全國中小學信息技術(shù)課程教學大賽獲獎案例 機器人在線仿真平臺-循跡踢球

實用文檔iRobotQ3D機器人在線仿真平臺——循跡踢球一、教材分析iRobotQ3D是全球首款基于網(wǎng)絡(luò)的機器人教育和創(chuàng)新設(shè)計平臺。前期，介紹了蘿卜圈仿真平臺的界面、四輪小車基礎(chǔ)機器人搭建的方法以及前進、后退、轉(zhuǎn)彎等程序的簡易編寫。本節(jié)課在圖形化線性編程的基礎(chǔ)上開始學習循環(huán)、if條件判斷結(jié)構(gòu)——循跡踢球。通過掌握循環(huán)模塊，理解分支結(jié)構(gòu)，了解如何決策，開始嘗試循環(huán)和判斷，在體會不同模塊的同時為以后的學習做鋪墊。二、學生分析（一）認知水平：本班為初一年級學生，善于創(chuàng)新性的事物，欠缺邏輯思維能力和分析能力。（二）知識技能水平：前期，學生了解了圖形化編程，認識了多驅(qū)動直流電機圖標和延時圖標，嘗試了四輪小車基礎(chǔ)機器人的搭建，上節(jié)課下課前，學生自主學習了if判斷結(jié)構(gòu)模塊。本節(jié)課，通過測試，發(fā)現(xiàn)學生自主學習中的問題，通過交流合作、教師引導，解決問題，系統(tǒng)化的理解循環(huán)模塊和條件判斷模塊，為后面的圖形化編程打下基礎(chǔ)。三、教學目標（一）知識與技能1.鞏固掌握循環(huán)模塊和if條件判斷模塊的使用；2.學習if條件判斷的嵌套使用；3.掌握機器人循跡前行的編程模式。（二）過程與方法通過在線仿真，發(fā)現(xiàn)圖形化編程的錯誤，在教師引導下，系統(tǒng)化的掌握編程的方法。（三）情感態(tài)度與價值觀通過循環(huán)模塊和if條件判斷模塊的編寫，提高學生思維邏輯能力和分析能力。四、教學重點if條件判斷的嵌套使用；掌握機器人循跡前行的編程模式。五、教學難點掌握機器人循跡前行的編程模式。六、教學準備1．四輪小車基礎(chǔ)機器人。2．眼罩一個。七、教學過程（一）情景創(chuàng)設(shè)，激發(fā)興趣師：同學們，大家平時都喜歡踢足球嗎？今天我們來比比看誰先踢到足球。設(shè)計我們的機器人沿著彎曲的黑線，從起始點一直行進到終點碰到足球為止，為了能讓機器人檢測到黑線的范圍，黑線兩邊是白色區(qū)域（任務描述如圖1-1），那么我們該如何來設(shè)計我們的機器人和程序呢？終點起點圖1-1任務場景圖終點起點圖1-1任務場景圖（二）師生合作，探究學習----總結(jié)出機器人循跡的方案師：讓機器人沿黑線行進，首先機器人必須能夠辨別黑線，那么機器人怎么來辨別黑線？大家可以考慮場景中黑線和白色區(qū)域的特點。生：自由回答。師：場景任務中黑線兩邊有白色區(qū)域，識別黑線當然是用灰度傳感器，只用一個灰度傳感器來辨別黑線行不行？生：自由回答。師：如果只用一個灰度傳感器，當機器人偏離黑線后，無法判斷是左偏還是右偏，所以應該要用一左一右二個灰度傳感器。教師呈現(xiàn)機器人實例如圖1-2，學生模仿給機器人左右安裝灰度傳感器。右灰度傳感器端口:32左灰度傳感器端口:31右灰度傳感器端口:32左灰度傳感器端口:31圖1-2機器人實例圖1-2機器人實例注意事項：有必要向?qū)W生解釋為什么左右兩個灰度傳感器之間寬度要稍大于黑線的寬度，而且還要裝在車頭的前方，這一切都是為了機器人提前預知黑線的變化，決策做出相應的運動。師：現(xiàn)在我們已經(jīng)給機器人裝上了“眼睛”一左一右兩個灰度傳感器，但這僅僅讓機器人能識別黑色和白色區(qū)域，那么大家再深入來考慮一下如何通過識別黑色和白色，讓機器人沿著黑線前進。生：自由回答。教師觀察學生的反應，如果大多數(shù)同學不能理解正確方案的話可以做個實驗來模擬一下。實驗規(guī)則：我們在地面畫一條彎曲的黑線，請一名同學戴上眼罩作為機器人，從黑線的起點出發(fā)，走向終點，再請二名學生分別作為機器人的左右灰度傳感器，當戴眼罩的同學要走到黑線的左邊，偏離黑線時，左邊的同學負責提醒走路同學太左了，應該要偏右走；當此同學要走到黑線的右邊，偏離黑線時，右邊的同學負責提醒太右邊，應該偏左走路；當此同學走在黑線上，沒有偏離時，則不用提醒，此同學可以放心向前直行。這樣戴眼罩的同學在左右同學的提醒下不斷修正自身的行進方向，完成行進的任務。師：同學們，通過上面的實驗，大家再探究一下機器人沿著黑線前進方案，來完成下表的填寫（情況不分先后）：左灰度傳感器右灰度傳感器機器人的位置如何運動圖例第一種情況檢測到了黑線沒有檢測到偏右偏左前進第二種情況沒有檢測到檢測到了黑線偏左偏右前進第三種情況沒有檢測到?jīng)]有檢測到中間前進（三）師生合作，分析討論——機器人循跡方案進行編程師：我們已經(jīng)歸納出了機器人沿黑線行進的方案，現(xiàn)在我們就要將該方案轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器人的思想——程序。首先把表格中的部分自然語句用機器人程序語句來表示。師生共同分析填寫行進方案表：左灰度傳感器右灰度傳感器機器人的位置如何運動圖例第一種情況檢測到了黑線沒有檢測到偏右偏左前進程序左灰度=0右灰度=198左電機10右電機-10第二種情況沒有檢測到檢測到了黑線偏左偏右前進程序左灰度=198右灰度=0左電機-10右電機10第三種情況沒有檢測到?jīng)]有檢測到中間前進程序左灰度=198右灰度=198左電機10右電機10從表格中分析，機器人根據(jù)左右灰度傳感器三個不同情況有三個不同的運動方案，是一個三選一的決策問題，我們曾經(jīng)用if條件判斷模塊來實現(xiàn)二選一的決策問題。所以我們今天要學習if條件判斷的嵌套使用實現(xiàn)三選一的決策問題。教師介紹if條件判斷的嵌套及使用方法，if條件判斷的嵌套就是一個if條件判斷作為另一個if條件判斷的出口模塊，具體操作就是在if條件判斷的出口再添加一個if條件判斷模塊。注意事項：if條件判斷的嵌套使用并不是太難，關(guān)鍵要讓學生學會決策條件分析，比如如果左灰度=0情況不成立時，還要分哪兩種可能情況，這兩種情況的決策條件又是什么。程序?qū)嵗鐖D1-3偏左行進直行偏右行進右灰度=0左灰度=0圖1-3程序樣例偏左行進直行偏右行進右灰度=0左灰度=0圖1-3程序樣例（四）自主探究，小組合作——編程教師將學生分成若干組，每組3人，小組合作根據(jù)上一環(huán)節(jié)總結(jié)出的編程思路進行實踐操作，教師巡視指導。注意事項：教師提醒學生在仿真運行調(diào)試時，由于灰度傳感器安裝的位置不一定一樣，以及多直流電機模塊設(shè)置的端口不一定一樣，那么程序中偏左和偏右時多直流電機模塊的參數(shù)設(shè)置也不一樣。（五）仿真練習，成果展示學生根據(jù)編寫好的程序進行仿真練習，將得到的任務分數(shù)（計算公式如圖1-4），上傳到教師機。教師根據(jù)任務分數(shù)以及教學巡查，展示部分有代表性的學生仿真。學生交流與評價，發(fā)揮主動性和參與性，在評價別人中學習，并且鞏固所學知識。圖1-4計算公式圖1-4計算公式（六）歸納總結(jié)，拓展延伸以提問的方式總結(jié)本節(jié)教學內(nèi)容，總結(jié)運用if條件判斷結(jié)構(gòu)解決實際問題的一般規(guī)律。問題拓展：if條件判斷如果先判斷右灰度，那么程序應該怎樣？(時間若有剩余，學生可自行修改程序)八、教學反思普通的教學程序設(shè)計，往往按部就班，學生覺得枯燥又乏味，積極性不高。將程序與虛擬機器人相互結(jié)合，在仿真的過程中直接反映出程序的準確與否，可以成功地調(diào)動學生學習的積極性，提升課堂參與度。本節(jié)課優(yōu)點：1.設(shè)計實驗探究，讓學生對程序有個初步的理解。2.小組合作學習，發(fā)揮學生學習主動性。3.板書一目了然，機器人構(gòu)造和程序都很清晰。不足：1.if條件判斷語句的嵌套理解2.左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的直流電機驅(qū)動設(shè)置九、板書設(shè)計機器人：名稱：直流電機_右前端口：3名稱：直流電機_右前端口：3反轉(zhuǎn)電機：不選名稱：直流電機_右前端口：4反轉(zhuǎn)電