《有趣的超聲波傳感器》教學設計--郝勁峰

1、綜合實踐研究性學習開展創(chuàng)新性活動 品位創(chuàng)新的快樂有趣的超聲波傳感器北京市豐臺區(qū)豐臺第五小學郝勁峰一、指導思想與理論依據（一）指導思想綜合實踐的總目標是密切學生與生活的聯系，推進學生對自然、社會和自我之內在聯系的整體認識與體驗，發(fā)展學生的創(chuàng)新能力、實踐能力以及良好的個性品質。（二）理論依據1 .堅持學生的自主選擇和主動參與，發(fā)展學生的創(chuàng)新精神和實踐能力綜合實踐活動的實施要以學生的直接經驗或體驗為基礎，將學生的需要、動機和興趣置于核心地位，充分發(fā)揮學生的主動性和積極性，鼓勵學生自主選擇活動主題，積極開展活動，在活 動中發(fā)展創(chuàng)新精神和實踐能力。2 .面向學生完整的生活領域，為學生提供開放的個性發(fā)展空

2、間綜合實踐活動的實施是面向學生完整的生活領域，引領學生走向現實的社會生活，促進學生與生活的聯系，為學生的個性發(fā)展提供開放的空間。3 .注重學生的親身體驗和積極實踐，促進學習方式的變革綜合實踐活動的實施強調學生樂于探究、勤于動手和勇于實踐，注重學生在實踐性學習 活動過程中的體驗和感受，要求學生超越單一的接受學習，親身經歷實踐過程，體驗實踐活 動，實現學習方式的變革。二、教材分析1 .教學內容：有趣的超聲波傳感器是我校自主開發(fā)的機器人校本課程中的四年級部分。本課共分 為兩課時，第一課時，學生學習認識超聲波的概念，理解超聲波傳感器測距的原理，并能夠 使用超聲波進行實際距離的測量。本節(jié)課重點在與超聲波

3、在程序中的應用，通過超聲波等待 模塊的使用來實現自動停車，機器人避障的效果，讓學生感受程序與傳感器共用所帶來的神 奇與樂趣。2 .知識背景：（1）聲 波：發(fā)聲體產生的振動在空氣或其他物質中的傳播叫做聲波。根據震動頻率及人耳朵能夠聽到的范圍分為次聲波（震動頻率 20赫茲一下），聲波（震動頻率在 20-20000赫茲 之間），超聲波（震動頻率在 20000赫茲以上）（2）超聲波：聲音的震動頻率在 20000赫茲以上，超出人耳朵能夠聽到的范圍的聲波。超 聲波具有良好的指向性、傳導性。（3）超聲波傳感器：將超聲波信號轉換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器。，多用 于測距、醫(yī)療檢查、金屬探傷、雷達等

4、設計，為人們的工作和生活提供了方便。自主課堂呈現精彩實踐研究成就幸福型次聲灑一 聲被 _ 超聲波波*rk1IO1 IO2 1OJ 104 IO5 1 ?10 燦作為教師，選擇的活動載體，一定要既具有普遍性，同時又能夠突顯出教育目標。在活 動過程中，學生的主要精力應放在對方法的掌握和運用上，盡量避免過難的知識對主要教學 目標的達成產生較大的干擾和阻礙。本次活動方案選擇“超聲波”作為活動的載體，有兩層含 義：從生活中看，超聲波是聲音的一種，源于學生的生活；從科學上看超聲波又具有很多有 神奇的特性，激發(fā)學生對科學的興趣和求知欲。三、學情分析本課是四年級的活動內容，學生具備一定的創(chuàng)新精神和實踐能力。在

5、進行這一課前，學 生已經掌握了機器人的基礎知識與技能，對機器人的搭建和程序的編寫有了一年的基礎，并 理解認識了超聲波的概念及測距原理，并能夠使用超聲波傳感器進行正確測距。我校地處豐臺腹地，2008年就將機器人引入學校，學校有豐富的科技活動，學生受學校 家庭熏陶和環(huán)境的影響，從小就有強烈的好奇心、創(chuàng)造能力和參與意識。四、教學流程示意圖復習超聲波傳感器測距原理挑戰(zhàn)任務一：自動剎車機器人超聲波等待模塊的初步使挑戰(zhàn)任務二：有效距離測試培養(yǎng)學生勇于嘗試和探索挑戰(zhàn)任務三：避障機器人初級挑戰(zhàn)任務四：避障機器人進階組內分工、討論、調試具體問題的解決能力評估、記錄其他組作品總結提高、反思拓展五、教學目標1 .理

6、解超聲波測距的原理2 .能夠使用超聲波傳感器測量距離，并認識了解超聲波在生活中的應用3 .掌握超聲波傳感器等待模塊的應用，并利用此模塊設計相應程序實例4 .養(yǎng)成嚴謹求實的研究作風，培養(yǎng)學生善于思考、積極解決問題的科學精神。六、教學重難點教學重點：本課的重點是超聲波傳感器應用的原理及等待模塊的使用，要求學生能夠熟練使用超聲波 傳感器的等待模塊完成課堂中的最終避障機器人的調試。教學難點：超聲波傳感器等待模塊的理解，學生以前所學習的都是順序程序，超聲波傳感器的等待模 塊可以認為是分支程序的另一種形式，即當條件達成后如何執(zhí)行，當條件未達成時如何執(zhí)行，學生 如何理解是本課的關鍵。七、教具準備樂高公司生產

7、的EV3教育機器人，它是一套具有很高科技含量的智能化科學教育系統。特點是用計算機編程，單板機控制，多種傳感器，電動機、燈泡、喇叭輸出的智能化系統。課堂中每一個小組使用一套包含 700多個積木零件及各種傳感器的教學材料?，F在學生不缺乏創(chuàng)新精神，而他們少的是將創(chuàng)新思路轉變?yōu)閷嶋H物品的載體，而樂高機器人中種類繁多的零部件就可以很好地達成學生將設想轉為實際的目的。使用樂高，“只有想不到的，沒有做不到的。”電教設備：計算機、視頻投影、實物展臺。九、教學過程實現學生自主成長的思路與方法一、導入問題導入，我們在上一節(jié)課對超聲波傳感器有了一個初步的認識了解。其中超聲波傳感器一個最重要的功能就是測量距離，郝老師

8、前幾天帶領機器人小組的同學剛參加完創(chuàng)客競賽，他們做了一個自動升降吸收臺，大家觀察一下，這個自動升降洗手臺能夠根據來的人的身高自動調節(jié)洗手臺的高度，那么你觀察一下它最上面的超聲波傳感器能夠起什么作用？它的工作原理是什么呢?二、新授我們利用超聲波傳感器測距的功能可以實現很多有意思的程序設計。今天我們就一起嘗試體驗一 下超聲波傳感器的神奇.任務一：自動剎車機器人在我們的生活中超聲波傳感器的應用非常廣泛，最常見的比如我們汽車的倒車雷達，當汽車倒車的 時候它可以幫助檢測后方障礙物，通過聲音做出提醒。汽車安全配置中現在出現了一個非常人性化的高科技配置，并且已經開始廣泛配置在咱們的家用汽 車上，那就是自動剎

9、車系統，當檢測到前方有障礙物時就能自動剎停。車頭的前方也安裝了一個類似 超聲波傳感器的設備，時刻監(jiān)測前方的情況，一旦前方出現了障礙物，它就能夠幫助你把車剎停！它是如何實現的呢？我們今天就通過我們的機器人來體會這一神奇的功能。教師出示任務一：制作自動剎車機器人，要求機器人前進，在障礙物前20厘米處停車。教師黑板演示黑板右側畫一個長方形障礙物，教師拿機器人為學生演示機器人行進的過程，一邊演示一邊出示板 書：1、機器人首先要前進，這次的前進還是一圈兩圈嗎？不是，是一直前進，所以一會我們所使用的 模塊是移動轉向模塊中的開啟。板書出示：一前進2、機器人在前進的過程中一直要等待超聲波傳感器來檢測前方障礙物

10、的距離。板書出示：一等待 超聲波檢測距離3、機器人一直向前走，當距離障礙物的距離小于安全距離時，（板書虛線，作為安全距離），停 止，使用移動轉向模塊選擇關閉。教師演示，拖動一個移動轉向模塊，選擇開啟。引導學生應該是一直往前走，等待超聲波檢測到前方的障礙物。所以移動轉向模塊設置為開啟。今天我們將學習一個新的模塊，等待模塊，在流程控制選項卡中， 有一個小沙漏，它叫做等待模塊,可以等待時間，比如說我們的大眼睛持續(xù)顯示5秒，也可以是等待某種條件，如今天我們將要選擇的超神波傳感器 一比較一距離為了我們的機器人能在一個安全距離停下來，我們將距離設置為小于20厘米，當機器人檢測到距離小于20厘米后，該讓機器

11、人干什么了？停車，所以我們需要在第二個模塊的后面添加一個停車的模 塊，停車的模塊如何來制作呢，在這里老師給一個提醒，可以用移動轉向模塊來做，該如何做呢？自 己試試看吧。比一比誰的小車能夠自動停下來。任務二：自動剎車機器人進階如果能夠停車成功，可以挑戰(zhàn)高難度任務，看看能夠在多少厘米距離停下。并思考以下問題：1 .我們的超聲波傳感器能夠精確測量的最近距離是多少呢？2 .如果低于這個距離會出現什么現象呢？3 .為什么會出現這種現象？任務三：避障機器人初級隨著科技的發(fā)展，現在的汽車駕駛也有了新的進步，并且很多公司都已經研制出來并進行試驗了,你們知道這個技術是什么嗎？我們利用我們今天所學習的知識也可以完

12、成一個最簡單的自動駕駛機器 人，我們稱之為避障機器人。我們的機器人不僅僅在遇到障礙物的時候可以停下來，甚至可以轉彎自動躲避障礙，該如何制作程序呢？教師演示，機器人前進、等待超聲波、停止后需要做什么動作？學生回答“左轉或右轉”，教師板書匚 跟問：轉彎之后又該怎么樣了？學生回答：繼續(xù)前進，等待超聲波檢測教師跟問：機器人在一次次的重復相同的動作，所以我們要在最外面加上一個循環(huán)模塊教師板書學生實踐操作，制作避障機器人。比一比誰的機器人能夠在桌子上行走二十秒鐘而不撞到障礙物,提示，因為桌子的邊比較低，所以可以用手在桌邊外攔擋。任務四：提問：我們如何讓我們的避障機器人更穩(wěn)定呢？對照程序，與學生一起分析提高

13、避障機器人穩(wěn)定性可行的方法：可以前進的速度，檢測的距離、轉彎的角度都可以進行適當的調整。給大家五分鐘調整測試時間，五分鐘后我們進行比賽。任務五：學生調整對應參數后進行兩輪比賽，避障機器人20秒競賽，看誰能夠堅持住 20秒不碰到桌子的邊沿。三、總結你都進行了哪些調整，說一說你成功的經驗。延展，超聲波傳感器除了制作壁障機器人和自動剎車機器人外還可以有很多應用，如自動門，如 自動上水系統為學生演示一些超聲波應用的作品。希望你能夠通過機器人課程的學習，使用超聲波 傳感器發(fā)明創(chuàng)造出屬于你的作品來！同時為大家留一個作業(yè)：思考一下，真正的自動剎車系統是分幾種情況的，當比較遠的時候發(fā)出 警報，并開始減速，當接

14、近物體時停車，這個程序我們該如何設計。課下留給同學們思考，我們下次 課一起繼續(xù)探討。板書設計有趣的超聲波傳感器廣,障礙物前進等待超聲波檢測停止10厘米十、課后反思超聲波傳感器是機器人課程中比較重要的一課內容，四年級作為程序的進階學習，要求通過一年的機器人課程學習，能夠學習認識程序設計的三大結構，認識掌握四種EV3傳感器的原理及作用，并能夠簡單的程序應用。超聲波傳感器在本次教學中共分為兩課時，第一課時，學生學習理解超聲波的概念，及使用控制器進 行超聲波測量距離的方法，第二課時，學習掌握超聲波等待模塊的應用，掌握基本的超聲波傳感器的使用 方法。第一課時通過測量桌子、椅子及同學之間的身高，讓學生理解超聲波傳感器的作用及方法，第二課時 通過自動剎車機器人