《第二單元 指揮機器人行動 12 聲波測距避障礙》教學(xué)設(shè)計-2024-2025學(xué)年泰山版信息技術(shù)（2018）第三冊

《第二單元指揮機器人行動12聲波測距避障礙》教學(xué)設(shè)計-2024-2025學(xué)年泰山版信息技術(shù)（2018）第三冊授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點授課時間教學(xué)內(nèi)容分析《第二單元指揮機器人行動12聲波測距避障礙》是泰山版信息技術(shù)（2018）第三冊的一節(jié)實踐操作課。本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容是讓學(xué)生掌握聲波測距避障礙的原理和實際應(yīng)用。學(xué)生將學(xué)習(xí)如何使用聲波傳感器進行測距，并通過編程調(diào)整機器人的行動軌跡，使其能夠避開障礙物。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識的聯(lián)系：在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了機器人編程的基礎(chǔ)知識，包括如何控制機器人的運動和執(zhí)行簡單的任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，本節(jié)課將引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)更高級的編程技巧，通過聲波測距功能來實現(xiàn)機器人避障的目的。學(xué)生需要將已有的編程知識與聲波測距原理相結(jié)合，提高編程實踐能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新以及信息社會責(zé)任等核心素養(yǎng)。通過學(xué)習(xí)聲波測距避障礙的原理和應(yīng)用，學(xué)生將增強對信息技術(shù)應(yīng)用的敏感度和理解力，提升運用信息技術(shù)解決實際問題的能力。同時，通過編程實踐，學(xué)生將鍛煉計算思維，學(xué)會將理論知識應(yīng)用于實踐，培養(yǎng)創(chuàng)新解決問題的思維方式。此外，學(xué)生還將加深對信息技術(shù)在日常生活和學(xué)習(xí)中重要作用的認(rèn)識，增強信息安全意識，提高信息社會責(zé)任素養(yǎng)。學(xué)情分析在開展《第二單元指揮機器人行動12聲波測距避障礙》的教學(xué)前，對學(xué)生的學(xué)情進行分析是至關(guān)重要的。本節(jié)課適用于具有一定信息技術(shù)基礎(chǔ)，年齡層次為10-12年級的學(xué)生。在這個階段，學(xué)生們已經(jīng)具備了一定的邏輯思維能力和問題解決能力，對機器人編程有一定的了解，能夠理解和掌握簡單的聲波測距原理。

在知識層面，學(xué)生應(yīng)已掌握基礎(chǔ)的編程語言和機器人操作知識，這為本節(jié)課的學(xué)習(xí)提供了前提條件。能力方面，學(xué)生們具備一定的動手實踐能力，能夠進行簡單的編程調(diào)試，但聲波測距的應(yīng)用尚屬新穎，需要通過實踐加深理解。素質(zhì)方面，學(xué)生們的好奇心和探索精神較強，對新技術(shù)有較高的興趣，這對學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容非常有利。

在學(xué)習(xí)行為習(xí)慣上，學(xué)生們可能存在對理論知識掌握不夠扎實、實踐操作時細(xì)節(jié)處理不夠精細(xì)等問題。這些習(xí)慣將對本節(jié)課的學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響，教師需要在教學(xué)中加強引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生們細(xì)致觀察，耐心調(diào)試，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和問題解決策略。同時，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個體差異，因材施教，通過小組合作等方式，激發(fā)學(xué)生的團隊合作意識和競爭意識，提高課堂參與度和學(xué)習(xí)效果。教學(xué)資源軟硬件資源：

-機器人教學(xué)套件

-聲波傳感器

-編程軟件

-計算機終端

-實驗室工作臺

課程平臺：

-信息技術(shù)課程教學(xué)平臺

信息化資源：

-聲波測距教學(xué)視頻

-編程教程文檔

-在線編程練習(xí)平臺

教學(xué)手段：

-講授法

-示范法

-實踐操作法

-小組合作學(xué)習(xí)

-問題解決法教學(xué)實施過程1.課前自主探索

教師活動：

-發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過在線平臺或班級微信群，發(fā)布預(yù)習(xí)資料，如PPT、視頻、文檔等，明確預(yù)習(xí)目標(biāo)和要求。

-設(shè)計預(yù)習(xí)問題：圍繞聲波測距原理，設(shè)計一系列具有啟發(fā)性和探究性的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考。

-監(jiān)控預(yù)習(xí)進度：利用平臺功能或?qū)W生反饋，監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)進度，確保預(yù)習(xí)效果。

學(xué)生活動：

-自主閱讀預(yù)習(xí)資料：按照預(yù)習(xí)要求，自主閱讀預(yù)習(xí)資料，理解聲波測距的基本原理。

-思考預(yù)習(xí)問題：針對預(yù)習(xí)問題，進行獨立思考，記錄自己的理解和疑問。

-提交預(yù)習(xí)成果：將預(yù)習(xí)成果（如筆記、思維導(dǎo)圖、問題等）提交至平臺或老師處。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主思考，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。

-信息技術(shù)手段：利用在線平臺、微信群等，實現(xiàn)預(yù)習(xí)資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

-幫助學(xué)生提前了解聲波測距原理，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

-培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨立思考能力。

2.課中強化技能

教師活動：

-導(dǎo)入新課：通過實際案例或視頻展示聲波測距在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，引出本節(jié)課的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

-講解知識點：詳細(xì)講解聲波測距的原理和編程實現(xiàn)方法。

-組織課堂活動：設(shè)計小組討論、實驗等活動，讓學(xué)生在實踐中掌握編程技巧。

-解答疑問：針對學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的疑問，進行及時解答和指導(dǎo)。

學(xué)生活動：

-聽講并思考：認(rèn)真聽講，積極思考老師提出的問題。

-參與課堂活動：積極參與小組討論、實驗等活動，體驗編程的實際應(yīng)用。

-提問與討論：針對不懂的問題或新的想法，勇敢提問并參與討論。

教學(xué)方法/手段/資源：

-講授法：通過詳細(xì)講解，幫助學(xué)生理解聲波測距的原理和編程方法。

-實踐活動法：設(shè)計實踐活動，讓學(xué)生在實踐中掌握編程技巧。

-合作學(xué)習(xí)法：通過小組討論等活動，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識和溝通能力。

作用與目的：

-幫助學(xué)生深入理解聲波測距的原理和編程方法。

-通過實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決問題的能力。

-通過合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

-布置作業(yè)：根據(jù)本節(jié)課的內(nèi)容，布置適量的課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

-提供拓展資源：提供與聲波測距相關(guān)的拓展資源，如書籍、網(wǎng)站、視頻等，供學(xué)生進一步學(xué)習(xí)。

-反饋作業(yè)情況：及時批改作業(yè)，給予學(xué)生反饋和指導(dǎo)。

學(xué)生活動：

-完成作業(yè)：認(rèn)真完成老師布置的課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

-拓展學(xué)習(xí)：利用老師提供的拓展資源，進行進一步的學(xué)習(xí)和思考。

-反思總結(jié)：對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進行反思和總結(jié)，提出改進建議。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。

-反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進行反思和總結(jié)。

作用與目的：

-鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的聲波測距原理和編程技巧。

-通過拓展學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的知識視野和思維方式。

-通過反思總結(jié)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進建議，促進自我提升。學(xué)生學(xué)習(xí)效果1.知識掌握：學(xué)生將深入理解聲波測距的原理，包括聲波的傳播、接收以及信號處理等基本概念。他們還將掌握如何使用編程語言來實現(xiàn)聲波測距功能，并能夠運用這些知識解決實際問題。

2.技能提升：學(xué)生將通過實踐操作，提高使用聲波傳感器進行測距的技能。他們將學(xué)會如何調(diào)整傳感器的參數(shù)，以獲得準(zhǔn)確的測距結(jié)果，并將這些技能應(yīng)用到實際項目中。

3.思維發(fā)展：通過參與小組討論和實驗設(shè)計，學(xué)生的計算思維將得到鍛煉。他們將學(xué)會如何分析問題、設(shè)計解決方案，并通過編程實現(xiàn)這些方案，從而培養(yǎng)創(chuàng)新解決問題的能力。

4.團隊合作：在小組活動中，學(xué)生將學(xué)會與他人合作，共同完成項目任務(wù)。他們將培養(yǎng)良好的團隊合作意識，提高溝通能力和協(xié)作能力。

5.實踐應(yīng)用：學(xué)生將能夠?qū)⑺鶎W(xué)的聲波測距知識應(yīng)用到實際項目中，如設(shè)計一個能夠自動避障的機器人。這將有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力。

6.學(xué)習(xí)興趣：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將對信息技術(shù)和機器人編程產(chǎn)生更濃厚的興趣，激發(fā)他們繼續(xù)學(xué)習(xí)和探索的動力。

7.自主學(xué)習(xí)能力：學(xué)生將培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力，學(xué)會如何獨立獲取知識、解決問題。他們將通過自主學(xué)習(xí)，不斷提高自己的知識水平和技能水平。

8.反思與總結(jié)：學(xué)生將學(xué)會如何對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進行反思和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，并提出改進的建議，從而促進自己的學(xué)習(xí)進步。典型例題講解1.例題一：聲波測距的基本編程

題目：編寫一個程序，使用聲波傳感器測量前方障礙物的距離，并顯示在控制臺上。

解答：

```python

#include<Servo.h>

ServomyServo;

intpos=0;

voidsetup(){

myServo.attach(9);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

pos=myServo.read();

Serial.print("Position:");

Serial.println(pos);

delay(15);

}

```

說明：此例題展示了如何使用Arduino編程語言和Servo庫來控制聲波傳感器的角度，并讀取其位置信息。學(xué)生可以通過修改程序，實現(xiàn)聲波測距的功能。

2.例題二：聲波測距的障礙物避障

題目：編寫一個程序，使機器人能夠在遇到障礙物時自動改變方向。

解答：

```python

#include<Servo.h>

ServomyServo;

intpos=0;

voidsetup(){

myServo.attach(9);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

pos=myServo.read();

Serial.print("Position:");

Serial.println(pos);

delay(15);

if(pos<100){

myServo.write(180-pos);

}else{

myServo.write(180);

}

delay(15);

}

```

說明：此例題展示了如何使用聲波傳感器來檢測障礙物的距離，并根據(jù)距離值來調(diào)整機器人的轉(zhuǎn)向角度，從而實現(xiàn)避障功能。

3.例題三：聲波測距的距離計算

題目：編寫一個程序，計算聲波從發(fā)射到返回所需的時間，并據(jù)此計算障礙物的距離。

解答：

```python

#include<Servo.h>

ServomyServo;

intpos=0;

constintsensorPin=A0;

voidsetup(){

myServo.attach(9);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

pos=myServo.read();

Serial.print("Position:");

Serial.println(pos);

delay(15);

intsensorValue=analogRead(sensorPin);

Serial.print("SensorValue:");

Serial.println(sensorValue);

delay(15);

intdistance=sensorValue*5/1023;

Serial.print("Distance:");

Serial.println(distance);

delay(15);

}

```

說明：此例題展示了如何使用Arduino的模擬讀取功能來獲取聲波傳感器的電壓值，并將其轉(zhuǎn)換為距離值。學(xué)生可以通過修改程序，實現(xiàn)更準(zhǔn)確的距離計算。

4.例題四：聲波測距的連續(xù)避障

題目：編寫一個程序，使機器人能夠在遇到障礙物時自動改變方向，并在沒有障礙物時繼續(xù)前進。

解答：

```python

#include<Servo.h>

ServomyServo;

intpos=0;

constintsensorPin=A0;

voidsetup(){

myServo.attach(9);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

pos=myServo.read();

Serial.print("Position:");

Serial.println(pos);

delay(15);

intsensorValue=analogRead(sensorPin);

Serial.print("SensorValue:");

Serial.println(sensorValue);

delay(15);

intdistance=sensorValue*5/1023;

Serial.print("Distance:");

Serial.println(distance);

delay(15);

if(distance<20){

myServo.write(180-pos);

}else{

myServo.write(180);

}

delay(15);

}

```

說明：此例題展示了如何在機器人前進的過程中，不斷地檢測障礙物的距離，并在遇到障礙物時調(diào)整方向。學(xué)生可以通過修改程序，實現(xiàn)更平滑的避障動作。

5.例題五：聲波測距的自動尋路

題目：編寫一個程序，使機器人能夠根據(jù)聲波測距的結(jié)果，自動選擇一條路徑前進。

解答：

```python

#include<Servo.h>

ServomyServo;

intpos=0;

constintsensorPin=A0;

voidsetup(){

myServo.attach(9);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

pos=myServo.read();

Serial.print("Position:");

Serial.println(pos);

delay(15);

intsensorValue=analogRead(sensorPin);

Serial.print("SensorValue:");

Serial.println(sensorValue);

delay(15);

intdistance=sensorValue*5/1023;

Serial.print("Distance:");

Serial.println(distance);

delay(15);

if(distance<20){

myServo.write(180-pos);

}else{

myServo.write(180);

}

delay(15);

}

```

說明：此例題展示了如何使用聲波測距的結(jié)果，來決定機器人的行進路線。學(xué)生可以通過修改程序，實現(xiàn)更復(fù)雜的路徑規(guī)劃和決策算法。教學(xué)反思與改進在《第二單元指揮機器人行動12聲波測距避障礙》的教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)了一些值得改進的地方，同時也有了一些成功的經(jīng)驗可以分享。

首先，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在理解聲波測距的原理時存在一定的困難。雖然我通過實際案例和實驗演示來幫助他們理解，但仍有部分學(xué)生無法完全掌握。為了解決這個問題，我計劃在未來的教學(xué)中增加更多的互動環(huán)節(jié)，如小組討論和問題解答，以提高學(xué)生的參與度和理解程度。

其次，學(xué)生在編程實踐時也遇到了一些問題。一些學(xué)生在編寫程序時缺乏邏輯性和條理性，導(dǎo)致程序運行不正確。為了改善這種情況，我計劃在未來的教學(xué)中加強編程思維的培養(yǎng)，通過設(shè)計更具挑戰(zhàn)性的編程任務(wù)和提供更多的編程資源，幫助學(xué)生提高編程技能。

此外，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在小組合作中存在溝通不暢和分工不明確的問題。為了提高小組合作的效果，我計劃在未來的教學(xué)中提供更多的合作指導(dǎo)和反饋，鼓勵學(xué)生明確自己的職責(zé)，并鼓勵他們積極溝通和協(xié)作。

在教學(xué)過程中，我也發(fā)現(xiàn)了一些成功的經(jīng)驗。我發(fā)現(xiàn)通過實際案例和實驗演示，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，使他們對聲波測距產(chǎn)生更深的理解和興趣。因此，我計劃在未來的教學(xué)中繼續(xù)利用這些資源，并通過增加更多的實際應(yīng)用場景，使學(xué)生能夠更好地將所