第十三課 智能避障車教學(xué)設(shè)計　-2023-2024學(xué)年青島版（2019）初中信息技術(shù)第四冊

第十三課智能避障車教學(xué)設(shè)計-2023—2024學(xué)年青島版（2019）初中信息技術(shù)第四冊科目授課時間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級、授課課時授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）第十三課智能避障車教學(xué)設(shè)計-2023—2024學(xué)年青島版（2019）初中信息技術(shù)第四冊教學(xué)內(nèi)容第十三課智能避障車教學(xué)設(shè)計-2023—2024學(xué)年青島版（2019）初中信息技術(shù)第四冊

本課內(nèi)容圍繞智能避障車的制作和程序設(shè)計展開。教材涵蓋了避障車的基本原理、硬件組成、編程方法和調(diào)試技巧。具體內(nèi)容包括：了解避障車的工作原理，學(xué)習(xí)使用傳感器進(jìn)行障礙物檢測；掌握Arduino編程語言，實現(xiàn)避障車的基本功能；學(xué)習(xí)調(diào)試和優(yōu)化程序，提高避障車的性能。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。通過智能避障車的制作，學(xué)生能夠理解信息技術(shù)與生活的緊密聯(lián)系，提高問題解決能力和創(chuàng)新實踐能力。學(xué)生將學(xué)會運用計算思維分析問題，通過編程實現(xiàn)智能控制，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問題的能力，同時增強對科技的興趣和責(zé)任感。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握的相關(guān)知識：

學(xué)生在本節(jié)課前應(yīng)已具備基本的計算機操作能力和簡單的編程知識，如熟悉鼠標(biāo)和鍵盤的使用，了解基本的編程概念，如變量、循環(huán)、條件語句等。此外，學(xué)生可能對電子制作和傳感器有一定了解，這將有助于他們更好地理解和制作智能避障車。

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

初中學(xué)生對新鮮事物充滿好奇心，對科技產(chǎn)品特別感興趣。他們通常具有較強的動手能力和創(chuàng)新意識，喜歡通過實踐來學(xué)習(xí)新知識。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生可能偏好通過實驗和操作來學(xué)習(xí)，而另一部分學(xué)生可能更傾向于通過理論學(xué)習(xí)來掌握知識。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可能會遇到以下困難和挑戰(zhàn)：一是編程邏輯的理解和運用，特別是對于初次接觸Arduino編程的學(xué)生來說，理解程序的結(jié)構(gòu)和流程圖可能較為困難；二是硬件連接和調(diào)試，學(xué)生在實際操作中可能會遇到連接錯誤或設(shè)備故障等問題；三是創(chuàng)新設(shè)計，如何在有限的時間和資源下設(shè)計出性能更優(yōu)的避障車，這對學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作能力提出了較高要求。教師需針對這些難點進(jìn)行針對性指導(dǎo)和幫助。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有《青島版初中信息技術(shù)第四冊》教材，以便查閱相關(guān)知識點。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與智能避障車相關(guān)的圖片、圖表、視頻等多媒體資源，用于輔助講解和演示。

3.實驗器材：包括Arduino開發(fā)板、傳感器模塊、車輪、電池等，確保實驗器材的完整性和安全性。

4.教室布置：布置教室環(huán)境，設(shè)立分組討論區(qū)和實驗操作臺，便于學(xué)生分組討論和動手實踐。教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課（用時5分鐘）

-展示智能避障車的視頻片段，引起學(xué)生興趣。

-提問：同學(xué)們，你們知道避障車是如何工作的嗎？它有哪些用途？

-引導(dǎo)學(xué)生思考，為新課學(xué)習(xí)做鋪墊。

2.新課講授（用時15分鐘）

-第一條內(nèi)容：講解避障車的工作原理，介紹傳感器的作用和類型。

-示例：通過實物展示和簡單實驗，讓學(xué)生直觀理解傳感器的工作原理。

-第二條內(nèi)容：介紹Arduino開發(fā)板的基本功能和使用方法。

-示例：展示Arduino開發(fā)板的組成部分，講解編程環(huán)境搭建和簡單編程。

-第三條內(nèi)容：講解避障車的編程思路和代碼編寫方法。

-示例：通過實例代碼，分析避障車編程的邏輯和流程。

3.實踐活動（用時15分鐘）

-第一條內(nèi)容：分組討論，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識設(shè)計避障車的基本程序。

-示例：要求學(xué)生分組討論，設(shè)計出能夠避開簡單障礙物的避障車程序。

-第二條內(nèi)容：動手實踐，學(xué)生根據(jù)設(shè)計好的程序，連接電路并進(jìn)行編程。

-示例：指導(dǎo)學(xué)生連接Arduino開發(fā)板、傳感器和電機等硬件，編寫程序。

-第三條內(nèi)容：調(diào)試與優(yōu)化，學(xué)生測試避障車性能，并根據(jù)反饋進(jìn)行優(yōu)化。

-示例：讓學(xué)生測試避障車在特定環(huán)境下的表現(xiàn)，記錄測試結(jié)果，分析問題并進(jìn)行改進(jìn)。

4.學(xué)生小組討論（用時10分鐘）

-第一方面內(nèi)容：討論避障車程序的編寫技巧。

-示例：小組討論如何優(yōu)化代碼，提高避障車的反應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

-第二方面內(nèi)容：分享避障車設(shè)計的心得體會。

-示例：各小組分享在設(shè)計和制作過程中的成功經(jīng)驗和遇到的困難。

-第三方面內(nèi)容：討論如何提高避障車的性能。

-示例：探討如何通過改進(jìn)傳感器、電路設(shè)計等方面來提升避障車的性能。

5.總結(jié)回顧（用時5分鐘）

-總結(jié)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，強調(diào)智能避障車制作的關(guān)鍵步驟。

-示例：回顧避障車的工作原理、編程方法和調(diào)試技巧。

-強調(diào)本節(jié)課的重難點，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注創(chuàng)新設(shè)計和團(tuán)隊合作。

-示例：指出編程邏輯和創(chuàng)新設(shè)計是本節(jié)課的重點，團(tuán)隊合作是難點。

-布置課后作業(yè)，要求學(xué)生完成避障車的進(jìn)一步設(shè)計和改進(jìn)。

-示例：課后要求學(xué)生嘗試在避障車上添加更多功能，如燈光、音樂等。

教學(xué)流程總結(jié)：

本節(jié)課通過導(dǎo)入新課、新課講授、實踐活動、小組討論和總結(jié)回顧等環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生掌握智能避障車的制作方法，培養(yǎng)計算思維和創(chuàng)新能力。教學(xué)過程中，注重理論與實踐相結(jié)合，通過動手實踐和小組討論，讓學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)習(xí)知識，提高技能。整個教學(xué)流程用時不超過45分鐘。教學(xué)資源拓展一、拓展資源

1.Arduino編程語言基礎(chǔ)

-介紹Arduino編程語言的基本語法和常用函數(shù)，如數(shù)字和模擬輸入輸出、串口通信等。

-提供Arduino官方文檔和教程鏈接，幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)編程語言。

2.傳感器原理與應(yīng)用

-詳細(xì)介紹各種傳感器的工作原理和特點，如紅外傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器等。

-提供傳感器應(yīng)用實例，如溫度傳感、光線傳感、距離傳感等。

3.電路設(shè)計與制作

-介紹電路圖的基本構(gòu)成和繪制方法，如電阻、電容、二極管、三極管等電子元件的識別和連接。

-提供電路設(shè)計軟件和在線電路仿真工具，幫助學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計和仿真。

4.物理知識在避障車中的應(yīng)用

-講解物理知識在避障車中的具體應(yīng)用，如力學(xué)、運動學(xué)、光學(xué)等。

-提供相關(guān)物理實驗和案例，幫助學(xué)生理解物理知識在工程中的應(yīng)用。

二、拓展建議

1.學(xué)生可以嘗試使用不同的傳感器模塊，如紅外、超聲波、光電等，來豐富避障車的功能。

-建議學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解不同傳感器的特點和應(yīng)用場景。

-通過實際操作，學(xué)生可以學(xué)會如何根據(jù)需求選擇合適的傳感器，并實現(xiàn)避障車功能的拓展。

2.學(xué)生可以學(xué)習(xí)使用電路設(shè)計軟件，如Eagle、AltiumDesigner等，繪制電路圖和進(jìn)行電路仿真。

-建議學(xué)生從簡單的電路開始學(xué)習(xí)，逐步提高電路設(shè)計的復(fù)雜度。

-通過軟件學(xué)習(xí)和實踐，學(xué)生可以掌握電路設(shè)計的基本流程和技巧。

3.學(xué)生可以嘗試在避障車上添加額外的功能，如燈光、音樂、無線通信等，使避障車更加智能和有趣。

-建議學(xué)生結(jié)合實際需求，設(shè)計并實現(xiàn)這些額外功能。

-通過創(chuàng)新設(shè)計，學(xué)生可以提高自己的動手能力和解決問題的能力。

4.學(xué)生可以參加相關(guān)的科技競賽或項目，如Arduino比賽、機器人比賽等，將所學(xué)知識應(yīng)用于實際項目中。

-建議學(xué)生積極參與，與團(tuán)隊成員合作，共同完成項目。

-通過競賽和項目實踐，學(xué)生可以鍛煉自己的團(tuán)隊合作能力和項目管理能力。

5.學(xué)生可以閱讀相關(guān)書籍和文獻(xiàn)，深入了解智能避障車和相關(guān)技術(shù)。

-建議學(xué)生選擇適合自己水平的書籍和文獻(xiàn)，逐步提高自己的知識水平。

-通過閱讀，學(xué)生可以拓寬知識面，為將來的學(xué)習(xí)和研究打下堅實基礎(chǔ)。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)向教學(xué)

-我們在教學(xué)中注重實踐操作，讓學(xué)生通過動手制作智能避障車來學(xué)習(xí)理論知識。這種實踐導(dǎo)向的教學(xué)方法可以讓學(xué)生更直觀地理解抽象的概念，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和動手能力。

2.項目式學(xué)習(xí)

-我們采用項目式學(xué)習(xí)的方式，讓學(xué)生在一個完整的工程項目中學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識。這種教學(xué)方式有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力、問題解決能力和創(chuàng)新思維。

反思改進(jìn)措施（二）存在主要問題

1.學(xué)生基礎(chǔ)差異較大

-在教學(xué)過程中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生的信息技術(shù)基礎(chǔ)參差不齊，有的學(xué)生對編程和硬件知識比較熟悉，而有的學(xué)生則較為陌生。這導(dǎo)致在實踐活動中，部分學(xué)生能夠迅速上手，而另一些學(xué)生則感到困難重重。

2.教學(xué)資源分配不均

-教學(xué)資源如實驗器材和教材的分配不均，影響了部分學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。尤其是在實驗環(huán)節(jié)，器材的不足可能導(dǎo)致部分學(xué)生無法完成實驗，影響學(xué)習(xí)體驗。

3.評價方式單一

-我們主要依賴學(xué)生的實驗報告和課堂表現(xiàn)來評價他們的學(xué)習(xí)成果，這種評價方式可能無法全面反映學(xué)生的實際能力和潛力。

反思改進(jìn)措施（三）

1.分層教學(xué)，滿足不同學(xué)生需求

-針對學(xué)生基礎(chǔ)差異大的問題，我們可以實施分層教學(xué)，為不同水平的學(xué)生提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源和指導(dǎo)。對于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，可以通過輔導(dǎo)和額外練習(xí)來幫助他們跟上進(jìn)度；對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，可以提供更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，鼓勵他們進(jìn)一步探索和創(chuàng)新。

2.優(yōu)化資源分配，確保教學(xué)效果

-為了解決教學(xué)資源分配不均的問題，我們可以定期檢查和更新教學(xué)資源，確保每位學(xué)生都能平等地獲得學(xué)習(xí)機會。同時，可以通過學(xué)校或外部機構(gòu)的支持，增加實驗器材和教材的投入。

3.多元化評價，全面評估學(xué)生能力

-為了更全面地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，我們可以采用多元化的評價方式，包括實驗報告、課堂表現(xiàn)、小組討論、個人項目等多種形式。此外，可以引入學(xué)生自評和互評，讓學(xué)生在評價過程中反思自己的學(xué)習(xí)過程和成果。教學(xué)評價與反饋1.課堂表現(xiàn)：

-評價學(xué)生是否積極參與課堂討論，如提問、回答問題、參與小組活動等。

-觀察學(xué)生在實驗過程中的操作是否規(guī)范，是否能按照步驟完成實驗任務(wù)。

-評估學(xué)生在課堂上的注意力和參與度，如是否認(rèn)真聽講、是否按時完成作業(yè)等。

2.小組討論成果展示：

-評價小組成員之間的溝通與合作效果，如是否能有效分工、是否能共同解決問題。

-評估小組設(shè)計的避障車方案的創(chuàng)新性和實用性，如是否考慮了多種傳感器、是否優(yōu)化了電路設(shè)計等。

-觀察學(xué)生在展示過程中是否能夠清晰、準(zhǔn)確地表達(dá)自己的想法和設(shè)計思路。

3.隨堂測試：

-通過隨堂測試，評估學(xué)生對避障車制作相關(guān)知識的掌握程度，如傳感器的工作原理、Arduino編程基礎(chǔ)等。

-測試學(xué)生對編程邏輯的理解和應(yīng)用能力，如能否根據(jù)測試要求編寫程序、調(diào)試程序等。

-分析測試結(jié)果，找出學(xué)生學(xué)習(xí)中的薄弱環(huán)節(jié)，為后續(xù)教學(xué)提供改進(jìn)方向。

4.課后作業(yè)完成情況：

-評價學(xué)生對課后作業(yè)的完成質(zhì)量，如是否按時提交、作業(yè)內(nèi)容是否完整、是否存在抄襲現(xiàn)象等。

-觀察學(xué)生在完成作業(yè)過程中是否能夠獨立思考、解決問題。

-通過作業(yè)反饋，幫助學(xué)生鞏固課堂所學(xué)知識，提高自我學(xué)習(xí)能力。

5.教師評價與反饋：

-針對學(xué)生課堂表現(xiàn)，給予正面鼓勵和適時指導(dǎo)，如表揚積極發(fā)言、指出改進(jìn)方向等。

-針對小組討論成果展示，提供具體評價和建議，如肯定創(chuàng)新點、指出不足之處等。

-針對隨堂測試和課后作業(yè)，分析學(xué)生錯誤原因，給予針對性輔導(dǎo)和指導(dǎo)。

-定期與學(xué)生交流，了解他們的學(xué)習(xí)困惑和需求，調(diào)整教學(xué)策略，確保教學(xué)效果。板書設(shè)計①智能避障車工作原理

-避障傳感器類型：紅外傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器

-傳感器工作原理：如何檢測障礙物

-數(shù)據(jù)處理流程：傳感器數(shù)據(jù)采集、信號處理、決策控制

②Arduino開發(fā)板介紹

-開發(fā)板組成：主控單元、輸入輸出端口、電源接口

-程序編寫環(huán)境：ArduinoIDE

-常用編程語言：C/C++

③避障車編程方法

-編程步驟：初始化、數(shù)據(jù)讀取、條件判斷、動作執(zhí)行

-循環(huán)控制：for、while循環(huán)的使用

-函數(shù)調(diào)用：自定義函數(shù)、內(nèi)置函數(shù)

④電路設(shè)計與連接

-電路圖繪制：元件布局、連接方式

-常用電子元件：電阻、電容、二極管、三極管

-硬件連接：傳感器、電機、Arduino開發(fā)板之間的連接

⑤實驗操作與調(diào)試

-實驗步驟：搭建電路、編寫程序、測試運行、故障排除

-調(diào)試方法：逐步調(diào)試、參數(shù)調(diào)整、優(yōu)化性能

⑥總結(jié)與展望

-本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容回顧

-避障車制作過程中的注意事項

-未來發(fā)展方向：功能拓展、性能優(yōu)化、創(chuàng)新設(shè)計課后作業(yè)1.編程練習(xí)：

-設(shè)計一個簡單的避障車程序，當(dāng)檢測到前方有障礙物時，車體會停止前進(jìn)并后退一小段距離，然后轉(zhuǎn)向繼續(xù)前進(jìn)。請根據(jù)Arduino編程語言編寫程序。

答案示例：

```cpp

#include<Servo.h>

ServoservoMotor;//創(chuàng)建Servo對象

voidsetup(){

servoMotor.attach(9);//將電機連接到數(shù)字引腳9

pinMode(2,INPUT);//將紅外傳感器連接到數(shù)字引腳2

}

voidloop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//檢測到障礙物

servoMotor.write(90);//轉(zhuǎn)動電機，停止前進(jìn)

delay(1000);//等待1秒

servoMotor.write(180);//轉(zhuǎn)動電機，后退

delay(500);//等待0.5秒

servoMotor.write(0);//轉(zhuǎn)動電機，轉(zhuǎn)向

delay(1000);//等待1秒

}

}

```

2.電路設(shè)計練習(xí)：

-設(shè)計一個簡單的電路，使用Arduino開發(fā)板控制一個LED燈，當(dāng)按下按鈕時，LED燈點亮；當(dāng)按鈕松開時，LED燈熄滅。

答案示例：

-將按鈕的一端連接到Arduino的數(shù)字引腳3，另一端連接到地（GND）。

-將LED燈的正極連接到Arduino的數(shù)字引腳4，負(fù)極連接到地（GND）。

-在Arduino代碼中，使用`digitalRead()`函數(shù)讀取按鈕狀態(tài)，并使用`digitalWrite()`函數(shù)控制LED燈。

3.傳感器應(yīng)用練習(xí)：

-設(shè)計一個程序，使用超聲波傳感器測量距離，當(dāng)距離小于10厘米時，Arduino板上的蜂鳴器響起。

答案示例：

```cpp

constinttrigPin=9;

constintechoPin=10;

constintbuzzerPin=8;

voidsetup(){

pinMode(trigPin,OUTPUT);

pinMode(echoPin,INPUT);

pinMode(buzzerPin,OUTPUT);

}

voidloop(){

longduration,distance;

digitalWrite(trigPin,LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin,HIGH);

delayMicros