2023-2024學(xué)年天津市中小學(xué)生mixly創(chuàng)意編程 第17課 主動避障機器人-教學(xué)設(shè)計

2023-2024學(xué)年天津市中小學(xué)生mixly創(chuàng)意編程第17課主動避障機器人-教學(xué)設(shè)計主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：mixly創(chuàng)意編程

2.教學(xué)年級和班級：七年級（1）班

3.授課時間：2023年11月15日星期三第3節(jié)課

4.教學(xué)時數(shù)：1課時核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，通過編程實踐激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和解決問題的能力。

2.提升學(xué)生的計算思維，使學(xué)生能夠運用算法和邏輯思維解決實際問題。

3.增強學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)，使學(xué)生掌握基本的編程技能和編程工具的使用。

4.培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神，通過小組合作完成編程任務(wù)，提高溝通與協(xié)作能力。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點，

①理解主動避障機器人的工作原理，包括傳感器的工作方式以及如何通過編程控制機器人的移動。

②掌握使用mixly軟件進行編程的基本方法，包括如何設(shè)置變量、編寫循環(huán)語句和條件語句，以及如何調(diào)用函數(shù)實現(xiàn)避障功能。

③能夠根據(jù)機器人的具體構(gòu)造和傳感器布局，合理設(shè)計程序邏輯，確保機器人能夠準(zhǔn)確地檢測到障礙物并進行避讓。

2.教學(xué)難點，

①理解傳感器的響應(yīng)時間和精度，以及如何根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)調(diào)整機器人的移動策略。

②在編程中實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯判斷，如多條件分支和循環(huán)，以確保機器人能夠靈活應(yīng)對不同的避障情況。

③將理論知識與實際操作相結(jié)合，能夠根據(jù)編程結(jié)果調(diào)整硬件配置，解決實際操作中的問題。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時第一課時師生互動設(shè)計二次備課教學(xué)方法與策略1.采用講授與實驗結(jié)合的教學(xué)方法，通過講解主動避障機器人的基本原理，讓學(xué)生理解編程邏輯。

2.設(shè)計小組合作項目，讓學(xué)生分組進行機器人搭建和編程，通過實踐操作加深理解。

3.利用mixly軟件的圖形化編程界面，降低編程難度，提高學(xué)生的編程興趣。

4.結(jié)合游戲化教學(xué)，設(shè)計編程挑戰(zhàn)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高解決問題的能力。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

1.老師角色：親切地與學(xué)生打招呼，營造輕松的學(xué)習(xí)氛圍。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)：安靜地坐在座位上，準(zhǔn)備開始新的一節(jié)課。

老師：“同學(xué)們，今天我們來學(xué)習(xí)mixly創(chuàng)意編程中的第17課——主動避障機器人。你們有沒有聽說過機器人呢？它們在我們的生活中扮演著怎樣的角色呢？”

學(xué)生：“機器人可以清潔、搬運、照顧老人……”

老師：“很好，機器人確實在我們的生活中發(fā)揮著重要作用。今天，我們將一起了解如何使用mixly軟件編程，制作一個能夠主動避障的機器人。接下來，請同學(xué)們打開mixly軟件，準(zhǔn)備開始我們的學(xué)習(xí)之旅?！?/p>

二、新課導(dǎo)入

1.老師角色：詳細(xì)講解主動避障機器人的工作原理和編程方法。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)：認(rèn)真聽講，做好筆記。

老師：“首先，我們來了解一下主動避障機器人的工作原理。它主要由以下幾個部分組成：傳感器、控制器、電機和電池。傳感器用于檢測周圍環(huán)境，控制器負(fù)責(zé)處理傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并控制電機進行相應(yīng)的動作，從而使機器人避開障礙物。”

老師：“接下來，我們來看看如何使用mixly軟件進行編程。首先，我們需要選擇合適的傳感器模塊和電機模塊。在mixly軟件中，我們可以通過拖拽模塊來構(gòu)建程序。例如，我們可以使用紅外傳感器檢測前方是否有障礙物，當(dāng)檢測到障礙物時，控制器會控制電機使機器人轉(zhuǎn)向?！?/p>

三、分組合作

1.老師角色：將學(xué)生分成小組，每組一個機器人模型和一個電腦。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)：分組合作，開始搭建和編程機器人。

老師：“現(xiàn)在，請大家分組合作，開始搭建和編程你們的機器人。在搭建過程中，要注意傳感器和電機的連接，確保機器人能夠正常工作。在編程過程中，要根據(jù)傳感器傳來的數(shù)據(jù)，編寫相應(yīng)的程序，使機器人能夠主動避障?！?/p>

四、實踐操作

1.老師角色：巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生疑問，確保每個小組都能順利完成機器人搭建和編程。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)：在老師的指導(dǎo)下，努力完成機器人搭建和編程。

老師：“同學(xué)們，現(xiàn)在請大家開始實踐操作。在操作過程中，如果遇到問題，可以隨時向我或其他同學(xué)請教。記住，團隊合作很重要，要學(xué)會互相幫助?！?/p>

五、展示與交流

1.老師角色：組織學(xué)生進行展示和交流，讓學(xué)生分享自己的成果。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)：認(rèn)真觀看其他小組的展示，學(xué)習(xí)他們的優(yōu)點，反思自己的不足。

老師：“現(xiàn)在，請大家將自己的機器人展示給大家。展示完畢后，我們可以互相交流，分享自己的心得體會。同時，也可以提出一些改進意見，幫助其他小組提高?！?/p>

六、總結(jié)與反思

1.老師角色：對本次課程進行總結(jié)，強調(diào)重點和難點。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)：認(rèn)真聽講，回顧所學(xué)內(nèi)容。

老師：“同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了主動避障機器人的制作方法。通過這次課程，我們不僅掌握了mixly軟件的編程技巧，還了解了傳感器、控制器和電機等硬件知識。希望大家能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運用到實際生活中，發(fā)揮機器人的作用。”

老師：“最后，請大家談?wù)勛约旱氖斋@和不足。在今后的學(xué)習(xí)中，我們要不斷努力，提高自己的編程能力?！?/p>

七、布置作業(yè)

1.老師角色：布置課后作業(yè)，鞏固所學(xué)知識。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)：認(rèn)真完成作業(yè)，為下一節(jié)課做好準(zhǔn)備。

老師：“今天的課程就到這里，請大家認(rèn)真完成以下作業(yè)：1.根據(jù)所學(xué)知識，編寫一個能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜避障功能的程序；2.嘗試使用其他傳感器，使機器人具備更多的功能?！?/p>

老師：“希望大家在課后能夠繼續(xù)探索，不斷挑戰(zhàn)自己，成為更好的程序員?！敝R點梳理1.主動避障機器人的基本構(gòu)成

-傳感器：紅外傳感器、超聲波傳感器等，用于檢測周圍環(huán)境中的障礙物。

-控制器：Arduino或其他微控制器，負(fù)責(zé)處理傳感器數(shù)據(jù)并控制電機動作。

-電機：用于驅(qū)動機器人移動的直流電機。

-電池：為機器人提供電能的電源。

2.傳感器的工作原理

-紅外傳感器：通過發(fā)射和接收紅外信號來檢測障礙物的距離。

-超聲波傳感器：發(fā)射超聲波并接收反射回來的聲波，根據(jù)聲波往返時間計算障礙物距離。

3.控制器編程基礎(chǔ)

-變量：用于存儲數(shù)據(jù)，如距離、速度等。

-循環(huán)語句：重復(fù)執(zhí)行一段代碼，如while循環(huán)、for循環(huán)。

-條件語句：根據(jù)條件判斷執(zhí)行不同的代碼分支，如if語句、if-else語句。

4.電機控制編程

-設(shè)置電機速度：通過PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號控制電機轉(zhuǎn)速。

-控制電機方向：通過改變電機的輸入電壓極性來控制電機轉(zhuǎn)動方向。

5.編程環(huán)境——mixly軟件

-圖形化編程界面：通過拖拽模塊來構(gòu)建程序，降低編程難度。

-模塊庫：提供豐富的功能模塊，如傳感器、電機控制、顯示等。

6.編程步驟

-確定機器人硬件配置：選擇合適的傳感器、控制器、電機和電池。

-編寫程序：根據(jù)機器人功能和需求，編寫控制代碼。

-測試程序：將程序上傳到控制器，觀察機器人是否按預(yù)期工作。

-調(diào)試程序：根據(jù)測試結(jié)果，調(diào)整程序和硬件配置，直到機器人能夠穩(wěn)定工作。

7.避障算法

-簡單避障：根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到障礙物時，使機器人停止或轉(zhuǎn)向。

-復(fù)雜避障：實現(xiàn)多傳感器融合，根據(jù)不同情況采取不同的避障策略。

8.機器人編程實踐

-傳感器數(shù)據(jù)讀取：讀取傳感器數(shù)據(jù)，如距離、速度等。

-電機控制：控制電機速度和方向，使機器人移動。

-顯示信息：在顯示屏上顯示相關(guān)信息，如距離、速度等。

9.項目評估與改進

-評估機器人性能：測試機器人避障效果、移動速度等。

-收集反饋：收集用戶反饋，了解機器人功能和性能的改進方向。

-改進設(shè)計：根據(jù)評估結(jié)果和反饋，優(yōu)化機器人設(shè)計和程序。課堂1.課堂提問與討論

-老師在課堂上通過提問來檢驗學(xué)生對主動避障機器人編程概念的理解程度。例如，詢問學(xué)生關(guān)于傳感器如何工作、如何通過編程來控制電機動作等問題。

-鼓勵學(xué)生參與討論，通過小組合作的方式提出問題和解決方案，以培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和批判性思維。

2.觀察與反饋

-老師在課堂上觀察學(xué)生的操作和編程過程，注意學(xué)生是否能夠正確連接硬件、是否能夠理解編程邏輯、是否能夠獨立解決問題。

-對于操作不當(dāng)或編程錯誤的學(xué)生，老師應(yīng)及時提供指導(dǎo)，幫助他們找到問題所在，并提供解決問題的方法。

3.實時測試

-通過編寫簡單的測試程序，讓學(xué)生在課堂上即時展示他們的編程能力。

-測試可能包括要求學(xué)生編寫一段代碼來控制機器人執(zhí)行特定的動作，或者要求他們修改現(xiàn)有程序以改進機器人性能。

4.作業(yè)評價

-學(xué)生完成課后作業(yè)后，老師會對作業(yè)進行詳細(xì)批改，包括對代碼的準(zhǔn)確性、邏輯性和效率進行評估。

-作業(yè)評價不僅關(guān)注最終結(jié)果，還會對學(xué)生的編程過程和思考過程進行評價，以鼓勵學(xué)生深入思考和學(xué)習(xí)。

5.學(xué)生自評與互評

-老師可以引導(dǎo)學(xué)生進行自我評價，讓學(xué)生反思自己在編程過程中的表現(xiàn)，識別自己的強項和需要改進的地方。

-互評環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以互相查看對方的代碼，提供反饋和建議，這有助于學(xué)生之間的學(xué)習(xí)和互助。

6.成績記錄與反饋

-老師將學(xué)生的課堂表現(xiàn)、作業(yè)成績和測試結(jié)果記錄在成績冊上，并及時反饋給學(xué)生。

-反饋應(yīng)具體、有建設(shè)性，既要指出學(xué)生的不足，也要肯定他們的進步和努力。

7.定期回顧與總結(jié)

-定期組織學(xué)生進行回顧和總結(jié)會議，讓學(xué)生分享自己在學(xué)習(xí)過程中的心得體會，以及遇到的挑戰(zhàn)和解決方案。

-通過這些會議，老師可以更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，同時也能夠調(diào)整教學(xué)策略以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

8.家長溝通

-定期與家長溝通，分享學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)和進步，以及學(xué)生在家庭作業(yè)和項目中的表現(xiàn)。

-家長反饋對于了解學(xué)生全面情況、協(xié)同教育具有重要意義。板書設(shè)計1.主動避障機器人編程基礎(chǔ)

①傳感器類型：紅外傳感器、超聲波傳感器

②控制器功能：數(shù)據(jù)處理、指令輸出

③電機控制：速度、方向

2.編程環(huán)境mixly簡介

①圖形化編程界面

②模塊庫：傳感器、電機控制、顯示

3.編程步驟

①硬件配置：傳感器、控制器、電機、電池

②編寫程序：變量、循環(huán)、條件語句

③測試程序：上傳、運行、觀察

④調(diào)試程序：修改、優(yōu)化、重復(fù)測試

4.避障算法

①簡單避障：障礙物檢測、停止/轉(zhuǎn)向

②復(fù)雜避障：多傳感器融合、策略選擇

5.編程實踐

①傳感器數(shù)據(jù)讀?。壕嚯x、速度

②電機控制：速度、方向調(diào)整

③顯示信息：數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)反饋

6.項目評估與改進

①機器人性能評估：避障效果、移動速度

②用戶反饋：收集、分析、改進方向

③設(shè)計優(yōu)化：程序調(diào)整、硬件改進教學(xué)反思教學(xué)反思

今天上了關(guān)于主動避障機器人的mixly編程課程，我覺得整體來說效果還不錯，但也有一些地方需要反思和改進。

首先，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在編程時對傳感器的工作原理理解得不夠深入。雖然我在課堂上詳細(xì)講解了紅外傳感器和超聲波傳感器的原理，但是在實際操作中，有些學(xué)生還是不太能理解如何根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)來調(diào)整機器人的行為。我覺得這可能是因為理論知識與實踐操作之間的連接不夠緊密。我計劃在接下來的課程中，通過更多的實際操作和案例研究，讓學(xué)生更直觀地理解傳感器的應(yīng)用。

其次，我在課堂上的提問和討論環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生的參與度不高。有些學(xué)生似乎對自己的編程能力不太自信，不愿意在課堂上提出問題和分享自己的想法。這讓我意識到，作為老師，我需要創(chuàng)造一個更加包容和支持的學(xué)習(xí)環(huán)境，鼓勵每個學(xué)生都敢于嘗試和表達(dá)。我打算在今后的教學(xué)中，更多地使用小組合作的方式，讓每個學(xué)生都有機會參與到討論中來。

再者，我注意到在編程過程中，有些學(xué)生遇到問題時，往往只能解決表面問題，而無法深入到問題的根源。這可能是因為他們的編程邏輯不夠清晰。在未來的教學(xué)中，我會更加注重編程邏輯的培養(yǎng)，通過教授更復(fù)雜的編程結(jié)構(gòu)，如嵌套循環(huán)和條件