深圳市青少年宮spike機器人課程 第十三課 橢圓漫步機-教學(xué)設(shè)計

深圳市青少年宮spike機器人課程第十三課橢圓漫步機-教學(xué)設(shè)計授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點授課時間課程基本信息1.課程名稱：深圳市青少年宮spike機器人課程第十三課橢圓漫步機-教學(xué)設(shè)計

2.教學(xué)年級和班級：六年級2班

3.授課時間：星期三下午第二節(jié)課

4.教學(xué)時數(shù)：1課時

??在這堂課里，我們要一起探索機器人運動的奧秘，將書本上的知識變?yōu)楝F(xiàn)實中機器人運動的生動場景。讓我們一起動手，讓spike機器人跳起一段“橢圓漫步舞”！????????核心素養(yǎng)目標(biāo)分析1.創(chuàng)新思維：激發(fā)學(xué)生對機器人編程的創(chuàng)造力，學(xué)會運用編程知識解決實際問題。

2.實踐能力：通過動手操作，提高學(xué)生的實踐操作技能，鍛煉學(xué)生的動手能力和團隊協(xié)作能力。

3.問題解決：在課程中，學(xué)生將學(xué)會分析問題、設(shè)計解決方案，并逐步實現(xiàn)目標(biāo)，培養(yǎng)解決問題的能力。

4.信息技術(shù)素養(yǎng)：了解機器人編程的基本原理，提高學(xué)生對信息技術(shù)的理解和應(yīng)用能力。重點難點及解決辦法重點：

1.橢圓漫步機的編程邏輯：理解并掌握橢圓運動的編程方法，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用到實際編程中。

2.傳感器數(shù)據(jù)的讀取與應(yīng)用：學(xué)習(xí)如何使用傳感器讀取數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用于機器人運動控制。

難點：

1.編程的復(fù)雜度：對于初學(xué)者來說，編程邏輯可能較為復(fù)雜，需要學(xué)生具備一定的邏輯思維能力。

2.傳感器應(yīng)用技巧：正確使用傳感器，使其在機器人運動中發(fā)揮預(yù)期效果，需要學(xué)生掌握一定的實踐技巧。

解決辦法：

1.通過分步驟講解和示范，將編程邏輯分解為簡單易懂的小步驟，幫助學(xué)生逐步掌握。

2.通過實際操作練習(xí)，讓學(xué)生在操作過程中熟悉傳感器使用方法，提高應(yīng)用技巧。同時，鼓勵學(xué)生之間互相討論，共同解決問題。教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：

1.講授法：通過生動形象的講解，幫助學(xué)生理解橢圓漫步機的編程原理。

2.實驗法：引導(dǎo)學(xué)生動手實踐，通過實際操作加深對編程邏輯的理解。

3.討論法：鼓勵學(xué)生分組討論，共同解決編程過程中遇到的問題，培養(yǎng)團隊協(xié)作能力。

教學(xué)手段：

1.多媒體演示：利用PPT展示橢圓漫步機的運動軌跡，直觀展示編程效果。

2.機器人編程軟件：使用spike機器人編程軟件，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進行編程練習(xí)。

3.傳感器操作演示：通過視頻或現(xiàn)場演示，讓學(xué)生直觀了解傳感器的工作原理和應(yīng)用方法。教學(xué)過程設(shè)計**導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）**

-**情境創(chuàng)設(shè)**：播放一段機器人舞蹈視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察機器人的運動軌跡。

-**提出問題**：“同學(xué)們，你們知道機器人是如何實現(xiàn)這樣優(yōu)美的運動嗎？”

-**激發(fā)興趣**：“今天，我們就來學(xué)習(xí)如何用編程讓我們的spike機器人跳起一段橢圓漫步舞?！?/p>

**講授新課（15分鐘）**

1.**橢圓運動原理**：

-講解橢圓運動的基本原理，介紹橢圓方程。

-用時：5分鐘

2.**spike機器人編程**：

-介紹spike機器人的編程環(huán)境，展示編程界面。

-講解如何編寫程序使機器人實現(xiàn)橢圓運動。

-用時：5分鐘

3.**傳感器應(yīng)用**：

-介紹傳感器的作用，講解如何讀取傳感器數(shù)據(jù)。

-展示傳感器在橢圓漫步機中的應(yīng)用。

-用時：5分鐘

**鞏固練習(xí)（20分鐘）**

1.**分組練習(xí)**：

-將學(xué)生分成小組，每組一臺spike機器人。

-每組根據(jù)所學(xué)知識，嘗試編寫程序使機器人完成橢圓運動。

-用時：10分鐘

2.**討論與反饋**：

-小組內(nèi)討論編程過程中遇到的問題，互相幫助解決問題。

-教師巡回指導(dǎo)，提供必要的幫助和反饋。

-用時：10分鐘

**課堂提問（5分鐘）**

-**提問環(huán)節(jié)**：

-教師針對橢圓運動原理和編程方法提出問題，檢查學(xué)生對知識的掌握情況。

-學(xué)生回答問題，教師給予點評和指導(dǎo)。

-用時：5分鐘

**師生互動環(huán)節(jié)（5分鐘）**

-**互動討論**：

-教師提出一個與橢圓運動相關(guān)的實際問題，讓學(xué)生分組討論解決方案。

-學(xué)生展示討論結(jié)果，教師點評并總結(jié)。

-用時：5分鐘

**總結(jié)與拓展（5分鐘）**

-**總結(jié)**：

-教師總結(jié)本節(jié)課的重點內(nèi)容，強調(diào)橢圓運動原理和編程方法的重要性。

-用時：2分鐘

-**拓展**：

-提出一些與橢圓運動相關(guān)的拓展問題，鼓勵學(xué)生課后進一步探索。

-用時：3分鐘

**總計用時：45分鐘**教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-**機器人運動控制原理**：介紹機器人運動控制的基本原理，包括伺服電機、步進電機的工作原理，以及PID控制算法在機器人運動控制中的應(yīng)用。

-**傳感器技術(shù)**：探討不同類型傳感器的工作原理和應(yīng)用場景，如紅外傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器等。

-**編程語言基礎(chǔ)**：介紹常用的機器人編程語言，如Python、C++等，以及它們在機器人編程中的應(yīng)用。

-**機器人歷史與發(fā)展**：簡要介紹機器人技術(shù)的發(fā)展歷程，以及不同時期機器人技術(shù)的特點。

2.拓展建議：

-**學(xué)生實踐項目**：鼓勵學(xué)生設(shè)計并實現(xiàn)一個簡單的機器人運動項目，如自動跟隨、避障等，以加深對機器人運動控制的理解。

-**傳感器應(yīng)用研究**：讓學(xué)生選擇一種傳感器，研究其在機器人運動控制中的應(yīng)用，如使用紅外傳感器實現(xiàn)機器人自動尋跡。

-**編程語言學(xué)習(xí)**：推薦學(xué)生利用在線資源或編程書籍學(xué)習(xí)Python或C++等編程語言，為后續(xù)的機器人編程打下基礎(chǔ)。

-**機器人競賽參與**：鼓勵學(xué)生參加機器人競賽，如機器人足球賽、機器人舞蹈賽等，通過競賽提升實踐能力和團隊協(xié)作能力。

-**閱讀相關(guān)書籍**：推薦閱讀《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》、《機器人編程入門》等書籍，以獲得更深入的知識和技能。

-**網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)**：推薦學(xué)生觀看一些在線課程，如Coursera、edX等平臺上的機器人編程課程，拓寬知識面。

-**實驗室參觀**：組織學(xué)生參觀機器人實驗室，了解最新的機器人技術(shù)和研究成果。

-**專家講座**：邀請機器人領(lǐng)域的專家進行講座，讓學(xué)生直接了解行業(yè)動態(tài)和發(fā)展趨勢。典型例題講解1.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人沿著橢圓軌跡運動，橢圓的長半軸為10cm，短半軸為5cm。

**解答**：

-首先，我們需要確定橢圓的長半軸和短半軸長度，這里分別為10cm和5cm。

-使用橢圓方程\(x^2/a^2+y^2/b^2=1\)，其中\(zhòng)(a\)是長半軸，\(b\)是短半軸。

-將\(a\)和\(b\)的值代入方程，得到\(x^2/10^2+y^2/5^2=1\)。

-編寫程序時，我們需要根據(jù)機器人的移動步長和傳感器數(shù)據(jù)來調(diào)整運動軌跡。

-以下是一個簡化的程序示例：

```python

importtime

a=10#長半軸長度

b=5#短半軸長度

step_length=1#機器人每步移動的長度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉(zhuǎn)換為弧度

x=a*(1-(b**2/(a**2+b**2))*(1-cos(angle)))

y=b*(1-(a**2/(a**2+b**2))*(1-cos(angle)))

move_to(x,y)#假設(shè)move_to函數(shù)控制機器人移動到指定位置

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```

2.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人從原點開始，沿著一個半徑為15cm的圓周運動。

**解答**：

-圓周運動的方程為\(x=r\cdot\cos(\theta)\)，\(y=r\cdot\sin(\theta)\)，其中\(zhòng)(r\)是圓的半徑，\(\theta\)是角度。

-以下是一個簡單的程序示例：

```python

importtime

r=15#圓的半徑

step_length=1#機器人每步移動的長度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉(zhuǎn)換為弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

move_to(x,y)#假設(shè)move_to函數(shù)控制機器人移動到指定位置

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```

3.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人從原點開始，沿著一個半徑為20cm的圓周運動，并逐漸減小速度。

**解答**：

-在圓周運動的基礎(chǔ)上，增加一個逐漸減小的速度控制，以下是一個示例：

```python

importtime

r=20#圓的半徑

step_length=1#機器人每步移動的長度

max_speed=10#最大速度

speed_reduction=0.1#每次循環(huán)速度減少的量

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉(zhuǎn)換為弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

speed=max_speed-(i*speed_reduction)#逐漸減小速度

move_to(x,y,speed)#假設(shè)move_to函數(shù)控制機器人移動到指定位置，并接受速度參數(shù)

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```

4.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人從原點開始，沿著一個半徑為30cm的圓周運動，并在運動到一半時改變方向，繼續(xù)沿相反方向運動。

**解答**：

-在圓周運動的基礎(chǔ)上，增加一個方向改變的條件，以下是一個示例：

```python

importtime

r=30#圓的半徑

step_length=1#機器人每步移動的長度

half_angle=180#改變方向的角度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉(zhuǎn)換為弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

ifi>=half_angle:

angle=360-angle#改變方向

move_to(x,y)#假設(shè)move_to函數(shù)控制機器人移動到指定位置

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```

5.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人從原點開始，沿著一個半徑為25cm的圓周運動，并在運動到特定角度時停止。

**解答**：

-在圓周運動的基礎(chǔ)上，增加一個停止條件，以下是一個示例：

```python

importtime

r=25#圓的半徑

step_length=1#機器人每步移動的長度

stop_angle=90#停止運動的角度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉(zhuǎn)換為弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

ifi>=stop_angle:

break#達(dá)到停止角度時停止運動

move_to(x,y)#假設(shè)move_to函數(shù)控制機器人移動到指定位置

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```教學(xué)評價與反饋1.課堂表現(xiàn)：

-**學(xué)生參與度**：觀察學(xué)生在課堂上的參與程度，包括提問、回答問題和參與討論的積極性。

-**注意力集中**：評估學(xué)生在課堂上的注意力集中程度，是否能跟隨教師的教學(xué)節(jié)奏。

-**動手實踐**：記錄學(xué)生在動手實踐環(huán)節(jié)的參與情況和操作熟練度。

2.小組討論成果展示：

-**合作精神**：評價學(xué)生在小組討論中的合作精神和團隊協(xié)作能力。

-**創(chuàng)新思維**：觀察學(xué)生在討論中提出的創(chuàng)新性觀點和解決方案。

-**問題解決**：評估學(xué)生是否能有效運用所學(xué)知識解決問題，并提出合理的改進建議。

3.隨堂測試：

-**基礎(chǔ)知識掌握**：通過隨堂測試評估學(xué)生對橢圓運動原理和編程基礎(chǔ)知識的掌握程度。

-**應(yīng)用能力**：測試學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實際問題解決中的能力。

-**錯誤分析**：分析學(xué)生在測試中的錯誤，了解其對知識的理解和應(yīng)用上的薄弱環(huán)節(jié)。

4.個體評價：

-**進步情況**：記錄每個學(xué)生在課堂上的進步情況，包括知識掌握、技能提升和態(tài)度轉(zhuǎn)變。

-**個性化反饋**：根據(jù)每個學(xué)生的特點，給予個性化的反饋，鼓勵學(xué)生的長處，指出需要改進的地方。

5.教師評價與反饋：

-**教學(xué)目標(biāo)達(dá)成**：針對教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，評價教學(xué)效果，包括學(xué)生對新知識的理解和掌握程度。

-**教學(xué)方法適用性**：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋