給機器人裝眼睛

給機器人裝“眼睛”——看物體》教學設(shè)計深圳市龍崗區(qū)平湖中心小學胡玉珍一、教材分析《給機器人裝“眼睛”——看物體》是深圳版《信息技術(shù)》五年級上冊第二單元《機器人開始行動》的第一課。在前一個單元，學生了解了人類智能與人工智能的區(qū)別與聯(lián)系，學習了用諾寶器材如何拼裝一個簡單的機器人，理解了機器人的思維流程，掌握了簡單的編程。本課起到承上啟下的作用，要求學生認識紅外避障傳感器的組成及其工作原理，學習在程序中如何應(yīng)用紅外避障傳感器，掌握用流程控制模塊庫中的條件判斷循環(huán)模塊編寫程序的方法，能夠在仿真界面中設(shè)置仿真環(huán)境并測試機器人程序?；緦Ρ菊n核心內(nèi)容的認真研究與分析，本課教學重點和難點圍繞設(shè)計機器人避開障礙物的程序而展開。教材在內(nèi)容設(shè)置順序上，先是了解紅外避障傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理，接著為機器人設(shè)計避障程序，最后在仿真環(huán)境中測試程序。我在權(quán)衡了教學內(nèi)容的主次后，把本課的重點放在程序流程圖的設(shè)計與仿真障礙物環(huán)境設(shè)置兩個方面，簡單處理紅外避障傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。二、學情分析五年級的學生在第一個單元的學習中已經(jīng)對諾寶機器人的硬件和軟件有了初步認識。他們通過拼裝簡單的輪式行走機器人，認識了紅外避障傳感器、電機、主控盒等部件，也了解了機器人的工作原理——傳感器接收到的信號，傳給微電腦，微電腦經(jīng)過分析、判斷，發(fā)出指令，指揮機器人完成相應(yīng)的任務(wù)；他們通過編寫機器人畫圖的簡單程序，熟悉了諾寶RC軟件的操作使用，知道如何添加模塊、設(shè)置模塊屬性以及在仿真界面讓機器人行走起來；他們通過對智能機器人一段時間的學習，養(yǎng)成了閱讀課本、交流體會的習慣，學會了參照教材編寫的操作流程在計算機上完成程序的設(shè)計。三、教學目標（一）知識與技能1．了解紅外避障傳感器的組成、工作原理；2．學會在程序中應(yīng)用紅外避障傳感器；3．學會用流程控制模塊中的條件判斷模塊編寫程序；4．學會在仿真界面中設(shè)置具有障礙物的仿真環(huán)境。（二）過程與方法1．視頻貫穿教學的幾個重要環(huán)節(jié)，幫助學生理解概念、創(chuàng)設(shè)深入探究的情境。2．通過教師演示、引導，讓學生知道紅外避障傳感器的組成及工作原理；3．通過自主學習、師生共同探究，讓學生正確設(shè)計紅外避障機器人的程序流程圖，理解參數(shù)設(shè)置的作用；4．通過教師演示、引導，讓學生學會在仿真平臺設(shè)置具有障礙物的仿真環(huán)境。（三）情感態(tài)度與價值觀仿真平臺測試避障機器人的趣味激發(fā)學生的學習熱情；程序設(shè)計的邏輯思維逐漸養(yǎng)成。四、教學重點1.學會避障程序流程圖的編寫，理解參數(shù)設(shè)置的作用；2.創(chuàng)建有障礙物的仿真環(huán)境。五、教學難點條件判斷模塊的參數(shù)設(shè)置及其作用；設(shè)置合理的有障礙物的仿真環(huán)境。六、教學關(guān)鍵條件判斷模塊的學習，采取學生自主學習與老師巧妙的引導及板書相結(jié)合的辦法，理解參數(shù)設(shè)置的作用；仿真障礙物設(shè)置時，老師先演示避障環(huán)境的設(shè)置，再讓學生設(shè)置，測試。教師不斷巡視，展示學生出現(xiàn)的一些不合理設(shè)置，從而讓學生設(shè)置出合理的障礙物環(huán)境。七、教學準備教師準備：諾寶機器人一個，視頻三個，教學PPT，板書紙塊。學生準備：課前預習第6課八、教學過程環(huán)節(jié)一：課堂導入PPT出示兩張機器人圖片:問題1：讓學生觀察甲乙兩個機器人有什么不同并交流。問題2：現(xiàn)在甲、乙兩個機器人，在走廊的通道上行走。請同學們仔細觀察，它們行走時有什么特點？為什么？視頻1：（機器人巡邏——甲乙兩機器人，甲沒裝紅外避障傳感器，乙有裝。在巡邏時，甲橫沖直闖，四處碰壁；乙卻能夠自由行走，不會撞到墻壁。）學生交流，說出自己認為合理的答案。教師小結(jié)（機器人裝了眼睛才能看見物體），引出課題。（教師板書：第6課給機器人裝“眼睛”——看物體）。環(huán)節(jié)二：紅外避障的組成及工作原理1．紅外避障的組成。PPT出示乙機器人。教師引導：乙機器人的前方安裝的“眼睛”是紅外避障傳感器（如圖）。關(guān)于紅外避障傳感器的介紹，請同學們仔細閱讀P20-P21頁的內(nèi)容，并完成下面的填空題：PPT出示：紅外避障傳感器相當于機器人的 。它是由 和 組成，主要功能是 。學生閱讀之后進行交流。2、紅外避障的工作原理。教師引導：猜猜哪只代表發(fā)射管，哪只代表接收管？

學生交流。教師PPT演示并講解：紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光，遇到物體反射給接收管，接收管把這個信息轉(zhuǎn)為電信號傳給微電腦，微電腦接收到信號后就開始工作了，首先判斷前方有物體，并根據(jù)這個信息進行思考，然后準確地判斷物體所在的位置，指揮機器人在行走當中巧妙地避開物體。一紅外接收管紅外發(fā)射管環(huán)節(jié)三：編寫機器人避障程序1．PPT出示甲機器人。問題3：甲機器人因為沒安裝紅外避障所以會撞墻?，F(xiàn)在我給它安裝一個紅外避障傳感器，看看它的行走情況。視頻2：甲裝上紅外避障，但是在巡邏當中還是碰撞到墻壁。學生交流。老師幫助學生分析其中的原因：紅外避障只負責把信息傳給微電腦，微電腦能不能象人的大腦一樣進行思考判斷，還必須要給它編寫程序才能發(fā)揮作用。（讀：編寫程序才能讓機器人的“大腦“一樣發(fā)揮作用）2．自主學習PPT出示：今天，我們的任務(wù)就是給“甲機器人”編寫程序，讓它在行走當中巧妙地避開前方的的物體，能夠自由地在走廊通道里行走。教師說明學習的要求：仔細閱讀P21-22，認真操作每一個步驟，添加模塊，正確地設(shè)置每個模塊的參數(shù)。同桌之間可以互相討論和幫助。教師課堂巡查，目測學生在學習中的操作進度和存在的問題，及時幫助偏離學習任務(wù)的學生把注意力轉(zhuǎn)移到學習中來。師生探究程序的流程圖。

問題4：同學們添加的第一個模塊是什么？有什么作用？學生發(fā)表自己的見解——添加永久循環(huán)模塊，實現(xiàn)無限重復的智能目標（如下圖）（教師板書：永久循環(huán)）?塞餌??塞餌?拮束實現(xiàn)無限重復的智能目標問題5：第二個模塊是什么？有什么作用？同上，——紅外避障傳感器，讓它看見物體（如下圖）。教師板書：紅外避障）教師引導學生雙擊設(shè)置參數(shù)（如下圖），并幫且學生分析：變量表示安裝的位置，紅外避障變量1表示安裝在前面，變量2表示左邊，變量3表示右邊，變量4表示后面；端口表示與微電腦的連接。問題6：第三模塊是什么？什么作用？

同上，——條件判斷模塊，判斷傳感器是否有信號。（教師板書：條件判斷）教師演示：雙擊條件判斷模塊（如下圖），添加“紅外避障變量1==1”，讀作：紅外避障變量1等于等于1。教師板書：紅外避障變量1==1教師板書：紅外避障變量1==1）教師再次指導學生正確添加表達式，鼓勵同桌互相檢查。問題7：紅外避障變量1==1，表示什么意思？引導學生理解：“紅外避障變量1”表示安裝在前面的紅外避障傳感器，==1表示有信號連起來就是前面的紅外避障傳感器有信號（如下圖）。判斷傳感器是否有信號＞紅外避障變量1==1表示前紅外避障傳感器有信號教師引導：紅外避障傳感器把從外面接收到的信號傳給微電腦，微電腦經(jīng)過分析、判斷之后，要發(fā)出指令。指令包含兩種情況：一是前方有物體要指揮機器人轉(zhuǎn)向避開；一種是前方?jīng)]有物體要指揮機器人直行。

問題8：轉(zhuǎn)向模塊添加哪一側(cè)？高速電機呢？學生交流（如下圖）。（教師板書：轉(zhuǎn)向、高速電機）教師演示分析：條件判斷有兩個分支，“是”表示紅外避障傳感器的前方有物體，機器人應(yīng)該發(fā)出轉(zhuǎn)彎的指令。所以在分支左側(cè)添加“轉(zhuǎn)向”模塊，雙擊并設(shè)置參數(shù)（如下圖）1 菸訪i束廬： 10-100(■"'伽諂啟冷；90停上-幃用託至<7轉(zhuǎn)動速度為10，表示最大速度向右轉(zhuǎn)彎。拖動滑塊可以改變轉(zhuǎn)彎的方向，觀察左轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)動速度的變化?！胺瘛狈种В硎炯t外避障傳感器的前方?jīng)]有物體，機器人要發(fā)出一直前進的指令。所

以在分支的右側(cè)添加“高速電機”模塊。雙擊并設(shè)置參數(shù)：左右電機的轉(zhuǎn)速如果都為10，表示全速前進，以最快的速度完成任務(wù)，也可以設(shè)置小一點，讓機器人走得慢一些（如下圖）。4．完善程序流程圖。教師巡查，學生互助。引導學生觀察黑板，說出老師板書的流程圖缺流程線，教師補充完整PPT展示下列圖示，鼓勵學生歸納“機器人避障程序”的設(shè)計思路。環(huán)節(jié)四：設(shè)置有障礙物的仿真環(huán)境教師引導：剛才設(shè)計的程序是否正確，我們要到仿真平臺進行測試。進入仿真界面口初試：在仿真界面，沒有添加障礙物。拖動機器人讓平臺上，觀察機器人行走情況。教師檢查學生運行程序的情況，統(tǒng)計存在的問題。教師演示并指導：如果機器人一直往前走，符合我們設(shè)計的意圖（前方?jīng)]發(fā)現(xiàn)物體就直

走），說明程序設(shè)置沒有錯誤；如果運行進出現(xiàn)下圖所示，說明條件判斷模塊參數(shù)設(shè)置不正確。返回到主界面，修改條件判斷的表達式。設(shè)置障礙物環(huán)境：教師演示并指導學生添加障礙物學生編輯障礙物時，會出現(xiàn)一些不合理的設(shè)置，教師通過演示幫助學生修改障礙物,如：右擊停止添加、右擊編輯顏色大小位置、刪除障礙物等。測試機器人能否避開障礙物。編譯下載視頻3：程序下載到甲機器人，機器人行走時能巧妙地避開物體行走。測試拓展：教師引導：在設(shè)置障礙物環(huán)境時，有部分同學把環(huán)境設(shè)置得像迷宮一樣（如圖），但機器人卻只能在一個狹小的范圍里行走，顯得環(huán)境多余、不合理。怎樣才能讓機器人在復雜的迷宮里自由行走呢？指導學生返回主界面修改流程圖。

教師演示程序修改過程，學生操作：第一個修改：轉(zhuǎn)向模塊（轉(zhuǎn)動速度慢一些，轉(zhuǎn)動角度改小一些，右側(cè)行走）第二個修改：高速電機（不要直行，行走速度減慢，朝著左側(cè)方向行走）測試機器人行走情況：九、板書設(shè)計十、教學反思從興趣入手，充分調(diào)動學生學習的主動性和積極性，在課堂學習中，學生的注意力高度集中，思維異常活躍，求知欲異常強烈，創(chuàng)造思維活動得以啟動運行，是小學信息技術(shù)教學活動的核心思想?！督o機器人裝“眼睛”一一看物體》是讓學生通過學習，能夠正確地編寫“機器人避障”的程序，能夠為機器人設(shè)置障礙物環(huán)境，讓機器人順利地在此環(huán)境自由地行走。單單從教材內(nèi)容的編排上看，五年級學生面對四個頁面密密麻麻的文字敘述，很難對它的學習產(chǎn)生興趣，相反還容易產(chǎn)生厭煩情緒。因此，為了讓學生對機器人編寫學習有一個好的開始，我花了不少心思對本課內(nèi)容進行了全方位的閱讀、理解、推敲，最后從以下幾方面著手進行教學設(shè)計：一、趣味導入，動靜結(jié)合，激發(fā)學生的直接學習興趣。在本課學習之前，學生對機器人的了解，僅僅局限于老師在課堂上出示的圖片、實物，接觸得最深入的一次莫過于在實驗室組裝了一臺滅火機器人，但是它不能動起來。本節(jié)課需要做怎樣的改變才能深深地吸引住學生注意力，產(chǎn)生非學好不可的念頭？按課本的提示，可以選兩名學生做游戲，一個蒙上眼睛，一個不蒙眼睛。但是這樣做很容易讓其他學生的注意力轉(zhuǎn)移到誰來做游戲的問題上，而忽略游戲本身是想引出眼睛才看得見東西。另外，從學生的游戲過渡到機器人也要裝眼睛才看得見物體，還需要其他形式的展示才能巧妙地聯(lián)系起來，這樣做不能即時切入主題，學生也很難地把兩個情境聯(lián)系在一起，既浪費了時間，也吸引不了全體學生。經(jīng)過反復斟酌，決定用真實的紅外避障機器人來吸引大家。但是機器人以何種方式出現(xiàn)？實物，在教師手里顯得太小，不能讓每個人都看得清；圖片，PPT中播放，再廣播到學生機，清晰，每個學生都能看得清楚。課的開始，就出示兩張機器人圖片（甲和乙），讓學生直觀地感受兩者之間的區(qū)別。通過觀察體驗，學生開始對“紅外避障傳感器”（在學習之前學生還不知道這個部件就是紅外）產(chǎn)生了求知欲，它到底能讓機器人干什么？這個時候如果切入到機器人的學習，恐怕學生會大失所望。于是我用心地拍了一段視頻，學生在觀看視頻中進一步明白了機器人也要裝眼睛才可以看見物體，從而自然地引出課題，也調(diào)動學生的學習情緒。二、 閱讀教材，有的放矢，培養(yǎng)學生自主探究的習慣。本節(jié)課有兩個環(huán)節(jié)需要學生獨立去閱讀。一是關(guān)于紅外避障的學習，教師把重要的文字描述以填空的形式展示在PPT中，通過閱讀比賽等形式激發(fā)學生快速閱讀，集中精力去找到準確的答案，做到針對性強，有的放矢。二是關(guān)于程序編寫這一部分，教師讓學生在電腦上親自操作，學會按課本上的操作流程獨立去完成程序的設(shè)計，這一部分教師不做任何提示和指導，只是監(jiān)督他們把精力放在課本的閱讀理解上。在學生完成這一系列的任務(wù)過程中，教師逐漸體會到學生完全有能力自己學習，教師只需要提供一個探究的學習環(huán)境。三、 啟發(fā)思維，張揚個性，提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。機器人避障的流程圖編寫是本節(jié)課的重點。學生通過自主學習基本上可以完成框架的搭建，甚至有些學生還可以正確地設(shè)置條件判斷、高速電機的參數(shù)，但是我們要求學生學習程序編寫真正目的不僅是會搭框架，還要理解每個模塊的作用，整個流程圖的設(shè)計思路，也就是常言道“知其然，還知其所以然”，從而讓學生的思維在這個過程中得到訓練。障障物仿真環(huán)境的設(shè)置，是程序設(shè)計的一個延伸，也是創(chuàng)新意思和創(chuàng)新能力展示的重要環(huán)節(jié)。程序的正確性是唯一的，但是仿真環(huán)境的設(shè)置卻可以多樣化，主要體現(xiàn)在：物體的顏色、大小、形狀、物體多少及位置的復雜性（自由設(shè)置）。有的學生障礙物設(shè)置得比較簡單，所以機器人的行走基本上能滿足程體序的要求；有的學生設(shè)置得很復雜，其中有些設(shè)置是不合理的，比如滿屏都是物體，機器人沒有立足之地，有些設(shè)置合理，但機器人只在小范圍內(nèi)行走，顯得其他環(huán)境有些浪費。不管是那種設(shè)置，都是學生思考和操作的結(jié)晶，都值得肯定和表揚。當學生的各種狀況集中出現(xiàn)時，教師要發(fā)揮廣播的力量，即時幫助學生解決問題：簡單了些，可以再復雜點；復雜了，不合理，刪除部分物體;復雜了，合理，像迷宮，要讓機器人到處走，程序要做適當修改。修改程序把學生求知的欲望提升到一個高度，因為他們很急于想看到機器人在迷宮里自由行走。四、 循循善誘，言簡意賅，讓學