第7課 昂首闊步-紅外傳感器和機(jī)器人的避障行走 教學(xué)實(shí)錄-2023--2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級(jí)下冊(cè)

第7課昂首闊步——紅外傳感器和機(jī)器人的避障行走教學(xué)實(shí)錄-2023—-2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級(jí)下冊(cè)一、課程概覽

1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)課我們將學(xué)習(xí)紅外傳感器的基本原理及其在機(jī)器人避障行走中的應(yīng)用。通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，使學(xué)生掌握如何利用紅外傳感器進(jìn)行環(huán)境感知，并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障行走。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：本節(jié)課的內(nèi)容與教材《初中信息技術(shù)九年級(jí)下冊(cè)》第7章第2節(jié)“紅外傳感器和機(jī)器人的避障行走”相關(guān)。學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，已具備基本的電路知識(shí)和簡(jiǎn)單的編程技能，這將有助于他們更好地理解和掌握紅外傳感器的工作原理及其在機(jī)器人避障中的應(yīng)用。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)

1.提升信息意識(shí)，通過(guò)紅外傳感器學(xué)習(xí)，增強(qiáng)對(duì)信息技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用敏感度。

2.培養(yǎng)動(dòng)手操作能力，通過(guò)實(shí)踐操作，學(xué)會(huì)使用紅外傳感器進(jìn)行機(jī)器人避障編程。

3.發(fā)展邏輯思維，通過(guò)分析紅外傳感器的工作原理，提高解決問(wèn)題的邏輯性。

4.增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，在小組活動(dòng)中，培養(yǎng)協(xié)作精神和溝通能力。三、教學(xué)內(nèi)容分析

1.主題內(nèi)容：本節(jié)課的主題內(nèi)容是紅外傳感器的工作原理及其在機(jī)器人避障行走中的應(yīng)用。具體包括紅外傳感器的構(gòu)造、工作原理、信號(hào)處理方法，以及如何將紅外傳感器集成到機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)避障功能。

2.重點(diǎn)難點(diǎn)：

-重點(diǎn)：紅外傳感器的工作原理和信號(hào)處理方法，機(jī)器人避障程序的設(shè)計(jì)與編寫。

-教學(xué)中將詳細(xì)講解紅外傳感器的工作原理，包括紅外發(fā)射和接收機(jī)制，以及如何將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

-學(xué)生將動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)習(xí)如何編寫程序，使機(jī)器人能夠根據(jù)紅外傳感器的信號(hào)進(jìn)行避障行走。

-難點(diǎn)：機(jī)器人避障程序的調(diào)試和優(yōu)化，紅外傳感器在不同環(huán)境下的適應(yīng)性問(wèn)題。

-調(diào)試和優(yōu)化程序需要學(xué)生具備一定的編程基礎(chǔ)，能夠根據(jù)機(jī)器人的實(shí)際表現(xiàn)調(diào)整程序參數(shù)。

-紅外傳感器在不同環(huán)境下的適應(yīng)性問(wèn)題是本節(jié)課的一個(gè)挑戰(zhàn)，需要學(xué)生理解環(huán)境因素對(duì)傳感器性能的影響，并學(xué)會(huì)如何調(diào)整傳感器參數(shù)以適應(yīng)不同環(huán)境。四

四、教學(xué)資源

1.軟硬件資源：紅外傳感器模塊、Arduino控制板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、機(jī)器人車架、電腦（安裝有Arduino編程軟件）、面包板、跳線。

2.課程平臺(tái)：學(xué)校信息技術(shù)教學(xué)管理系統(tǒng)。

3.信息化資源：教學(xué)PPT、教學(xué)視頻、編程示例代碼、紅外傳感器應(yīng)用案例資料。

4.教學(xué)手段：小組討論、問(wèn)題引導(dǎo)、現(xiàn)場(chǎng)演示、動(dòng)手實(shí)踐。五、教學(xué)實(shí)施過(guò)程

1.導(dǎo)入新課

-方式：通過(guò)展示一段機(jī)器人避障行走的視頻，引發(fā)學(xué)生對(duì)紅外傳感器應(yīng)用的興趣，提問(wèn)學(xué)生視頻中的機(jī)器人是如何實(shí)現(xiàn)避障的。

-目的：激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲，為學(xué)習(xí)紅外傳感器和機(jī)器人避障行走打下基礎(chǔ)。

2.講授新知

-概念講解：介紹紅外傳感器的構(gòu)造和工作原理，通過(guò)實(shí)物展示和動(dòng)畫演示，讓學(xué)生直觀理解其工作過(guò)程。

-演繹推理：講解如何利用紅外傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障行走，例如，當(dāng)傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，機(jī)器人應(yīng)停止或轉(zhuǎn)向。

-歸納推理：通過(guò)分析不同環(huán)境下的傳感器數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生歸納出傳感器調(diào)整的一般性規(guī)律。

-邏輯謬誤：討論在編程過(guò)程中可能出現(xiàn)的邏輯錯(cuò)誤，例如錯(cuò)誤地處理傳感器數(shù)據(jù)，導(dǎo)致機(jī)器人行為異常。

3.鞏固練習(xí)

-課堂練習(xí)：分發(fā)編程練習(xí)題，要求學(xué)生編寫簡(jiǎn)單的機(jī)器人避障程序，通過(guò)Arduino編程軟件模擬機(jī)器人避障過(guò)程。

-小組討論：學(xué)生分組討論，針對(duì)不同的障礙場(chǎng)景，討論如何調(diào)整傳感器參數(shù)以優(yōu)化機(jī)器人避障效果。

4.深化理解

-案例分析：分析復(fù)雜的避障場(chǎng)景，讓學(xué)生修改程序，以適應(yīng)不同障礙物的大小和形狀，通過(guò)實(shí)際操作，深化對(duì)紅外傳感器和機(jī)器人避障行走原理的理解。

-辯論活動(dòng)：組織學(xué)生進(jìn)行辯論，辯論紅外傳感器在機(jī)器人避障中的優(yōu)勢(shì)和局限性，提升學(xué)生的邏輯思維和論證能力。

5.課堂總結(jié)

-知識(shí)梳理：總結(jié)紅外傳感器的工作原理、避障行走的關(guān)鍵步驟，回顧課堂上，總結(jié)學(xué)生通過(guò)實(shí)踐操作學(xué)習(xí)到的紅外傳感器知識(shí)，強(qiáng)調(diào)在實(shí)際應(yīng)用中如何優(yōu)化機(jī)器人避障程序。

-學(xué)生反饋：鼓勵(lì)學(xué)生分享在實(shí)踐過(guò)程中的發(fā)現(xiàn)和問(wèn)題，討論如何進(jìn)一步優(yōu)化程序，以實(shí)現(xiàn)更流暢的機(jī)器人避障效果。六、教學(xué)反思與改進(jìn)

1.教學(xué)反思：學(xué)生在編寫機(jī)器人避障程序時(shí)，對(duì)于傳感器信號(hào)的邏輯處理存在困難，部分學(xué)生對(duì)傳感器參數(shù)的調(diào)整缺乏直觀理解。

2.教學(xué)改進(jìn)：增加實(shí)物演示環(huán)節(jié)，通過(guò)直觀展示傳感器在不同環(huán)境下的反應(yīng)，幫助學(xué)生更好地理解傳感器參數(shù)調(diào)整的必要性。同時(shí)，引入更多的案例分析和編程實(shí)踐，讓學(xué)生在實(shí)踐中深化對(duì)紅外傳感器和機(jī)器人避障邏輯的理解。七、教學(xué)資源拓展

1.拓展資源：

-傳感器技術(shù)發(fā)展史：介紹傳感器技術(shù)的發(fā)展歷程，從早期的機(jī)械式傳感器到現(xiàn)代的電子傳感器，特別是紅外傳感器在科技發(fā)展中的應(yīng)用。

-機(jī)器人避障技術(shù)：探討不同類型的避障技術(shù)，如超聲波避障、激光避障等，以及它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。

-邏輯編程案例：收集和整理一系列邏輯編程案例，包括但不限于簡(jiǎn)單的條件判斷、循環(huán)控制、函數(shù)調(diào)用等，以加深學(xué)生對(duì)編程邏輯的理解。

-機(jī)器人競(jìng)賽案例：介紹國(guó)內(nèi)外機(jī)器人競(jìng)賽中使用的避障技術(shù)，分析獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的技術(shù)亮點(diǎn)和創(chuàng)新之處。

2.拓展建議：

-閱讀科技文章：鼓勵(lì)學(xué)生閱讀有關(guān)紅外傳感器和機(jī)器人技術(shù)的科技文章，了解最新技術(shù)動(dòng)態(tài)和應(yīng)用案例。

-參觀科技展覽：建議學(xué)生參觀科技展覽，實(shí)地觀察紅外傳感器和其他傳感器的應(yīng)用，增強(qiáng)直觀感受。

-參與科技活動(dòng)：鼓勵(lì)學(xué)生參與科技活動(dòng)，如機(jī)器人俱樂(lè)部、科技競(jìng)賽等，將理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合。

-編寫個(gè)人項(xiàng)目：指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己的興趣，設(shè)計(jì)并編寫個(gè)人項(xiàng)目，如智能家居控制系統(tǒng)中的紅外人體感應(yīng)燈、自動(dòng)跟蹤小車等。

-學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言：推薦學(xué)生學(xué)習(xí)一門或多門編程語(yǔ)言，如Python、C++等，以便更深入地理解編程邏輯和傳感器應(yīng)用。

-開(kāi)展小組研究：組織學(xué)生進(jìn)行小組研究，針對(duì)特定的問(wèn)題或項(xiàng)目，進(jìn)行深入的探討和研究，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力。

-制作科技作品：鼓勵(lì)學(xué)生利用Arduino、樹(shù)莓派等開(kāi)發(fā)板，結(jié)合紅外傳感器，制作科技作品，