（老師）現(xiàn)在，我們已經了解了聲波測距的原理，接下來，我們要將這個原理應用到編程中。請大家打開你們的編程軟件，我將一步步指導你們完成這個程序。

（老師）首先，我們需要初始化聲波測距傳感器，并設置一個變量來存儲測量的距離。然后，我們通過循環(huán)讀取傳感器測量的距離，并根據距離的大小來控制機器人的運動。

（老師）請大家跟隨我的步驟進行編程。我會先展示代碼的框架，然后一步步完善它。注意，我們要確保程序能夠準確地讀取聲波測距傳感器的數據，并根據這些數據來調整機器人的運動。

五、小組合作

（老師）現(xiàn)在，請大家分組進行編程實踐。每組負責編寫一個避障程序，讓機器人能夠避開一定距離內的障礙物。在編程過程中，你們可以互相討論、交流心得。

（老師）請大家記住，避障程序的關鍵在于如何處理聲波測距傳感器返回的距離數據。如果距離小于某個閾值，機器人應該停止前進；如果距離大于閾值，機器人可以繼續(xù)前進。

六、展示與評價

（老師）好，現(xiàn)在請大家展示你們的程序。我會邀請每組派代表來演示他們的避障程序，并分享他們的編程思路。

（老師）請大家認真觀看其他小組的程序，并思考他們是如何解決編程過程中遇到的問題的。接下來，我會對每個小組的程序進行評價，并提出一些建議。

七、總結與拓展

（老師）今天，我們學習了如何利用聲波測距傳感器讓機器人避開障礙物。這是一個非常有用的技能，不僅可以應用于機器人避障，還可以拓展到其他領域，如自動駕駛汽車等。

（老師）在接下來的學習中，我們可以進一步探索聲波測距技術的應用，比如如何讓機器人更準確地測量距離，或者如何優(yōu)化避障算法。

（老師）同學們，今天的課程到此結束。希望大家能夠將今天所學應用到實際編程中，不斷練習，提高自己的編程能力。

（學生）謝謝老師，我們一定會努力的！教學資源拓展1.拓展資源：

-聲波測距原理的科普文章，介紹聲波的傳播特性以及如何通過聲波測距來感知距離。

-機器人避障算法的案例研究，包括不同算法的優(yōu)缺點比較，如紅外避障、超聲波避障和聲波測距避障。

-機器人編程教程，提供不同編程語言和平臺的學習資源，如Scratch、Python等。

-機器人競賽規(guī)則和案例，展示如何將避障編程應用于實際競賽中。

2.拓展建議：

-鼓勵學生閱讀關于聲波測距技術的科普文章，加深對物理原理的理解。

-學生可以嘗試使用不同的編程語言和平臺來編寫避障程序，比較不同語言的優(yōu)缺點。

-組織學生參加機器人編程比賽或項目，將所學知識應用于實際問題的解決。

-引導學生研究高級避障算法，如多傳感器融合技術，以提高機器人的避障性能。

-設立實驗室或工作坊，讓學生親自動手搭建簡單的聲波測距避障系統(tǒng)，進行實際操作和調試。

-鼓勵學生參與跨學科項目，如結合物理、數學和計算機科學的知識，設計更復雜的機器人避障系統(tǒng)。

-提供在線教程和視頻資源，讓學生在家中也能繼續(xù)學習和實踐機器人編程。

-邀請專業(yè)人士或大學生志愿者來校進行講座或輔導，分享他們的經驗和知識。

-建立學生交流平臺，讓學生分享自己的編程心得和避障算法，促進相互學習和成長。典型例題講解1.例題：

機器人前方距離障礙物10厘米時停止前進，編寫程序實現(xiàn)這一功能。

答案：

```

//初始化聲波測距傳感器

initUltrasonicSensor(ultrasonicPin);

//循環(huán)檢測距離

while(true){

//讀取距離

intdistance=readDistance(ultrasonicPin);

//判斷距離是否小于10厘米

if(distance<10){

//停止前進

stop();

break;

}

//繼續(xù)前進

forward();

}

```

2.例題：

機器人前方距離障礙物50厘米時減速，距離小于20厘米時停止前進，編寫程序實現(xiàn)這一功能。

答案：

```

//初始化聲波測距傳感器

initUltrasonicSensor(ultrasonicPin);

//循環(huán)檢測距離

while(true){

//讀取距離

intdistance=readDistance(ultrasonicPin);

//判斷距離是否在20厘米到50厘米之間

if(distance>=20&&distance<=50){

//減速前進

slowForward();

}elseif(distance<20){

//停止前進

stop();

break;

}

//繼續(xù)前進

forward();

}

```

3.例題：

機器人前方距離障礙物30厘米時左轉，距離大于70厘米時直行，編寫程序實現(xiàn)這一功能。

答案：

```

//初始化聲波測距傳感器

initUltrasonicSensor(ultrasonicPin);

//循環(huán)檢測距離

while(true){

//讀取距離

intdistance=readDistance(ultrasonicPin);

//判斷距離是否小于30厘米

if(distance<30){

//左轉

turnLeft();

}elseif(distance>70){

//直行

forward();

}

//稍作延時，避免程序過于頻繁執(zhí)行

delay(100);

}

```

4.例題：

機器人從起點出發(fā)，遇到障礙物時左轉，遇到開闊地時直行，直到到達終點，編寫程序實現(xiàn)這一功能。

答案：

```

//初始化聲波測距傳感器

initUltrasonicSensor(ultrasonicPin);

//循環(huán)檢測距離

while(true){

//讀取距離

intdistance=readDistance(ultrasonicPin);

//判斷距離是否小于30厘米

if(distance<30){

//左轉

turnLeft();

}else{

//直行

forward();

}

//稍作延時，避免程序過于頻繁執(zhí)行

delay(100);

}

```

5.例題：

機器人從起點出發(fā)，遇到障礙物時后退10厘米，然后左轉，遇到開闊地時直行，直到到達終點，編寫程序實現(xiàn)這一功能。

答案：

```

//初始化聲波測距傳感器

initUltrasonicSensor(ultrasonicPin);

//循環(huán)檢測距離

while(true){

//讀取距離

intdistance=readDistance(ultrasonicPin);

//判斷距離是否小于30厘米

if(distance<30){

//后退10厘米

backward();

delay(1000);

//左轉

turnLeft();

}else{

//直行

forward();

}

//稍作延時，避免程序過于頻繁執(zhí)行

delay(100);

}

```課堂課堂評價是教學過程中不可或缺的一環(huán)，它有助于教師了解學生的學習情況，及時調整教學策略，同時也能激勵學生積極參與課堂活動。以下是我對課堂評價的具體實施計劃：

1.課堂提問

在課堂教學中，我將通過提問的方式檢查學生對知識的掌握程度。我會設計一些基礎性和拓展性的問題，鼓勵學生積極回答。以下是一些具體的提問策略：

-基礎性問題：針對教材中的基本概念和原理，提問學生是否能正確解釋。

-拓展性問題：引導學生思考如何將所學知識應用于實際情境中，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。

-合作性問題：鼓勵學生以小組形式討論問題，培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力。

例如，在講解聲波測距避障原理時，我可以提問：“聲波測距傳感器是如何工作的？請舉例說明其在生活中的應用?！?/p>

2.觀察學生表現(xiàn)

課堂觀察是評價學生學習情況的重要手段。我會注意以下幾點：

-學生在課堂上的參與度：觀察學生是否積極參與討論和實踐活動。

-學生對知識的理解程度：通過學生的回答和作品來評估他們對知識的掌握情況。

-學生的學習態(tài)度：觀察學生是否認真對待學習任務，是否有積極的學習態(tài)度。

例如，在編程實踐環(huán)節(jié)，我會觀察學生是否能夠按照要求完成編程任務，是否能夠獨立解決問題。

3.課堂測試

為了更全面地了解學生的學習情況，我會定期進行課堂測試。以下是一些測試策略：

-簡答題：測試學生對基本概念和原理的理解。

-編程題：測試學生的編程能力和解決問題的能力。

-應用題：測試學生將所學知識應用于實際情境中的能力。

例如，我可以設計一個編程測試，要求學生編寫一個簡單的避障程序，并測試其在實際操作中的效果。

4.作業(yè)評價

作業(yè)是課堂學習的重要補充，也是評價學生學習效果的重要手段。以下是我對作業(yè)評價的具體實施計劃：

-認真批改：對學生的作業(yè)進行認真批改，確保每個學生的作業(yè)都得到及時反饋。

-點評指導：在批改作業(yè)的同時，給出具體的點評和建議，幫助學生改進不足。

-及時反饋：將作業(yè)批改結果及時反饋給學生，鼓勵學生繼續(xù)努力。

例如，在學生完成編程作業(yè)后，我會針對他們的代碼質量、程序運行效果等方面進行評價，并提出改進意見。

課堂評價是教學過程中的一項重要工作，通過提問、觀察、測試和作業(yè)評價等方式，我可以全面了解學生的學習情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行解決。同時，通過積極的課堂評價，我也能激勵學生積極參與課堂活動，提高他們的學習效果。反思改進措施反思改進措施（一）教學特色創(chuàng)新

1.實踐導向：在教學中，我注重將理論知識與實際操作相結合，讓學生在動手實踐中掌握技能。例如，通過讓學生實際操作機器人進行避障，他們不僅學會了編程，還能體會到理論知識的應用價值。

2.情境教學：我嘗試在課堂上創(chuàng)設與生活實際相關的情境，讓學生在解決實際問題的過程中學習知識。比如，通過模擬機器人幫助清潔工清理垃圾的場景，讓學生理解編程在現(xiàn)實生活中的應用。

反思改進措施（二）存在主要問題

1.教學管理：在課堂管理方面，我發(fā)現(xiàn)部分學生在課堂上容易分心，參與度不高。這可能是因為課堂氛圍不夠活躍，或者教學內容與學生的興趣不匹配。

2.教學組織：在組織教學活動時，我發(fā)現(xiàn)小組討論的效果并不理想，部分學生參與度低，討論內容也較為表面。這可能是因為分組不合理或者缺乏有效的引導。

3.教學評價：