深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程 第十七課 掃雷車(chē)-教學(xué)設(shè)計(jì)

深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程第十七課掃雷車(chē)-教學(xué)設(shè)計(jì)科目授課時(shí)間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級(jí)、授課課時(shí)授課題目（包括教材及章節(jié)名稱(chēng)）深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程第十七課掃雷車(chē)-教學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)意圖親愛(ài)的同學(xué)們，今天我們要一起探索的是“掃雷車(chē)”這個(gè)有趣的主題。這節(jié)課，我們要結(jié)合課本中的機(jī)器人編程知識(shí)，通過(guò)實(shí)際操作，讓你們親手打造一輛能識(shí)別地雷的機(jī)器人。這不僅能鞏固我們之前學(xué)到的編程技巧，還能激發(fā)你們對(duì)科技創(chuàng)新的興趣。讓我們一起動(dòng)手，體驗(yàn)創(chuàng)造的樂(lè)趣吧！???????????核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)掃雷車(chē)的功能，提升解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.強(qiáng)化學(xué)生的邏輯思維和算法設(shè)計(jì)能力，在編程過(guò)程中學(xué)習(xí)如何優(yōu)化程序。

3.增進(jìn)學(xué)生對(duì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的認(rèn)識(shí)，通過(guò)分組合作完成項(xiàng)目，提高溝通與協(xié)作技巧。

4.培養(yǎng)學(xué)生的耐心和細(xì)心，在調(diào)試過(guò)程中學(xué)會(huì)分析問(wèn)題，逐步完善程序。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：

學(xué)生們已經(jīng)學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的機(jī)器人編程知識(shí)，包括控制模塊、傳感器應(yīng)用以及基本的編程邏輯。他們對(duì)Python編程語(yǔ)言有一定的了解，能夠使用變量、循環(huán)和條件語(yǔ)句進(jìn)行簡(jiǎn)單的編程。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

學(xué)生們對(duì)機(jī)器人編程表現(xiàn)出濃厚的興趣，動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)，喜歡通過(guò)實(shí)際操作來(lái)加深理解。他們的學(xué)習(xí)風(fēng)格偏向于實(shí)踐導(dǎo)向，通過(guò)操作和實(shí)驗(yàn)來(lái)鞏固知識(shí)。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

在學(xué)習(xí)掃雷車(chē)這一主題時(shí)，學(xué)生可能會(huì)遇到理解傳感器工作原理的困難，尤其是在編程時(shí)如何準(zhǔn)確獲取傳感器數(shù)據(jù)。此外，邏輯思維和算法設(shè)計(jì)也是挑戰(zhàn)，學(xué)生在編寫(xiě)能夠有效識(shí)別地雷的程序時(shí)可能會(huì)遇到邏輯上的障礙。此外，團(tuán)隊(duì)協(xié)作中也可能出現(xiàn)溝通不暢的問(wèn)題，需要學(xué)生們學(xué)會(huì)如何有效溝通和分工。教學(xué)資源-軟硬件資源：Spike機(jī)器人套件、編程控制板、各種傳感器（如觸覺(jué)傳感器、紅外傳感器）、連接線、電池組

-課程平臺(tái)：青少年宮機(jī)器人編程課程平臺(tái)

-信息化資源：機(jī)器人編程教學(xué)視頻、在線編程工具、編程教材電子版

-教學(xué)手段：實(shí)物演示、小組討論、編程軟件操作、項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）

1.創(chuàng)設(shè)情境：同學(xué)們，你們看過(guò)《地雷戰(zhàn)》這樣的電影嗎？在戰(zhàn)爭(zhēng)中，地雷是一種非常危險(xiǎn)的武器。今天，我們就來(lái)學(xué)習(xí)如何制作一輛掃雷車(chē)，讓它能夠幫助我們安全地排除地雷。

2.提出問(wèn)題：你們覺(jué)得掃雷車(chē)應(yīng)該具備哪些功能？它是如何工作的？讓我們一起探索這些問(wèn)題。

二、講授新課（20分鐘）

1.傳感器介紹（5分鐘）：首先，我會(huì)介紹幾種常用的傳感器，如觸覺(jué)傳感器、紅外傳感器，以及它們?cè)趻呃总?chē)中的應(yīng)用。

2.編程基礎(chǔ)（5分鐘）：接下來(lái)，我會(huì)講解如何使用編程語(yǔ)言（如Python）控制機(jī)器人，包括變量、循環(huán)、條件語(yǔ)句等基礎(chǔ)知識(shí)。

3.掃雷車(chē)工作原理（5分鐘）：我會(huì)詳細(xì)解釋掃雷車(chē)的工作原理，包括如何通過(guò)傳感器檢測(cè)地雷，以及如何控制機(jī)器人避開(kāi)地雷。

4.編程實(shí)踐（5分鐘）：展示一個(gè)簡(jiǎn)單的掃雷車(chē)編程示例，讓學(xué)生了解編程的具體步驟。

三、鞏固練習(xí)（15分鐘）

1.分組討論（5分鐘）：將學(xué)生分成小組，要求每個(gè)小組根據(jù)所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的掃雷車(chē)程序。

2.編程練習(xí)（5分鐘）：每個(gè)小組在編程軟件上編寫(xiě)掃雷車(chē)程序，其他同學(xué)觀看并學(xué)習(xí)。

3.交流分享（5分鐘）：各小組展示自己的程序，分享設(shè)計(jì)思路和遇到的問(wèn)題。

四、課堂提問(wèn)（5分鐘）

1.針對(duì)學(xué)生在練習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，進(jìn)行解答和指導(dǎo)。

2.提出一些與掃雷車(chē)相關(guān)的拓展問(wèn)題，如如何提高掃雷車(chē)的識(shí)別精度，如何讓掃雷車(chē)適應(yīng)不同的地形等。

五、師生互動(dòng)環(huán)節(jié)（5分鐘）

1.鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，共同解決編程中的難題。

2.引導(dǎo)學(xué)生思考如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中，如如何設(shè)計(jì)一個(gè)更智能的掃雷車(chē)。

3.邀請(qǐng)學(xué)生分享自己的創(chuàng)意和想法，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)。

六、總結(jié)與反思（5分鐘）

1.回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)掃雷車(chē)的編程要點(diǎn)。

2.引導(dǎo)學(xué)生反思自己在編程過(guò)程中的收獲和不足，鼓勵(lì)他們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)中繼續(xù)努力。

教學(xué)過(guò)程流程環(huán)節(jié)：

1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）：通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.講授新課（20分鐘）：圍繞教學(xué)目標(biāo)和重點(diǎn)進(jìn)行講解，確保學(xué)生理解新知識(shí)。

3.鞏固練習(xí)（15分鐘）：通過(guò)練習(xí)和討論，鞏固學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解和掌握。

4.課堂提問(wèn)（5分鐘）：解答學(xué)生疑問(wèn)，拓展知識(shí)面。

5.師生互動(dòng)環(huán)節(jié)（5分鐘）：激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生思考能力。

6.總結(jié)與反思（5分鐘）：回顧所學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生反思。

用時(shí)：45分鐘教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-機(jī)器人編程基礎(chǔ)教程：介紹機(jī)器人編程的基本概念、編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)語(yǔ)法、常用的編程模塊和傳感器應(yīng)用。

-機(jī)器人競(jìng)賽案例：展示國(guó)內(nèi)外機(jī)器人競(jìng)賽的案例，分析獲獎(jiǎng)作品的編程策略和創(chuàng)新點(diǎn)。

-機(jī)器人歷史與發(fā)展：了解機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展歷程，從早期的機(jī)械裝置到現(xiàn)代的智能機(jī)器人，激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)器人技術(shù)的興趣。

-編程算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：介紹常見(jiàn)的編程算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如排序、搜索、棧、隊(duì)列等，為高級(jí)編程打下基礎(chǔ)。

2.拓展建議：

-鼓勵(lì)學(xué)生參加機(jī)器人編程競(jìng)賽，通過(guò)競(jìng)賽提升自己的編程能力和創(chuàng)新思維。

-建議學(xué)生閱讀相關(guān)的科普書(shū)籍和在線教程，如《機(jī)器人編程入門(mén)》、《Python編程：從入門(mén)到實(shí)踐》等，加深對(duì)編程知識(shí)的理解。

-組織學(xué)生參觀機(jī)器人展覽或企業(yè)，了解機(jī)器人技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。

-推薦學(xué)生參與在線編程社區(qū)，如GitHub、StackOverflow等，與其他編程愛(ài)好者交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

-設(shè)計(jì)一些實(shí)踐項(xiàng)目，如智能家居系統(tǒng)、無(wú)人駕駛小車(chē)等，讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決。

-引導(dǎo)學(xué)生研究機(jī)器人倫理問(wèn)題，如人工智能的道德邊界、機(jī)器人與人類(lèi)的關(guān)系等，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

-鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注機(jī)器人技術(shù)的最新研究動(dòng)態(tài)，如深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理等前沿技術(shù)，為未來(lái)的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。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(shí)踐導(dǎo)向：在教學(xué)中，我們注重實(shí)踐操作，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際編程和組裝機(jī)器人來(lái)加深對(duì)理論知識(shí)的理解，這種實(shí)踐導(dǎo)向的教學(xué)方式能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。

2.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)：我們采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過(guò)程中學(xué)習(xí)編程和機(jī)器人技術(shù)，這種教學(xué)方法能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和問(wèn)題解決能力。

反思改進(jìn)措施（二）存在主要問(wèn)題

1.教學(xué)組織：在課堂組織上，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生參與度不高，可能是由于課堂氛圍不夠活躍或者學(xué)生之間的互動(dòng)不足。此外，小組合作時(shí)，個(gè)別學(xué)生可能存在依賴(lài)心理，需要更多引導(dǎo)他們獨(dú)立思考和解決問(wèn)題。

2.教學(xué)方法：在教學(xué)方法上，我發(fā)現(xiàn)對(duì)于一些編程概念和算法，學(xué)生的理解不夠深入，可能是因?yàn)橹v解時(shí)缺乏生動(dòng)的例子和直觀的演示。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)：在評(píng)價(jià)方式上，主要依賴(lài)于學(xué)生的項(xiàng)目成果，缺乏對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中的持續(xù)跟蹤和反饋，這可能導(dǎo)致一些學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏動(dòng)力。

反思改進(jìn)措施（三）改進(jìn)措施

1.提高課堂互動(dòng)：通過(guò)設(shè)計(jì)更多互動(dòng)環(huán)節(jié)，如小組討論、角色扮演等，激發(fā)學(xué)生的參與熱情。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn)，及時(shí)解答他們的疑惑。

2.豐富教學(xué)方法：引入更多實(shí)例和案例，通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決來(lái)講解抽象的編程概念。此外，利用多媒體教學(xué)工具，如動(dòng)畫(huà)、視頻等，使抽象的知識(shí)更加直觀易懂。

3.持續(xù)跟蹤與反饋：實(shí)施過(guò)程性評(píng)價(jià)，定期檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，提供個(gè)性化的反饋。同時(shí)，建立學(xué)生互評(píng)機(jī)制，讓學(xué)生在評(píng)價(jià)中互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

4.加強(qiáng)校企合作：與企業(yè)合作，邀請(qǐng)行業(yè)專(zhuān)家來(lái)校進(jìn)行講座，讓學(xué)生了解行業(yè)動(dòng)態(tài)，同時(shí)為學(xué)生提供實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。

5.優(yōu)化評(píng)價(jià)體系：除了項(xiàng)目成果，加入對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)，如出勤率、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況等，全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課后作業(yè)1.**編程練習(xí)**：

-編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的掃雷游戲，機(jī)器人通過(guò)觸覺(jué)傳感器來(lái)檢測(cè)地雷，并在屏幕上顯示雷區(qū)。

-代碼要求：使用Python編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)一個(gè)2x2的雷區(qū)，玩家需要通過(guò)提示來(lái)猜測(cè)地雷的位置。

-代碼示例：

```python

importrandom

defcreate_mine_field(size):

return[[random.choice([0,1])for_inrange(size)]for_inrange(size)]

defprint_mine_field(mine_field):

forrowinmine_field:

print(''.join(['X'ifcellelse'.'forcellinrow]))

mine_field=create_mine_field(2)

print_mine_field(mine_field)

```

2.**傳感器應(yīng)用**：

-設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用紅外傳感器來(lái)檢測(cè)前方障礙物，并控制機(jī)器人停止或后退。

-代碼要求：編寫(xiě)Python代碼，模擬紅外傳感器的讀數(shù)，并根據(jù)讀數(shù)控制機(jī)器人的行動(dòng)。

-代碼示例：

```python

defdetect_obstacle(distance):

returndistance<10#假設(shè)10cm為障礙物檢測(cè)閾值

defmove_robot(distance):

ifdetect_obstacle(distance):

print("Obstacledetected,stoppingtherobot.")

else:

print("Noobstacle,movingforward.")

move_robot(5)

```

3.**邏輯編程**：

-編寫(xiě)一個(gè)程序，讓機(jī)器人根據(jù)一系列的傳感器輸入來(lái)決定下一步的行動(dòng)。

-代碼要求：使用條件語(yǔ)句和循環(huán)，模擬機(jī)器人的決策過(guò)程。

-代碼示例：

```python

defdecide_action(temperature,humidity,light):

iftemperature>30:

return"Cooldown"

elifhumidity>70:

return"Dehumidify"

eliflight<10:

return"Turnonlights"

else:

return"Donothing"

action=decide_action(temperature=35,humidity=75,light=5)

print(f"Therobotshould{action}.")

```

4.**團(tuán)隊(duì)協(xié)作**：

-設(shè)計(jì)一個(gè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，要求每個(gè)成員負(fù)責(zé)機(jī)器人程序中的一個(gè)模塊，最后合并成一個(gè)完整的程序。

-項(xiàng)目要求：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人導(dǎo)航程序，每個(gè)成員負(fù)責(zé)導(dǎo)航路徑規(guī)劃、障礙物檢測(cè)、路徑修正等模塊。

-代碼示例（假設(shè)模塊劃分）：

```python

#導(dǎo)航路徑規(guī)劃模塊

defplan_path():

#...

#障礙物檢測(cè)模塊

defdetect_obstacles():

#...

#路徑修正模塊

defcorrect_path():

#...

#主程序

defmain():

path=plan_path()

whilepathisnotNone:

obstacles=detect_obstacles()

ifobstacles:

path=correct_path()

else:

#繼續(xù)前進(jìn)

pass

main()

```

5.**問(wèn)題解決**：

-編寫(xiě)一個(gè)程序，讓機(jī)器人能夠識(shí)別不同的顏色，并根據(jù)顏色執(zhí)行不同的動(dòng)作。

-代碼要求：使用顏色傳感器數(shù)據(jù)，編寫(xiě)Python代碼來(lái)識(shí)別顏色，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

-代碼示例：

```python

defidentify_color(color_sensor_value):

ifcolor_sensor_valueinrange(500,600):#假設(shè)紅色傳感器的讀取值范圍

return"Red"

elifcolor_sensor_valueinrange(600,700):#假設(shè)綠色傳感器的讀取值范圍

return"Green"

else:

return"Unknown"

color=identify_color(color_sensor_value=550)

ifcolor=="Red":

print("Stopandturnright.")

elifcolor=="Green":

print("Continuestraight.")

else:

print("Waitforfurtherinstructions.")

```板書(shū)設(shè)計(jì)1.掃雷車(chē)工作原理

①掃雷車(chē)構(gòu)成：傳感器（觸覺(jué)、