全國中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)大賽獲獎(jiǎng)案例 機(jī)器人在線仿真平臺(tái)-循跡踢球

實(shí)用文檔iRobotQ3D機(jī)器人在線仿真平臺(tái)——循跡踢球一、教材分析iRobotQ3D是全球首款基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人教育和創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)。前期，介紹了蘿卜圈仿真平臺(tái)的界面、四輪小車基礎(chǔ)機(jī)器人搭建的方法以及前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等程序的簡(jiǎn)易編寫。本節(jié)課在圖形化線性編程的基礎(chǔ)上開始學(xué)習(xí)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(huì)不同模塊的同時(shí)為以后的學(xué)習(xí)做鋪墊。二、學(xué)生分析（一）認(rèn)知水平：本班為初一年級(jí)學(xué)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(shí)技能水平：前期，學(xué)生了解了圖形化編程，認(rèn)識(shí)了多驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)圖標(biāo)和延時(shí)圖標(biāo)，嘗試了四輪小車基礎(chǔ)機(jī)器人的搭建，上節(jié)課下課前，學(xué)生自主學(xué)習(xí)了if判斷結(jié)構(gòu)模塊。本節(jié)課，通過測(cè)試，發(fā)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)中的問題，通過交流合作、教師引導(dǎo)，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(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)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(xué)習(xí)if條件判斷的嵌套使用；3.掌握機(jī)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(cuò)誤，在教師引導(dǎo)下，系統(tǒng)化的掌握編程的方法。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀通過循環(huán)模塊和if條件判斷模塊的編寫，提高學(xué)生思維邏輯能力和分析能力。四、教學(xué)重點(diǎn)if條件判斷的嵌套使用；掌握機(jī)器人循跡前行的編程模式。五、教學(xué)難點(diǎn)掌握機(jī)器人循跡前行的編程模式。六、教學(xué)準(zhǔn)備1．四輪小車基礎(chǔ)機(jī)器人。2．眼罩一個(gè)。七、教學(xué)過程（一）情景創(chuàng)設(shè)，激發(fā)興趣師：同學(xué)們，大家平時(shí)都喜歡踢足球嗎？今天我們來比比看誰先踢到足球。設(shè)計(jì)我們的機(jī)器人沿著彎曲的黑線，從起始點(diǎn)一直行進(jìn)到終點(diǎn)碰到足球?yàn)橹?，為了能讓機(jī)器人檢測(cè)到黑線的范圍，黑線兩邊是白色區(qū)域（任務(wù)描述如圖1-1），那么我們?cè)撊绾蝸碓O(shè)計(jì)我們的機(jī)器人和程序呢？終點(diǎn)起點(diǎn)圖1-1任務(wù)場(chǎng)景圖終點(diǎn)起點(diǎn)圖1-1任務(wù)場(chǎng)景圖（二）師生合作，探究學(xué)習(xí)----總結(jié)出機(jī)器人循跡的方案師：讓機(jī)器人沿黑線行進(jìn)，首先機(jī)器人必須能夠辨別黑線，那么機(jī)器人怎么來辨別黑線？大家可以考慮場(chǎng)景中黑線和白色區(qū)域的特點(diǎn)。生：自由回答。師：場(chǎng)景任務(wù)中黑線兩邊有白色區(qū)域，識(shí)別黑線當(dāng)然是用灰度傳感器，只用一個(gè)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(gè)灰度傳感器，當(dāng)機(jī)器人偏離黑線后，無法判斷是左偏還是右偏，所以應(yīng)該要用一左一右二個(gè)灰度傳感器。教師呈現(xiàn)機(jī)器人實(shí)例如圖1-2，學(xué)生模仿給機(jī)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(jī)器人實(shí)例圖1-2機(jī)器人實(shí)例注意事項(xiàng)：有必要向?qū)W生解釋為什么左右兩個(gè)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(jī)器人提前預(yù)知黑線的變化，決策做出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。師：現(xiàn)在我們已經(jīng)給機(jī)器人裝上了“眼睛”一左一右兩個(gè)灰度傳感器，但這僅僅讓機(jī)器人能識(shí)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(shí)別黑色和白色，讓機(jī)器人沿著黑線前進(jìn)。生：自由回答。教師觀察學(xué)生的反應(yīng)，如果大多數(shù)同學(xué)不能理解正確方案的話可以做個(gè)實(shí)驗(yàn)來模擬一下。實(shí)驗(yàn)規(guī)則：我們?cè)诘孛娈嬕粭l彎曲的黑線，請(qǐng)一名同學(xué)戴上眼罩作為機(jī)器人，從黑線的起點(diǎn)出發(fā)，走向終點(diǎn)，再請(qǐng)二名學(xué)生分別作為機(jī)器人的左右灰度傳感器，當(dāng)戴眼罩的同學(xué)要走到黑線的左邊，偏離黑線時(shí)，左邊的同學(xué)負(fù)責(zé)提醒走路同學(xué)太左了，應(yīng)該要偏右走；當(dāng)此同學(xué)要走到黑線的右邊，偏離黑線時(shí)，右邊的同學(xué)負(fù)責(zé)提醒太右邊，應(yīng)該偏左走路；當(dāng)此同學(xué)走在黑線上，沒有偏離時(shí)，則不用提醒，此同學(xué)可以放心向前直行。這樣戴眼罩的同學(xué)在左右同學(xué)的提醒下不斷修正自身的行進(jìn)方向，完成行進(jìn)的任務(wù)。師：同學(xué)們，通過上面的實(shí)驗(yàn)，大家再探究一下機(jī)器人沿著黑線前進(jìn)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(jī)器人的位置如何運(yùn)動(dòng)圖例第一種情況檢測(cè)到了黑線沒有檢測(cè)到偏右偏左前進(jìn)第二種情況沒有檢測(cè)到檢測(cè)到了黑線偏左偏右前進(jìn)第三種情況沒有檢測(cè)到?jīng)]有檢測(cè)到中間前進(jìn)（三）師生合作，分析討論——機(jī)器人循跡方案進(jìn)行編程師：我們已經(jīng)歸納出了機(jī)器人沿黑線行進(jìn)的方案，現(xiàn)在我們就要將該方案轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人的思想——程序。首先把表格中的部分自然語句用機(jī)器人程序語句來表示。師生共同分析填寫行進(jìn)方案表：左灰度傳感器右灰度傳感器機(jī)器人的位置如何運(yùn)動(dòng)圖例第一種情況檢測(cè)到了黑線沒有檢測(cè)到偏右偏左前進(jìn)程序左灰度=0右灰度=198左電機(jī)10右電機(jī)-10第二種情況沒有檢測(cè)到檢測(cè)到了黑線偏左偏右前進(jìn)程序左灰度=198右灰度=0左電機(jī)-10右電機(jī)10第三種情況沒有檢測(cè)到?jīng)]有檢測(cè)到中間前進(jìn)程序左灰度=198右灰度=198左電機(jī)10右電機(jī)10從表格中分析，機(jī)器人根據(jù)左右灰度傳感器三個(gè)不同情況有三個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)方案，是一個(gè)三選一的決策問題，我們?cè)?jīng)用if條件判斷模塊來實(shí)現(xiàn)二選一的決策問題。所以我們今天要學(xué)習(xí)if條件判斷的嵌套使用實(shí)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(gè)if條件判斷作為另一個(gè)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(gè)if條件判斷模塊。注意事項(xiàng)：if條件判斷的嵌套使用并不是太難，關(guān)鍵要讓學(xué)生學(xué)會(huì)決策條件分析，比如如果左灰度=0情況不成立時(shí)，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(jìn)直行偏右行進(jìn)右灰度=0左灰度=0圖1-3程序樣例偏左行進(jìn)直行偏右行進(jìn)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(xué)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(jìn)行實(shí)踐操作，教師巡視指導(dǎo)。注意事項(xiàng)：教師提醒學(xué)生在仿真運(yùn)行調(diào)試時(shí)，由于灰度傳感器安裝的位置不一定一樣，以及多直流電機(jī)模塊設(shè)置的端口不一定一樣，那么程序中偏左和偏右時(shí)多直流電機(jī)模塊的參數(shù)設(shè)置也不一樣。（五）仿真練習(xí)，成果展示學(xué)生根據(jù)編寫好的程序進(jìn)行仿真練習(xí)，將得到的任務(wù)分?jǐn)?shù)（計(jì)算公式如圖1-4），上傳到教師機(jī)。教師根據(jù)任務(wù)分?jǐn)?shù)以及教學(xué)巡查，展示部分有代表性的學(xué)生仿真。學(xué)生交流與評(píng)價(jià)，發(fā)揮主動(dòng)性和參與性，在評(píng)價(jià)別人中學(xué)習(xí)，并且鞏固所學(xué)知識(shí)。圖1-4計(jì)算公式圖1-4計(jì)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(xué)內(nèi)容，總結(jié)運(yùn)用if條件判斷結(jié)構(gòu)解決實(shí)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(yīng)該怎樣？(時(shí)間若有剩余，學(xué)生可自行修改程序)八、教學(xué)反思普通的教學(xué)程序設(shè)計(jì)，往往按部就班，學(xué)生覺得枯燥又乏味，積極性不高。將程序與虛擬機(jī)器人相互結(jié)合，在仿真的過程中直接反映出程序的準(zhǔn)確與否，可以成功地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升課堂參與度。本節(jié)課優(yōu)點(diǎn)：1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生對(duì)程序有個(gè)初步的理解。2.小組合作學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。3.板書一目了然，機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)置九、板書設(shè)計(jì)機(jī)器人：名稱：直流電機(jī)_右前端口：3名稱：直流電機(jī)_右前端口：3反轉(zhuǎn)電機(jī)：不選名稱：直流電機(jī)_右前端口：4反轉(zhuǎn)電