第2單元第9課《循線而走-地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人的循線行走》-教學(xué)設(shè)計(jì)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9課《循線而走--地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人的循線行走》-教學(xué)設(shè)計(jì)2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容為《循線而走--地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人的循線行走》。內(nèi)容涉及地面?zhèn)鞲衅鞯脑?、循線行走算法以及機(jī)器人循線行走的應(yīng)用。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：本節(jié)課與課本第2單元第9課相關(guān)，要求學(xué)生掌握地面?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ髟?，了解循線行走算法，并能將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于機(jī)器人循線行走的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。學(xué)生將通過學(xué)習(xí)地面?zhèn)鞲衅髟砗蜋C(jī)器人循線行走算法，提升對信息技術(shù)應(yīng)用的理解和創(chuàng)新能力，同時(shí)培養(yǎng)在問題解決過程中對數(shù)據(jù)處理的敏感性和算法設(shè)計(jì)的邏輯思維能力。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：

1.地面?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ髟恚豪斫饧t外傳感器、顏色傳感器等的工作機(jī)制，以及它們在循線中的應(yīng)用。

2.循線行走算法的設(shè)計(jì)：掌握基本算法的編寫，能夠根據(jù)傳感器反饋調(diào)整機(jī)器人的行走路徑。

難點(diǎn)：

1.傳感器數(shù)據(jù)解讀：學(xué)生可能難以準(zhǔn)確解讀傳感器輸出數(shù)據(jù)，影響循線準(zhǔn)確性。

2.算法優(yōu)化：在復(fù)雜環(huán)境中，如何優(yōu)化算法以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的循線行走。

解決辦法：

1.通過實(shí)驗(yàn)演示和小組討論，幫助學(xué)生直觀理解傳感器工作原理。

2.設(shè)計(jì)逐步遞進(jìn)的練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生逐步優(yōu)化算法，并提供反饋，幫助學(xué)生突破難點(diǎn)。教學(xué)資源-軟硬件資源：地面?zhèn)鞲衅髂K、機(jī)器人平臺(tái)、計(jì)算機(jī)、編程軟件（如Scratch、Python等）

-課程平臺(tái)：班級學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、在線教學(xué)平臺(tái)

-信息化資源：機(jī)器人循線行走相關(guān)教學(xué)視頻、傳感器原理動(dòng)畫演示

-教學(xué)手段：實(shí)物演示、小組合作學(xué)習(xí)、編程實(shí)踐操作教學(xué)過程設(shè)計(jì)一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）

1.創(chuàng)設(shè)情境：播放一段機(jī)器人循線行走的視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡和傳感器的應(yīng)用。

2.提出問題：機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)循線行走？傳感器在其中起到什么作用？

3.引導(dǎo)學(xué)生思考：如果我們自己設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人，如何讓它按照設(shè)定的路徑行走？

4.學(xué)生自由討論，教師總結(jié)并引入新課。

二、講授新課（20分鐘）

1.地面?zhèn)鞲衅髟恚?0分鐘）

-介紹紅外傳感器、顏色傳感器等常見地面?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ髟怼?/p>

-通過實(shí)物演示或動(dòng)畫展示傳感器如何感知地面信息。

-學(xué)生跟隨教師操作傳感器，觀察傳感器輸出。

2.循線行走算法設(shè)計(jì)（10分鐘）

-講解基本循線行走算法，如閾值算法、顏色匹配算法等。

-通過示例代碼演示算法的實(shí)現(xiàn)過程。

-學(xué)生分組討論，嘗試編寫簡單的循線行走程序。

三、鞏固練習(xí)（10分鐘）

1.學(xué)生分組，根據(jù)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)簡單的循線行走實(shí)驗(yàn)。

2.各組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師點(diǎn)評并指導(dǎo)。

3.學(xué)生嘗試優(yōu)化算法，提高循線行走的準(zhǔn)確性。

四、課堂提問（5分鐘）

1.教師提問：傳感器在循線行走中可能遇到哪些問題？如何解決？

2.學(xué)生回答問題，教師總結(jié)并強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)。

五、師生互動(dòng)環(huán)節(jié)（5分鐘）

1.教師引導(dǎo)學(xué)生分析傳感器輸出數(shù)據(jù)，討論如何提高循線準(zhǔn)確性。

2.學(xué)生提出自己的想法，教師進(jìn)行點(diǎn)評和指導(dǎo)。

六、核心素養(yǎng)拓展（5分鐘）

1.教師引導(dǎo)學(xué)生思考：如何將循線行走算法應(yīng)用于實(shí)際問題？

2.學(xué)生分組討論，設(shè)計(jì)一個(gè)基于循線行走的實(shí)際應(yīng)用案例。

七、總結(jié)與作業(yè)（5分鐘）

1.教師總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)難點(diǎn)。

2.布置作業(yè)：設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的循線行走機(jī)器人，并嘗試優(yōu)化算法。

教學(xué)時(shí)間：45分鐘

備注：在教學(xué)過程中，教師應(yīng)密切關(guān)注學(xué)生參與情況，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。學(xué)生學(xué)習(xí)效果六、學(xué)生學(xué)習(xí)效果

1.知識(shí)掌握：

-學(xué)生能夠理解并描述地面?zhèn)鞲衅鞯念愋秃凸ぷ髟?，如紅外傳感器、顏色傳感器等。

-學(xué)生能夠識(shí)別并解釋循線行走算法的基本概念，如閾值算法、顏色匹配算法等。

-學(xué)生能夠編寫簡單的循線行走程序，實(shí)現(xiàn)基本的循線功能。

2.技能提升：

-學(xué)生通過編程實(shí)踐，提高了邏輯思維能力和算法設(shè)計(jì)能力。

-學(xué)生學(xué)會(huì)了如何通過傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)器人行走路徑，增強(qiáng)了問題解決能力。

-學(xué)生通過小組合作，學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作和溝通技巧。

3.實(shí)踐應(yīng)用：

-學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中，如設(shè)計(jì)簡單的循線機(jī)器人。

-學(xué)生通過優(yōu)化算法，提高了機(jī)器人循線行走的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

-學(xué)生能夠根據(jù)不同環(huán)境和需求，調(diào)整和改進(jìn)循線行走程序。

4.信息意識(shí)：

-學(xué)生增強(qiáng)了信息意識(shí)，認(rèn)識(shí)到傳感器技術(shù)在現(xiàn)代生活中的重要性。

-學(xué)生了解了循線行走算法在自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用，拓寬了視野。

5.創(chuàng)新思維：

-學(xué)生在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)循線行走程序的過程中，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維。

-學(xué)生能夠提出改進(jìn)建議，嘗試不同的算法和傳感器配置。

6.綜合能力：

-學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，提升了信息技術(shù)綜合應(yīng)用能力。

-學(xué)生能夠在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。

7.核心素養(yǎng)：

-學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中，培養(yǎng)了信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。

-學(xué)生學(xué)會(huì)了將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，提高了終身學(xué)習(xí)的意識(shí)。作業(yè)布置與反饋?zhàn)鳂I(yè)布置：

1.完成以下編程任務(wù)：

-設(shè)計(jì)一個(gè)循線行走機(jī)器人，使用顏色傳感器實(shí)現(xiàn)循線功能。

-編寫程序，使機(jī)器人在遇到障礙物時(shí)能夠停止或改變方向。

-實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的基本循線功能后，嘗試加入自動(dòng)調(diào)整循線速度的功能。

2.設(shè)計(jì)一個(gè)循線行走實(shí)驗(yàn)方案：

-描述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮皖A(yù)期結(jié)果。

-列出所需的材料和設(shè)備。

-詳細(xì)說明實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理方法。

3.撰寫一份簡短的報(bào)告：

-總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)過程中的發(fā)現(xiàn)和問題。

-分析可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差的因素。

-提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的建議。

作業(yè)反饋：

1.作業(yè)批改：

-教師應(yīng)在學(xué)生提交作業(yè)后的第一時(shí)間進(jìn)行批改，確保作業(yè)反饋的及時(shí)性。

-對作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行全面檢查，包括代碼的正確性、實(shí)驗(yàn)方案的完整性、報(bào)告的準(zhǔn)確性等。

2.反饋內(nèi)容：

-指出學(xué)生作業(yè)中的錯(cuò)誤，并解釋錯(cuò)誤的原因。

-對于作業(yè)中的亮點(diǎn)和創(chuàng)意，給予肯定和鼓勵(lì)。

-提出改進(jìn)建議，指導(dǎo)學(xué)生如何修正錯(cuò)誤和提高作業(yè)質(zhì)量。

3.反饋方式：

-通過班級學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)或作業(yè)提交平臺(tái)，直接將批改后的作業(yè)反饋給學(xué)生。

-課堂上進(jìn)行集體反饋，針對共性問題進(jìn)行講解和解答。

-個(gè)性化反饋，對于需要特別指導(dǎo)的學(xué)生，進(jìn)行一對一的溝通和輔導(dǎo)。

4.反饋效果：

-通過作業(yè)反饋，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，提高編程和實(shí)驗(yàn)技能。

-促進(jìn)學(xué)生自我反思，激發(fā)學(xué)生對問題的深入思考。

-增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自我學(xué)習(xí)能力。

作業(yè)提交時(shí)間：課后一周內(nèi)

作業(yè)反饋時(shí)間：課后兩周內(nèi)典型例題講解1.例題：使用紅外傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)循線機(jī)器人，要求機(jī)器人在遇到黑色區(qū)域時(shí)停止前進(jìn)。

解答：

-確定紅外傳感器的安裝位置，通常在機(jī)器人的底部。

-編寫程序，當(dāng)紅外傳感器檢測到黑色區(qū)域時(shí)，輸出一個(gè)停止信號(hào)。

-代碼示例（假設(shè)使用Scratch編程）：

```

當(dāng)紅外傳感器檢測到黑色區(qū)域時(shí)

執(zhí)行停止動(dòng)作

```

2.例題：使用顏色傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)循線機(jī)器人，要求機(jī)器人在遇到藍(lán)色區(qū)域時(shí)改變方向。

解答：

-確定顏色傳感器的安裝位置，通常在機(jī)器人的側(cè)面。

-編寫程序，當(dāng)顏色傳感器檢測到藍(lán)色區(qū)域時(shí)，輸出一個(gè)改變方向的信號(hào)。

-代碼示例（假設(shè)使用Python編程）：

```

if顏色傳感器檢測到藍(lán)色：

改變方向向左轉(zhuǎn)

```

3.例題：設(shè)計(jì)一個(gè)循線機(jī)器人，要求機(jī)器人在遇到障礙物時(shí)減速并繞過障礙物。

解答：

-使用紅外傳感器或顏色傳感器檢測障礙物。

-當(dāng)檢測到障礙物時(shí)，降低機(jī)器人的速度。

-使用傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，使其繞過障礙物。

-代碼示例（假設(shè)使用Arduino編程）：

```

if障礙物檢測到：

減速

根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整方向

```

4.例題：設(shè)計(jì)一個(gè)循線機(jī)器人，要求機(jī)器人在循線過程中保持一定的速度。

解答：

-使用傳感器檢測地面顏色或線條。

-根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)器人的速度，使其保持恒定。

-代碼示例（假設(shè)使用Scratch編程）：

```

當(dāng)傳感器檢測到地面顏色或線條時(shí)

調(diào)整速度為恒定值

```

5.例題：設(shè)計(jì)一個(gè)循線機(jī)器人，要求機(jī)器人在循線過程中遇到多個(gè)障礙物時(shí)，能夠優(yōu)先繞過較大的障礙物。

解答：

-使用多個(gè)傳感器檢測不同方向的障礙物。

-根據(jù)障礙物的大小和距離，確定優(yōu)先繞過的障礙物。

-編寫程序，使機(jī)器人優(yōu)先繞過較大的障礙物。

-代碼示例（假設(shè)使用Python編程）：

```

if檢測到障礙物且障礙物較大：

繞過較大障礙物

elseif檢測到障礙物：

繞過較小障礙物

else：

繼續(xù)循線

```教學(xué)反思今天這節(jié)課，我覺得挺有收獲的。咱們這節(jié)課的主題是《循線而走--地面?zhèn)鞲衅骱蜋C(jī)器人的循線行走》。我覺得，這節(jié)課對于我們九年級的信息技術(shù)課程來說，還是挺有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樯婕暗骄幊毯蛡鞲衅髟磉@兩個(gè)方面。

首先啊，我覺得在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，我通過播放機(jī)器人循線行走的視頻，還是挺能吸引學(xué)生的注意力的。學(xué)生們都挺興奮的，能看出他們對這個(gè)話題挺感興趣的。但是，我也注意到，有些學(xué)生對于循線行走這個(gè)概念還是有點(diǎn)模糊，所以我在提問環(huán)節(jié)多花了一點(diǎn)時(shí)間，幫他們梳理了這個(gè)概念。

然后，在講授新課的時(shí)候，我盡量把傳感器的工作原理和循線行走算法講得簡單明了。我發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我在黑板上用簡單的流程圖展示算法時(shí)，學(xué)生們更容易理解。不過，我也意識(shí)到，有些學(xué)生可能還是不太能跟上我的思路，所以在講解過程中，我盡量多和學(xué)生互動(dòng)，讓他們參與到課堂中來。

在鞏固練習(xí)環(huán)節(jié)，我布置了一些實(shí)際問題，讓學(xué)生們分組討論和嘗試解決。這個(gè)環(huán)節(jié)我覺得挺有效的，因?yàn)橥ㄟ^實(shí)踐，學(xué)生們能夠更好地理解理論知識(shí)。不過，我發(fā)現(xiàn)有些小組在討論的時(shí)候，不太注重分工合作，所以我提醒他們在接下來的學(xué)習(xí)中要注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

課堂提問環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生們對于傳感器數(shù)據(jù)解讀和算法優(yōu)化這兩個(gè)問題比較感興趣。他們在回答問題的時(shí)候，也展現(xiàn)出了自己的思考。不過，我也發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生對于問題的理解還不夠深入，所以在接下來的教學(xué)中，我可能會(huì)更多地引導(dǎo)學(xué)生去思考問題的本質(zhì)。

比如說，在講解傳感器原理的時(shí)候，我可以結(jié)合一些實(shí)際案例，讓學(xué)生們更直觀地理解。在鞏固練習(xí)環(huán)節(jié)，我可以設(shè)計(jì)一些更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，讓學(xué)有余力的學(xué)生有更多的發(fā)揮空間。另外，我在課堂上也可以更多地關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，針對不同