第2單元第8課《碰撞運(yùn)動-碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》-教學(xué)設(shè)計2023-2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊

第2單元第8課《碰撞運(yùn)動——碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》-教學(xué)設(shè)計2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點教具教材分析第2單元第8課《碰撞運(yùn)動——碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》-教學(xué)設(shè)計2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊。本課內(nèi)容結(jié)合物理知識，引導(dǎo)學(xué)生了解碰撞傳感器的工作原理，并通過編程實現(xiàn)機(jī)器人的避碰行走，旨在培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和編程能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析二、核心素養(yǎng)目標(biāo)分析。培養(yǎng)學(xué)生信息意識，通過碰撞傳感器和機(jī)器人避碰行走的實踐，提升學(xué)生的計算思維和問題解決能力。增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，鼓勵學(xué)生在編程中探索和創(chuàng)造。同時，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，通過小組合作完成項目，提高團(tuán)隊協(xié)作能力。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：學(xué)生在學(xué)習(xí)本課前，應(yīng)已具備基本的物理知識，了解力的概念和作用，以及簡單的電路原理。在信息技術(shù)方面，學(xué)生應(yīng)掌握了基礎(chǔ)的編程知識和簡單的圖形化編程環(huán)境使用。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)生對科技和機(jī)器人相關(guān)內(nèi)容通常具有較高的興趣，愿意動手實踐。學(xué)生在編程能力方面存在差異，有的學(xué)生具備較強(qiáng)的邏輯思維和編程技巧，有的則可能需要更多的指導(dǎo)和幫助。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，學(xué)生可能偏重于動手操作，通過實際操作來學(xué)習(xí)新知識。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學(xué)生在理解碰撞傳感器的工作原理時可能感到困難，需要教師通過直觀演示和實例講解來輔助理解。編程過程中，學(xué)生可能遇到邏輯錯誤或編程語法問題，需要教師提供及時的反饋和指導(dǎo)。此外，學(xué)生在團(tuán)隊合作中可能遇到溝通和分工的問題，需要教師引導(dǎo)他們學(xué)會有效溝通和協(xié)作。教學(xué)資源-硬件資源：碰撞傳感器、機(jī)器人套件（包括主控板、電機(jī)、傳感器接口等）、計算機(jī)（用于編程和控制）、連接線材

-課程平臺：圖形化編程軟件（如Scratch、MindPlus等）

-信息化資源：在線教程、視頻講解、教學(xué)案例庫

-教學(xué)手段：實物演示、互動問答、小組合作討論教學(xué)過程一、導(dǎo)入

1.教師首先通過展示機(jī)器人避障行走的視頻，引發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考：“機(jī)器人是如何避開障礙物的？這背后有什么科學(xué)原理？”

2.學(xué)生積極回答，教師總結(jié)：機(jī)器人避開障礙物需要借助碰撞傳感器和編程控制。

二、新課講授

1.教師介紹碰撞傳感器的原理和結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生了解傳感器如何感知碰撞信號。

-教師展示碰撞傳感器的實物，講解其工作原理。

-學(xué)生觀察實物，提問并解答疑問。

2.教師通過實例演示，引導(dǎo)學(xué)生理解碰撞傳感器在機(jī)器人避障中的應(yīng)用。

-展示一個簡單的機(jī)器人避障程序，分析其核心代碼。

-學(xué)生分析代碼，討論程序的作用和實現(xiàn)方式。

3.教師講解機(jī)器人編程的基本語法和常用函數(shù)，讓學(xué)生掌握編寫避障程序的基本方法。

-通過示例代碼，講解循環(huán)、條件語句、變量等基本概念。

-學(xué)生跟隨教師進(jìn)行編程練習(xí)，鞏固所學(xué)知識。

三、課堂實踐

1.學(xué)生分組，每組配備一個機(jī)器人套件，開始編程實現(xiàn)機(jī)器人避障行走。

-教師強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊合作的重要性，提醒學(xué)生合理分工。

-學(xué)生按照程序設(shè)計思路，逐步編寫避障程序。

2.教師巡視課堂，解答學(xué)生編程過程中的疑問，指導(dǎo)學(xué)生解決難題。

-教師針對學(xué)生提出的問題，給出解決方案。

-學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)，調(diào)整程序，完善避障功能。

3.學(xué)生展示編程成果，互相交流心得體會。

-學(xué)生分組演示機(jī)器人避障行走過程，分享編程經(jīng)驗和技巧。

-教師評價學(xué)生作品，鼓勵學(xué)生不斷創(chuàng)新。

四、拓展延伸

1.教師引導(dǎo)學(xué)生思考：除了碰撞傳感器，還有哪些傳感器可以實現(xiàn)機(jī)器人避障？

-學(xué)生列舉常見的傳感器，如紅外傳感器、超聲波傳感器等。

-教師講解這些傳感器的原理和特點，拓展學(xué)生的知識面。

2.教師布置課后作業(yè)：嘗試使用其他傳感器實現(xiàn)機(jī)器人避障，或設(shè)計一個更加復(fù)雜的機(jī)器人避障場景。

-學(xué)生根據(jù)教師布置的作業(yè)，進(jìn)一步探索和學(xué)習(xí)相關(guān)知識。

五、課堂總結(jié)

1.教師回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)碰撞傳感器在機(jī)器人避障中的作用。

2.學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)心得，分享課堂實踐過程中的收獲和體會。

3.教師總結(jié)評價學(xué)生表現(xiàn)，肯定他們的努力和成果。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-碰撞傳感器的種類與工作原理：介紹不同類型的碰撞傳感器，如光電傳感器、壓力傳感器、超聲波傳感器等，以及它們在機(jī)器人避障中的應(yīng)用實例。

-機(jī)器人編程基礎(chǔ)：提供關(guān)于編程基礎(chǔ)知識的拓展，包括變量、循環(huán)、條件語句、函數(shù)等編程概念，以及如何在圖形化編程環(huán)境中使用這些概念。

-機(jī)器人避障算法：探討不同的避障算法，如最近點法、最小距離法、A*算法等，以及如何將這些算法應(yīng)用于機(jī)器人避障程序中。

-機(jī)器人控制理論：介紹機(jī)器人控制的基本理論，包括PID控制、模糊控制等，以及如何通過控制算法提高機(jī)器人避障的穩(wěn)定性和效率。

2.拓展建議：

-學(xué)生可以進(jìn)一步研究不同類型的傳感器，了解它們的優(yōu)缺點，并設(shè)計實驗來測試不同傳感器的性能。

-鼓勵學(xué)生嘗試使用不同的編程語言和開發(fā)環(huán)境，如Python、Arduino等，以拓寬編程技能。

-建議學(xué)生參與機(jī)器人比賽或項目，如機(jī)器人足球、無人駕駛小車等，通過實際操作來加深對避障算法和控制理論的理解。

-組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，分享各自在編程和機(jī)器人設(shè)計中的經(jīng)驗和挑戰(zhàn)，促進(jìn)知識的交流和技能的提升。

-建議學(xué)生閱讀相關(guān)的科普書籍或在線教程，以獲得更深入的知識和啟發(fā)。

-鼓勵學(xué)生參與社區(qū)活動或工作坊，與其他對機(jī)器人技術(shù)感興趣的學(xué)生和專家交流，拓寬視野。

-提供一些開放源代碼的機(jī)器人項目，讓學(xué)生可以下載并修改，以了解實際項目中的編程和設(shè)計過程。教學(xué)評價與反饋1.課堂表現(xiàn)：

-學(xué)生在課堂上的參與度較高，積極回答問題，對碰撞傳感器和機(jī)器人避障的概念有較好的理解。

-學(xué)生在編程練習(xí)中表現(xiàn)出良好的合作精神，能夠互相幫助解決問題。

2.小組討論成果展示：

-小組討論環(huán)節(jié)中，學(xué)生能夠圍繞碰撞傳感器的工作原理和編程實現(xiàn)進(jìn)行深入討論，提出多種解決方案。

-學(xué)生在展示成果時，能夠清晰地闡述自己的思路和設(shè)計，得到其他同學(xué)的認(rèn)可。

3.隨堂測試：

-進(jìn)行隨堂測試，評估學(xué)生對碰撞傳感器原理、編程知識和避障算法的掌握程度。

-測試結(jié)果顯示，大部分學(xué)生能夠正確理解碰撞傳感器的工作原理，并能運(yùn)用所學(xué)知識編寫簡單的避障程序。

4.學(xué)生自評與互評：

-學(xué)生在課后進(jìn)行自評，反思自己在課堂上的表現(xiàn)和學(xué)習(xí)成果。

-學(xué)生之間進(jìn)行互評，互相指出優(yōu)點和不足，共同進(jìn)步。

5.教師評價與反饋：

-針對課堂表現(xiàn)：教師對學(xué)生的積極參與和合作精神給予肯定，同時指出部分學(xué)生在編程過程中存在邏輯錯誤，需要加強(qiáng)編程能力的培養(yǎng)。

-針對小組討論成果展示：教師鼓勵學(xué)生繼續(xù)深入探討，提出更多創(chuàng)新性的解決方案，并強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊合作的重要性。

-針對隨堂測試：教師對學(xué)生的測試成績進(jìn)行分析，指出學(xué)生在哪些知識點上存在不足，并針對性地進(jìn)行講解和輔導(dǎo)。

-針對學(xué)生自評與互評：教師肯定學(xué)生的自我反思和互評能力，鼓勵學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中更加注重自我提升和團(tuán)隊合作。

-教師將根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法，確保學(xué)生能夠更好地掌握碰撞傳感器和機(jī)器人避障的相關(guān)知識。反思改進(jìn)措施反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.實踐導(dǎo)向：在教學(xué)中，我注重將理論知識與實際操作相結(jié)合，讓學(xué)生通過動手實踐來加深對碰撞傳感器和機(jī)器人避障的理解。例如，通過讓學(xué)生親自動手搭建機(jī)器人，他們能夠更直觀地感受到傳感器的工作原理。

2.跨學(xué)科融合：我嘗試將物理、信息技術(shù)和編程知識進(jìn)行融合，讓學(xué)生在解決實際問題的過程中，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識。這種跨學(xué)科的教學(xué)方式有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

反思改進(jìn)措施（二）存在主要問題

1.學(xué)生編程基礎(chǔ)參差不齊：在課堂上，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生的編程基礎(chǔ)存在較大差異，這導(dǎo)致部分學(xué)生在編程練習(xí)中遇到困難。為了解決這個問題，我需要提供更具針對性的輔導(dǎo)。

2.課堂互動不足：雖然學(xué)生參與度較高，但課堂互動環(huán)節(jié)仍有提升空間。我需要設(shè)計更多互動性的教學(xué)活動，如小組競賽、角色扮演等，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.教學(xué)評價方式單一：目前的教學(xué)評價主要依賴于隨堂測試和作業(yè)完成情況，缺乏對學(xué)生實際操作能力的評估。我需要引入更多樣化的評價方式，如現(xiàn)場演示、項目報告等。

反思改進(jìn)措施（三）

1.針對學(xué)生編程基礎(chǔ)參差不齊的問題，我將提供分層教學(xué)，為編程基礎(chǔ)較弱的學(xué)生提供額外的輔導(dǎo)和練習(xí)，同時為編程能力較強(qiáng)的學(xué)生提供更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

2.為了增加課堂互動，我將設(shè)計更多小組合作項目和角色扮演活動，鼓勵學(xué)生積極參與討論和分享。此外，我還會利用在線平臺，讓學(xué)生在課后也能進(jìn)行交流和討論。

3.在教學(xué)評價方面，我將引入更多實際操作的評價方式，如讓學(xué)生展示他們的機(jī)器人避障程序，或者要求他們撰寫項目報告，以全面評估學(xué)生的綜合能力。同時，我也會鼓勵學(xué)生進(jìn)行自我評價和互評，以促進(jìn)他們的自我反思和成長。板書設(shè)計①碰撞傳感器原理

-傳感器類型：光電傳感器、壓力傳感器、超聲波傳感器

-工作原理：檢測碰撞信號，輸出控制信號

-應(yīng)用場景：機(jī)器人避障、自動門、停車場管理等

②機(jī)器人避障編程

-編程語言：圖形化編程（如Scratch、MindPlus）

-基本語法：變量、循環(huán)、條件語句、函數(shù)

-避障算法：最近點法、最小距離法、A*算法

③機(jī)器人避障實踐

-機(jī)器人搭建：主控板、電機(jī)、傳感器接口

-編程步驟：初始化、檢測碰撞、控制轉(zhuǎn)向

-測試與優(yōu)化：調(diào)整程序參數(shù)，提高避障性能典型例題講解1.例題：

編寫一個簡單的機(jī)器人避障程序，要求機(jī)器人遇到障礙物時停止前進(jìn)，并在障礙物移開后繼續(xù)前進(jìn)。

答案：

```plaintext

初始化：

設(shè)置傳感器為輸入模式

設(shè)置電機(jī)為輸出模式

循環(huán)：

如果傳感器檢測到碰撞信號

停止電機(jī)

否則

推進(jìn)電機(jī)

```

2.例題：

機(jī)器人需要在直線上避開一個障礙物，障礙物距離機(jī)器人初始位置2米。編寫程序，使機(jī)器人以1米/秒的速度前進(jìn)，當(dāng)檢測到障礙物時停止，并在障礙物移開后繼續(xù)前進(jìn)。

答案：

```plaintext

初始化：

設(shè)置傳感器為輸入模式

設(shè)置電機(jī)為輸出模式

設(shè)置距離傳感器為測量模式

循環(huán)：

如果距離傳感器檢測到距離小于2米

停止電機(jī)

否則

推進(jìn)電機(jī)

```

3.例題：

機(jī)器人需要在T形路口避開左側(cè)的障礙物，障礙物距離路口1米。編寫程序，使機(jī)器人以0.5米/秒的速度前進(jìn)，當(dāng)檢測到左側(cè)障礙物時停止，并在障礙物移開后繼續(xù)前進(jìn)。

答案：

```plaintext

初始化：

設(shè)置傳感器為輸入模式

設(shè)置電機(jī)為輸出模式

設(shè)置方向傳感器為檢測模式

循環(huán)：

如果方向傳感器檢測到左側(cè)有障礙物

停止電機(jī)

否則

推進(jìn)電機(jī)

```

4.例題：

機(jī)器人需要在圓形軌道上避開一個固定位置的障礙物，障礙物距離圓形軌道中心2米。編寫程序，使機(jī)器人以0.3米/秒的速度前進(jìn)，當(dāng)檢測到障礙物時停止，并在障礙物移開后繼續(xù)前進(jìn)。

答案：

```plaintext