《第六節(jié) 傳感器綜合應(yīng)用》名師教案

學而優(yōu)教有方第六節(jié)傳感器綜合應(yīng)用——消防滅火機器人一、教材分析（一）內(nèi)容分析現(xiàn)實生活中，人們身邊不免發(fā)生火災(zāi)，而火災(zāi)無情，為保護消防人員的人身安全，科學家研究出了消防滅火機器人。教師在教學中要結(jié)合教學內(nèi)容對學生進行珍愛生命的教育。（二）教學目標（1）通過消防滅火機器人程序設(shè)計實踐活動和練習提升活動，讓學生進一步掌握運用“紅外測障”和“亮度檢測”模塊來設(shè)計程序，完成指定滅火任務(wù)。（2）通過對比，讓學生能讀懂并學會根據(jù)JC語言代碼設(shè)置滅火機器人流程圖程序中的參數(shù)。（三）教學重點和難點1.教學重點綜合運用“紅外測障”“亮度檢測”模塊完成滅火機器人的程序設(shè)計。2.教學難點“練習提升”第1題的算法。二、學情分析“紅外測障”“亮度檢測”模塊可讓機器人檢測周邊環(huán)境，使機器人有了判斷能力，從而實現(xiàn)機器人的自動化、智能化。在前幾節(jié)學習的基礎(chǔ)上，學生認知水平不存在障礙，本節(jié)需要綜合運用這兩種傳感器進行程序設(shè)計。在教學中，要突出學生綜合運用能力的提升，課堂中要以培養(yǎng)學生的學習興趣為抓手，通過“實踐活動”“練習提升”，培養(yǎng)學生的程序設(shè)計能力。要讓學生在練習中掌握傳感器模塊參數(shù)的設(shè)置技巧，不應(yīng)由教師直接告訴學生結(jié)果，只有這樣才能在教學中培養(yǎng)學生的研究探索能力，讓學生通過自主學習探究建構(gòu)自己的知識體系，也可以通過協(xié)作學習方式讓學生互相幫助，在研討中獲得知識。三、教學建議（一）課前準備設(shè)備：多媒體教學設(shè)備，提前安裝好VJC1.5仿真版軟件。學生：了解消防滅火機器人程序設(shè)計思路。教師：提前準備好課堂中的三個仿真場地文件；下載機器人滅火視頻，供課堂中導入新課使用；準備好課堂競賽獎品，如紅紙喜報、小小獎品等，用于充分調(diào)動學生的學習積極性。（二）過程設(shè)計1.創(chuàng)設(shè)情境,導入新課本節(jié)課可以用機器人滅火比賽的視頻，創(chuàng)設(shè)情境，導入新課。在這個過程中重點是讓學生觀察與分析機器人追光算法。2.消防滅火機器人的用途消防滅火機器人的用途在教材上已經(jīng)有了較為詳細的介紹。在教學中，教師可以從網(wǎng)上查找并下載這方面應(yīng)用的文字、圖片、視頻等，并通過這些資料的展示，激發(fā)學生的學習興趣，讓學生從這些資料中受到更深層次的珍愛生命教育。但是，資料中如果有畫面比較恐怖，教師要事前進行刪減，以免給學生造成不良的心理影響。3.消防滅火機器人的滅火步驟教材講述的是機器人滅火仿真實驗的算法與程序設(shè)計實現(xiàn)，教學中教師要抓住學生的好奇心理，引導學生采用協(xié)作學習、小組討論等方式，探討研究機器人的滅火步驟。對于滅火的方式，實驗室的機器人和仿真實驗中的機器人滅火方式基本相同，都是用風扇的風把蠟燭火焰熄滅。這點與現(xiàn)實生活中的滅火方式不同，學生可能會提出異議，但是在實驗室通過噴水進行滅火在機器人裝備上有些困難：一方面，機器人是電子元件，內(nèi)有電池和電路板等，這些都是怕水的；另一方面，用液體進行噴射這一物理器件制作與控制都比較麻煩。因此，通常都用風扇的風熄滅蠟燭火焰。4.消防滅火機器人程序設(shè)計思路（1）實踐活動。設(shè)計程序是綜合運用“左（右）手規(guī)則”算法與“亮度檢測”模塊的研究探索，機器人不僅要進行“左（右）手規(guī)則”沿墻邊走，還要在發(fā)現(xiàn)火源并且接近火源時，停止運動，啟動機器人的電機3撲滅火源。如果機器人能正常完成任務(wù)，表示程序設(shè)計和調(diào)試成功。（2）練習提升。練習提升第1題用的場地圖，是VJC1.5系統(tǒng)自帶的標準滅火場地，這一場地是根據(jù)早些年的真實機器人滅火比賽實際場地而制作的仿真場地。本題在程序算法上，要求學生用“右手規(guī)則”設(shè)計程序。找到火源時，用風扇吹滅蠟燭的火焰，發(fā)現(xiàn)火源可用“亮度檢測”模塊實現(xiàn)。在設(shè)計程序的難度上比練習提升第2題要容易得多?！熬毩曁嵘钡?題的程序是教材所有章節(jié)最難的一個。設(shè)計程序時，既要用到“左手規(guī)則”沿墻走，又要在行走過程中去感知火源，當機器人感知到火源時，進行追光接近火源。題目還要求找到火源時，機器人要先停止運動，再啟動電機3撲滅火源。這些條件的限定，對學生來說是具有挑戰(zhàn)性的。四、實踐活動指導加載如圖4-6-2所示的“機器人滅火場地”，圖中共有六個房間，其中有一個房間發(fā)生了火災(zāi)，以燃燒的蠟燭表示著火點，白色圓形圖帶處是消防車位置。運用“左手規(guī)則”設(shè)計程序，讓機器人從白色圓形圖帶的起始點出發(fā)，沿墻壁行走，發(fā)現(xiàn)火源后啟動擴展電機把燃燒的蠟燭熄滅，但不允許碰倒蠟燭。解析：本“實踐活動”的場地是根據(jù)真實機器人滅火比賽場地改進而來的，真實機器人滅火比賽的標準場地是四個房間，本實踐活動擴充到六個房間，但是在算法上是完全相同的。在設(shè)計程序時，注意要讓機器人距蠟燭一定的距離時啟動電機3吹滅火焰，而不能讓機器人去撞倒蠟燭。實現(xiàn)這一動作可利用亮度傳感器，當感知到光線達到一定強度時（距離蠟燭比較近了），停止運動，啟動滅火風扇，并延長動作一定時間。五、練習提升參考答案第1題：加載“標準滅火場地”，如圖4-6-3所示。進入仿真環(huán)境，讓機器人從白色圓形圖帶的起始點出發(fā)，用“右手規(guī)則”尋找火源，找到火源后，機器人停止運動，啟動擴展電機熄滅蠟燭，完成滅火任務(wù)。解析：參考流程圖程序如圖4.6.1所示。圖4.6.1“練習提升”第1題流程圖程序參考JC語言代碼參考程序如下。第2題：在如圖4-6-4所示的場地中發(fā)生了火災(zāi)，火災(zāi)所處位置用燃燒的蠟燭表示。設(shè)計程序完成消防滅火任務(wù)，把機器人放在白色圓形圖帶處，讓機器人根據(jù)“左手規(guī)則”去尋找火源，當發(fā)現(xiàn)火源時靠近火源（追光），接近火源時機器人停止運動，啟動擴展電機，熄滅蠟燭表示滅火成功。解析：參考流程圖程序如圖4.6.2所示。圖4.6.2“練習提升”第2題流程圖程序參考JC語言代碼程序如下。六、教師知識延伸1.智能消防滅火機器人智能消防滅火機器人是特種機器人的一種，在滅火和搶險救援中發(fā)揮著舉足輕重的作用。消防滅火機器人適用于石油化工、油罐區(qū)、大型倉庫、小型森林火災(zāi)等大面積場所的A、B類火災(zāi)以及有毒氣體、液體泄漏的稀釋和冷卻，適用于消防隊員無法靠近的滅火救援場所。我國消防滅火機器人發(fā)展簡史。面對無情的火災(zāi)，應(yīng)急管理部上海消防研究所、上海交通大學、上海市消防局共同制定了研制消防機器人的計劃。經(jīng)過3年的研究，于2001年研究生產(chǎn)出中國第一臺消防機器人，這是由國家科學技術(shù)委員會正式立項的國家“863”高科技研究發(fā)展項目——“消防機器人”研究課題，在公安部上海消防科學研究所通過專家組驗收。這款消防機器人可以行走、爬坡、跨障、噴射滅火，可以進行火場偵察。2.智能滅火機器人通常所說的智能滅火機器人主要指實驗室或?qū)W校創(chuàng)客空間教學用的機器人。它是由控制器、