第2單元第8課《碰撞運(yùn)動-碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》-教學(xué)設(shè)計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2單元第8課《碰撞運(yùn)動——碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》-教學(xué)設(shè)計2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點教具設(shè)計意圖本節(jié)課旨在通過《碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解碰撞傳感器的工作原理，掌握機(jī)器人的避碰行走編程方法，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力和創(chuàng)新思維。教學(xué)內(nèi)容與課本緊密關(guān)聯(lián)，貼近實際，旨在提高學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析培養(yǎng)學(xué)生信息意識，通過學(xué)習(xí)碰撞傳感器原理和機(jī)器人編程，使學(xué)生認(rèn)識到信息技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。提升計算思維，通過分析碰撞問題，鍛煉邏輯推理和算法設(shè)計能力。增強(qiáng)問題解決能力，通過編程實現(xiàn)機(jī)器人避障，讓學(xué)生學(xué)會運(yùn)用技術(shù)解決實際問題。同時，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力，鼓勵學(xué)生嘗試不同的編程方法，提高技術(shù)實踐能力。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：

學(xué)生在九年級下冊的信息技術(shù)課程中，已經(jīng)學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的編程知識，包括簡單的控制語句、變量和函數(shù)的使用。此外，對機(jī)器人編程的基礎(chǔ)概念也有所了解，如傳感器、電機(jī)和編程環(huán)境的使用。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

學(xué)生對信息技術(shù)課程普遍保持較高的興趣，尤其是對機(jī)器人編程等實踐性強(qiáng)的內(nèi)容。他們的學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，能夠較快地掌握新知識。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，多數(shù)學(xué)生偏好動手操作和團(tuán)隊合作，但也有部分學(xué)生更傾向于獨(dú)立思考和深入研究。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

學(xué)生在理解碰撞傳感器的工作原理時可能會遇到困難，因為涉及到物理和電子學(xué)知識。編程實現(xiàn)避障功能時，學(xué)生可能面臨邏輯設(shè)計和代碼調(diào)試的挑戰(zhàn)。此外，不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力差異可能導(dǎo)致部分學(xué)生難以跟上課程進(jìn)度。教學(xué)資源-硬件資源：碰撞傳感器模塊、機(jī)器人套件（含底盤、電機(jī)、電池等）、計算機(jī)或平板電腦

-軟件資源：機(jī)器人編程軟件（如Scratch、ArduinoIDE等）

-課程平臺：學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

-信息化資源：在線教程、編程示例代碼、視頻教學(xué)資源

-教學(xué)手段：實物演示、小組合作、項目式學(xué)習(xí)、課堂討論教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課

-詳細(xì)內(nèi)容：首先，展示一段關(guān)于機(jī)器人在日常生活中應(yīng)用的視頻，如自動清潔機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人等，激發(fā)學(xué)生的興趣。然后，提出問題：“你們知道機(jī)器人是如何識別和避開障礙物的嗎？”以此引出本節(jié)課的主題——碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走。

2.新課講授

-詳細(xì)內(nèi)容：

1.碰撞傳感器原理講解：介紹碰撞傳感器的工作原理，包括傳感器類型、工作原理、輸出信號等，并展示實物傳感器讓學(xué)生直觀了解。

2.機(jī)器人編程基礎(chǔ)：簡要回顧機(jī)器人編程的基礎(chǔ)知識，如控制語句、變量、函數(shù)等，重點講解如何使用編程語言實現(xiàn)碰撞檢測和避障功能。

3.編程示例分析：展示一個簡單的機(jī)器人避障程序，分析程序的結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵代碼和實現(xiàn)方法，幫助學(xué)生理解編程思路。

3.實踐活動

-詳細(xì)內(nèi)容：

1.編程練習(xí)：學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，嘗試編寫一個簡單的機(jī)器人避障程序，并在計算機(jī)上運(yùn)行測試。

2.傳感器連接：學(xué)生將碰撞傳感器連接到機(jī)器人套件上，確保傳感器能夠正確檢測到障礙物。

3.機(jī)器人調(diào)試：學(xué)生調(diào)試機(jī)器人，使其能夠根據(jù)碰撞傳感器的信號實現(xiàn)避障功能。

4.學(xué)生小組討論

-三方面內(nèi)容舉例回答：

1.傳感器類型及其優(yōu)缺點：學(xué)生討論不同類型碰撞傳感器的特點，如紅外傳感器、超聲波傳感器等，并分析其優(yōu)缺點。

2.編程技巧：學(xué)生分享編程過程中的技巧，如如何優(yōu)化代碼、提高程序效率等。

3.遇到的問題及解決方法：學(xué)生討論在編程和調(diào)試過程中遇到的問題，如傳感器信號不穩(wěn)定、程序運(yùn)行速度慢等，并分享解決方法。

5.總結(jié)回顧

-內(nèi)容：首先，回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)碰撞傳感器在機(jī)器人避障中的應(yīng)用。然后，總結(jié)學(xué)生在實踐活動中的表現(xiàn)，肯定他們的努力和成果。最后，提出下一步學(xué)習(xí)計劃，鼓勵學(xué)生在課后繼續(xù)探索和嘗試。

教學(xué)流程具體安排如下：

1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

2.新課講授（15分鐘）

-碰撞傳感器原理講解（5分鐘）

-機(jī)器人編程基礎(chǔ)（5分鐘）

-編程示例分析（5分鐘）

3.實踐活動（20分鐘）

-編程練習(xí)（10分鐘）

-傳感器連接（5分鐘）

-機(jī)器人調(diào)試（5分鐘）

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

5.總結(jié)回顧（5分鐘）

總用時：45分鐘教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-機(jī)器人避障算法研究：介紹不同的避障算法，如墻Following、S曲線、隨機(jī)漫步等，并探討它們的優(yōu)缺點和應(yīng)用場景。

-傳感器應(yīng)用案例：收集和展示使用碰撞傳感器的實際案例，如無人車、無人機(jī)、智能家居等，讓學(xué)生了解傳感器在實際項目中的應(yīng)用。

-編程拓展：提供一些編程拓展練習(xí)，如使用不同的編程語言實現(xiàn)機(jī)器人避障功能，或者設(shè)計更復(fù)雜的機(jī)器人行為。

-物理原理探究：探討碰撞傳感器背后的物理原理，如壓力傳感、聲波傳感等，讓學(xué)生了解傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)。

2.拓展建議：

-鼓勵學(xué)生閱讀關(guān)于機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)的書籍，如《機(jī)器人編程入門》或《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》。

-建議學(xué)生參加機(jī)器人相關(guān)的競賽或工作坊，以提升實踐技能和團(tuán)隊合作能力。

-推薦學(xué)生訪問在線教育平臺，如Coursera或edX，尋找相關(guān)的在線課程進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

-鼓勵學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，如結(jié)合物理、數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)的知識，來理解和解決更復(fù)雜的機(jī)器人問題。

-提供一些開放源代碼的項目，讓學(xué)生嘗試修改和優(yōu)化，以增強(qiáng)編程和調(diào)試技能。

-建議學(xué)生參與社區(qū)論壇和博客，如RoboticsStackExchange或RoboticsStackOverflow，以獲取更多實踐經(jīng)驗和解決問題的方法。

-組織學(xué)生參觀當(dāng)?shù)氐臋C(jī)器人展覽或研討會，以激發(fā)他們對機(jī)器人技術(shù)的興趣，并了解最新的技術(shù)發(fā)展。

-建議學(xué)生嘗試使用不同的編程環(huán)境，如ArduinoIDE、Scratch或ROS，以拓寬他們的編程視野。內(nèi)容邏輯關(guān)系①碰撞傳感器原理：

-知識點：傳感器的工作原理、信號處理、輸出形式

-詞句：傳感器如何檢測碰撞、信號如何轉(zhuǎn)換為機(jī)器可讀的輸出、傳感器的響應(yīng)時間

②機(jī)器人編程基礎(chǔ)：

-知識點：編程語言的基本控制結(jié)構(gòu)、變量和函數(shù)的使用、條件語句和循環(huán)語句

-詞句：如何編寫程序控制機(jī)器人行動、如何使用變量存儲數(shù)據(jù)、如何使用條件語句進(jìn)行決策

③機(jī)器人避障編程實現(xiàn)：

-知識點：碰撞檢測邏輯、避障策略、程序調(diào)試技巧

-詞句：如何編寫代碼讓機(jī)器人檢測到障礙物、如何設(shè)計避障算法、如何通過調(diào)試優(yōu)化程序性能教學(xué)反思今天上了《碰撞運(yùn)動——碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》這一節(jié)課，我覺得收獲頗豐，但也發(fā)現(xiàn)了一些可以改進(jìn)的地方。

首先，我覺得學(xué)生對碰撞傳感器的工作原理很感興趣，尤其是在看到傳感器如何通過物理變化來檢測碰撞時，他們的眼神中充滿了好奇。我在講解傳感器原理時，盡量用簡單的語言和生動的例子，比如用手指敲擊桌面來模擬傳感器檢測碰撞的過程，這樣學(xué)生更容易理解。

然后，在講解機(jī)器人編程基礎(chǔ)時，我發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對于編程的概念和邏輯還是有些吃力。我意識到，雖然我們在之前的課程中已經(jīng)接觸過基礎(chǔ)的編程知識，但對于一些概念和語法，學(xué)生可能還需要更多的練習(xí)和鞏固。因此，我決定在接下來的課程中增加一些編程練習(xí)，讓學(xué)生通過實際操作來加深理解。

在實踐活動環(huán)節(jié)，我安排了三個小任務(wù)：編程練習(xí)、傳感器連接和機(jī)器人調(diào)試。我發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們在編程練習(xí)時遇到了一些困難，尤其是編寫碰撞檢測的代碼。這讓我意識到，我在講解編程示例時可能沒有足夠地考慮到學(xué)生的接受程度。我決定在接下來的教學(xué)中，提供更多層次的學(xué)習(xí)材料，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

在學(xué)生小組討論環(huán)節(jié)，我看到了學(xué)生們積極參與討論的場景。他們分享了自己的編程技巧，討論了遇到的問題和解決方法。這讓我很高興，因為這說明學(xué)生們不僅學(xué)會了知識，還學(xué)會了如何合作和學(xué)習(xí)。不過，我也發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生不太敢于表達(dá)自己的觀點，這可能是因為他們對自己的能力不夠自信。因此，我計劃在未來的教學(xué)中，更多地鼓勵學(xué)生表達(dá)自己的想法，并給予他們積極的反饋。

總的來說，這節(jié)課讓我對學(xué)生的接受能力和學(xué)習(xí)習(xí)慣有了更深的了解。我發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于實踐性和互動性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容更感興趣，而對于理論性的內(nèi)容，他們可能需要更多的引導(dǎo)和幫助。在今后的教學(xué)中，我會更加注重以下幾點：

1.確保教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的實際水平相匹配，避免過難或過易。

2.增加實踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過動手操作來加深理解。

3.鼓勵學(xué)生積極參與討論，提高他們的表達(dá)能力和團(tuán)隊合作精神。

4.提供多樣化的學(xué)習(xí)資源，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

5.定期進(jìn)行教學(xué)反思，不斷調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)策略。

我相信，通過不斷地改進(jìn)和努力，我能夠更好地幫助學(xué)生掌握知識，培養(yǎng)他們的信息技術(shù)素養(yǎng)。課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測課堂小結(jié)：

今天我們學(xué)習(xí)了《碰撞運(yùn)動——碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》這一課，主要內(nèi)容包括以下幾個方面：

1.碰撞傳感器原理：我們了解了碰撞傳感器的工作原理，包括其檢測機(jī)制、信號處理和輸出形式。這些知識對于我們理解機(jī)器人如何避障至關(guān)重要。

2.機(jī)器人編程基礎(chǔ)：回顧了編程語言的基本控制結(jié)構(gòu)，包括變量、函數(shù)、條件語句和循環(huán)語句，這些都是編寫機(jī)器人避障程序的基礎(chǔ)。

3.機(jī)器人避障編程實現(xiàn)：學(xué)習(xí)了如何將碰撞傳感器與編程相結(jié)合，實現(xiàn)機(jī)器人的避障功能。我們通過編程示例，了解了如何編寫代碼讓機(jī)器人檢測到障礙物并做出相應(yīng)的避障動作。

4.實踐活動：在課堂上，我們進(jìn)行了編程練習(xí)、傳感器連接和機(jī)器人調(diào)試等實踐活動，學(xué)生們通過實際操作，加深了對理論知識的理解。

當(dāng)堂檢測：

為了檢驗學(xué)生對本節(jié)課內(nèi)容的掌握情況，我們將進(jìn)行以下當(dāng)堂檢測：

1.選擇題：請從以下選項中選擇正確答案。

a.碰撞傳感器的主要作用是什么？

1.控制機(jī)器人移動方向

2.檢測機(jī)器人是否遇到障礙物

3.控制機(jī)器人速度

4.以上都是

b.以下哪個不是編程語言的基本控制結(jié)構(gòu)？

1.變量

2.函數(shù)

3.程序

4.循環(huán)

2.填空題：請根據(jù)所學(xué)知識，完成以下句子。

-機(jī)器人避障程序中，使用