第2單元第8課《碰撞運動——碰撞傳感器和機器人的避碰行走》-教學設計2023—2024學年清華大學版（2012）初中信息技術九年級下冊學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《碰撞運動——碰撞傳感器和機器人的避碰行走》-教學設計2023—2024學年清華大學版（2012）初中信息技術九年級下冊。本課內(nèi)容結(jié)合物理知識，引導學生了解碰撞傳感器的工作原理，并通過編程實現(xiàn)機器人的避碰行走，旨在培養(yǎng)學生的邏輯思維和編程能力。核心素養(yǎng)目標分析二、核心素養(yǎng)目標分析。培養(yǎng)學生信息意識，通過碰撞傳感器和機器人避碰行走的實踐，提升學生的計算思維和問題解決能力。增強學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，鼓勵學生在編程中探索和創(chuàng)造。同時，培養(yǎng)學生的合作意識，通過小組合作完成項目，提高團隊協(xié)作能力。學習者分析1.學生已經(jīng)掌握了哪些相關知識：學生在學習本課前，應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。在信息技術方面，學生應掌握了基礎的編程知識和簡單的圖形化編程環(huán)境使用。

2.學生的學習興趣、能力和學習風格：學生對科技和機器人相關內(nèi)容通常具有較高的興趣，愿意動手實踐。學生在編程能力方面存在差異，有的學生具備較強的邏輯思維和編程技巧，有的則可能需要更多的指導和幫助。學習風格上，學生可能偏重于動手操作，通過實際操作來學習新知識。

3.學生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學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。此外，學生在團隊合作中可能遇到溝通和分工的問題，需要教師引導他們學會有效溝通和協(xié)作。教學資源-硬件資源：碰撞傳感器、機器人套件（包括主控板、電機、傳感器接口等）、計算機（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、教學案例庫

-教學手段：實物演示、互動問答、小組合作討論教學過程一、導入

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

2.學生積極回答，教師總結(jié)：機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。

-學生觀察實物，提問并解答疑問。

2.教師通過實例演示，引導學生理解碰撞傳感器在機器人避障中的應用。

-展示一個簡單的機器人避障程序，分析其核心代碼。

-學生分析代碼，討論程序的作用和實現(xiàn)方式。

3.教師講解機器人編程的基本語法和常用函數(shù)，讓學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。

-學生跟隨教師進行編程練習，鞏固所學知識。

三、課堂實踐

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

-教師強調(diào)團隊合作的重要性，提醒學生合理分工。

-學生按照程序設計思路，逐步編寫避障程序。

2.教師巡視課堂，解答學生編程過程中的疑問，指導學生解決難題。

-教師針對學生提出的問題，給出解決方案。

-學生根據(jù)教師的指導，調(diào)整程序，完善避障功能。

3.學生展示編程成果，互相交流心得體會。

-學生分組演示機器人避障行走過程，分享編程經(jīng)驗和技巧。

-教師評價學生作品，鼓勵學生不斷創(chuàng)新。

四、拓展延伸

1.教師引導學生思考：除了碰撞傳感器，還有哪些傳感器可以實現(xiàn)機器人避障？

-學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)機器人避障，或設計一個更加復雜的機器人避障場景。

-學生根據(jù)教師布置的作業(yè)，進一步探索和學習相關知識。

五、課堂總結(jié)

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

2.學生總結(jié)學習心得，分享課堂實踐過程中的收獲和體會。

3.教師總結(jié)評價學生表現(xiàn)，肯定他們的努力和成果。教學資源拓展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，以及它們在機器人避障中的應用實例。

-機器人編程基礎：提供關于編程基礎知識的拓展，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用于機器人避障程序中。

-機器人控制理論：介紹機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器人避障的穩(wěn)定性和效率。

2.拓展建議：

-學生可以進一步研究不同類型的傳感器，了解它們的優(yōu)缺點，并設計實驗來測試不同傳感器的性能。

-鼓勵學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。

-建議學生參與機器人比賽或項目，如機器人足球、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。

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

-建議學生閱讀相關的科普書籍或在線教程，以獲得更深入的知識和啟發(fā)。

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

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

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

-學生在編程練習中表現(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，學生能夠圍繞碰撞傳感器的工作原理和編程實現(xiàn)進行深入討論，提出多種解決方案。

-學生在展示成果時，能夠清晰地闡述自己的思路和設計，得到其他同學的認可。

3.隨堂測試：

-進行隨堂測試，評估學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，大部分學生能夠正確理解碰撞傳感器的工作原理，并能運用所學知識編寫簡單的避障程序。

4.學生自評與互評：

-學生在課后進行自評，反思自己在課堂上的表現(xiàn)和學習成果。

-學生之間進行互評，互相指出優(yōu)點和不足，共同進步。

5.教師評價與反饋：

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

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

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

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

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

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

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

反思改進措施（二）存在主要問題

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

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

3.教學評價方式單一：目前的教學評價主要依賴于隨堂測試和作業(yè)完成情況，缺乏對學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。

反思改進措施（三）

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

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

3.在教學評價方面，我將引入更多實際操作的評價方式，如讓學生展示他們的機器人避障程序，或者要求他們撰寫項目報告，以全面評估學生的綜合能力。同時，我也會鼓勵學生進行自我評價和互評，以促進他們的自我反思和成長。板書設計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

-應用場景：機器人避障、自動門、停車場管理等

②機器人避障編程

-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機器人避障實踐

-機器人搭建：主控板、電機、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：

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

答案：

```plaintext

初始化：

設置傳感器為輸入模式

設置電機為輸出模式

循環(huán)：

如果傳感器檢測到碰撞信號

停止電機

否則

推進電機

```

2.例題：

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

答案：

```plaintext

初始化：

設置傳感器為輸入模式

設置電機為輸出模式

設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

否則

推進電機

```

3.例題：

機器人需要在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，使機器人以0.5米/秒的速度前進，當檢測到左側(cè)障礙物時停止，并在障礙物移開后繼續(xù)前進。

答案：

```plaintext

初始化：

設置傳感器為輸入模式

設置電機為輸出模式

設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

否則

推進電機

```

4.例題：

機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，使機器人以0.3米/秒的速度前進，當檢測到障礙物時停止，并在障礙物移開后繼續(xù)前進。

答案：

```plaintext