深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程 第十七課 掃雷車-教學(xué)設(shè)計

深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程第十七課掃雷車-教學(xué)設(shè)計科目授課時間節(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）深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程第十七課掃雷車-教學(xué)設(shè)計設(shè)計意圖親愛的同學(xué)們，今天我們要一起探索的是“掃雷車”這個有趣的主題。這節(jié)課，我們要結(jié)合課本中的機(jī)器人編程知識，通過實(shí)際操作，讓你們親手打造一輛能識別地雷的機(jī)器人。這不僅能鞏固我們之前學(xué)到的編程技巧，還能激發(fā)你們對科技創(chuàng)新的興趣。讓我們一起動手，體驗(yàn)創(chuàng)造的樂趣吧！???????????核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，通過編程實(shí)現(xiàn)掃雷車的功能，提升解決實(shí)際問題的能力。

2.強(qiáng)化學(xué)生的邏輯思維和算法設(shè)計能力，在編程過程中學(xué)習(xí)如何優(yōu)化程序。

3.增進(jìn)學(xué)生對團(tuán)隊(duì)協(xié)作的認(rèn)識，通過分組合作完成項(xiàng)目，提高溝通與協(xié)作技巧。

4.培養(yǎng)學(xué)生的耐心和細(xì)心，在調(diào)試過程中學(xué)會分析問題，逐步完善程序。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：

學(xué)生們已經(jīng)學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的機(jī)器人編程知識，包括控制模塊、傳感器應(yīng)用以及基本的編程邏輯。他們對Python編程語言有一定的了解，能夠使用變量、循環(huán)和條件語句進(jìn)行簡單的編程。

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

學(xué)生們對機(jī)器人編程表現(xiàn)出濃厚的興趣，動手實(shí)踐能力強(qiáng)，喜歡通過實(shí)際操作來加深理解。他們的學(xué)習(xí)風(fēng)格偏向于實(shí)踐導(dǎo)向，通過操作和實(shí)驗(yàn)來鞏固知識。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

在學(xué)習(xí)掃雷車這一主題時，學(xué)生可能會遇到理解傳感器工作原理的困難，尤其是在編程時如何準(zhǔn)確獲取傳感器數(shù)據(jù)。此外，邏輯思維和算法設(shè)計也是挑戰(zhàn)，學(xué)生在編寫能夠有效識別地雷的程序時可能會遇到邏輯上的障礙。此外，團(tuán)隊(duì)協(xié)作中也可能出現(xiàn)溝通不暢的問題，需要學(xué)生們學(xué)會如何有效溝通和分工。教學(xué)資源-軟硬件資源：Spike機(jī)器人套件、編程控制板、各種傳感器（如觸覺傳感器、紅外傳感器）、連接線、電池組

-課程平臺：青少年宮機(jī)器人編程課程平臺

-信息化資源：機(jī)器人編程教學(xué)視頻、在線編程工具、編程教材電子版

-教學(xué)手段：實(shí)物演示、小組討論、編程軟件操作、項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)過程設(shè)計一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）

1.創(chuàng)設(shè)情境：同學(xué)們，你們看過《地雷戰(zhàn)》這樣的電影嗎？在戰(zhàn)爭中，地雷是一種非常危險的武器。今天，我們就來學(xué)習(xí)如何制作一輛掃雷車，讓它能夠幫助我們安全地排除地雷。

2.提出問題：你們覺得掃雷車應(yīng)該具備哪些功能？它是如何工作的？讓我們一起探索這些問題。

二、講授新課（20分鐘）

1.傳感器介紹（5分鐘）：首先，我會介紹幾種常用的傳感器，如觸覺傳感器、紅外傳感器，以及它們在掃雷車中的應(yīng)用。

2.編程基礎(chǔ)（5分鐘）：接下來，我會講解如何使用編程語言（如Python）控制機(jī)器人，包括變量、循環(huán)、條件語句等基礎(chǔ)知識。

3.掃雷車工作原理（5分鐘）：我會詳細(xì)解釋掃雷車的工作原理，包括如何通過傳感器檢測地雷，以及如何控制機(jī)器人避開地雷。

4.編程實(shí)踐（5分鐘）：展示一個簡單的掃雷車編程示例，讓學(xué)生了解編程的具體步驟。

三、鞏固練習(xí)（15分鐘）

1.分組討論（5分鐘）：將學(xué)生分成小組，要求每個小組根據(jù)所學(xué)知識，設(shè)計一個簡單的掃雷車程序。

2.編程練習(xí)（5分鐘）：每個小組在編程軟件上編寫掃雷車程序，其他同學(xué)觀看并學(xué)習(xí)。

3.交流分享（5分鐘）：各小組展示自己的程序，分享設(shè)計思路和遇到的問題。

四、課堂提問（5分鐘）

1.針對學(xué)生在練習(xí)過程中遇到的問題，進(jìn)行解答和指導(dǎo)。

2.提出一些與掃雷車相關(guān)的拓展問題，如如何提高掃雷車的識別精度，如何讓掃雷車適應(yīng)不同的地形等。

五、師生互動環(huán)節(jié)（5分鐘）

1.鼓勵學(xué)生提出問題，共同解決編程中的難題。

2.引導(dǎo)學(xué)生思考如何將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際生活中，如如何設(shè)計一個更智能的掃雷車。

3.邀請學(xué)生分享自己的創(chuàng)意和想法，激發(fā)創(chuàng)新意識。

六、總結(jié)與反思（5分鐘）

1.回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)掃雷車的編程要點(diǎn)。

2.引導(dǎo)學(xué)生反思自己在編程過程中的收獲和不足，鼓勵他們在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力。

教學(xué)過程流程環(huán)節(jié)：

1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）：通過創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.講授新課（20分鐘）：圍繞教學(xué)目標(biāo)和重點(diǎn)進(jìn)行講解，確保學(xué)生理解新知識。

3.鞏固練習(xí)（15分鐘）：通過練習(xí)和討論，鞏固學(xué)生對新知識的理解和掌握。

4.課堂提問（5分鐘）：解答學(xué)生疑問，拓展知識面。

5.師生互動環(huán)節(jié)（5分鐘）：激發(fā)創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生思考能力。

6.總結(jié)與反思（5分鐘）：回顧所學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生反思。

用時：45分鐘教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-機(jī)器人編程基礎(chǔ)教程：介紹機(jī)器人編程的基本概念、編程語言的基礎(chǔ)語法、常用的編程模塊和傳感器應(yīng)用。

-機(jī)器人競賽案例：展示國內(nèi)外機(jī)器人競賽的案例，分析獲獎作品的編程策略和創(chuàng)新點(diǎn)。

-機(jī)器人歷史與發(fā)展：了解機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展歷程，從早期的機(jī)械裝置到現(xiàn)代的智能機(jī)器人，激發(fā)學(xué)生對機(jī)器人技術(shù)的興趣。

-編程算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：介紹常見的編程算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如排序、搜索、棧、隊(duì)列等，為高級編程打下基礎(chǔ)。

2.拓展建議：

-鼓勵學(xué)生參加機(jī)器人編程競賽，通過競賽提升自己的編程能力和創(chuàng)新思維。

-建議學(xué)生閱讀相關(guān)的科普書籍和在線教程，如《機(jī)器人編程入門》、《Python編程：從入門到實(shí)踐》等，加深對編程知識的理解。

-組織學(xué)生參觀機(jī)器人展覽或企業(yè)，了解機(jī)器人技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

-推薦學(xué)生參與在線編程社區(qū)，如GitHub、StackOverflow等，與其他編程愛好者交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

-設(shè)計一些實(shí)踐項(xiàng)目，如智能家居系統(tǒng)、無人駕駛小車等，讓學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際問題的解決。

-引導(dǎo)學(xué)生研究機(jī)器人倫理問題，如人工智能的道德邊界、機(jī)器人與人類的關(guān)系等，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

-鼓勵學(xué)生關(guān)注機(jī)器人技術(shù)的最新研究動態(tài)，如深度學(xué)習(xí)、自然語言處理等前沿技術(shù)，為未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。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(shí)踐導(dǎo)向：在教學(xué)中，我們注重實(shí)踐操作，讓學(xué)生通過實(shí)際編程和組裝機(jī)器人來加深對理論知識的理解，這種實(shí)踐導(dǎo)向的教學(xué)方式能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力。

2.項(xiàng)目驅(qū)動：我們采用項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)方法，讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過程中學(xué)習(xí)編程和機(jī)器人技術(shù)，這種教學(xué)方法能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和問題解決能力。

反思改進(jìn)措施（二）存在主要問題

1.教學(xué)組織：在課堂組織上，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生參與度不高，可能是由于課堂氛圍不夠活躍或者學(xué)生之間的互動不足。此外，小組合作時，個別學(xué)生可能存在依賴心理，需要更多引導(dǎo)他們獨(dú)立思考和解決問題。

2.教學(xué)方法：在教學(xué)方法上，我發(fā)現(xiàn)對于一些編程概念和算法，學(xué)生的理解不夠深入，可能是因?yàn)橹v解時缺乏生動的例子和直觀的演示。

3.教學(xué)評價：在評價方式上，主要依賴于學(xué)生的項(xiàng)目成果，缺乏對學(xué)習(xí)過程中的持續(xù)跟蹤和反饋，這可能導(dǎo)致一些學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏動力。

反思改進(jìn)措施（三）改進(jìn)措施

1.提高課堂互動：通過設(shè)計更多互動環(huán)節(jié)，如小組討論、角色扮演等，激發(fā)學(xué)生的參與熱情。同時，鼓勵學(xué)生提問，及時解答他們的疑惑。

2.豐富教學(xué)方法：引入更多實(shí)例和案例，通過實(shí)際問題的解決來講解抽象的編程概念。此外，利用多媒體教學(xué)工具，如動畫、視頻等，使抽象的知識更加直觀易懂。

3.持續(xù)跟蹤與反饋：實(shí)施過程性評價，定期檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，提供個性化的反饋。同時，建立學(xué)生互評機(jī)制，讓學(xué)生在評價中互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

4.加強(qiáng)校企合作：與企業(yè)合作，邀請行業(yè)專家來校進(jìn)行講座，讓學(xué)生了解行業(yè)動態(tài)，同時為學(xué)生提供實(shí)習(xí)機(jī)會，將理論知識與實(shí)踐相結(jié)合。

5.優(yōu)化評價體系：除了項(xiàng)目成果，加入對學(xué)習(xí)過程的評價，如出勤率、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況等，全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課后作業(yè)1.**編程練習(xí)**：

-編寫一個簡單的掃雷游戲，機(jī)器人通過觸覺傳感器來檢測地雷，并在屏幕上顯示雷區(qū)。

-代碼要求：使用Python編程語言，實(shí)現(xiàn)一個2x2的雷區(qū)，玩家需要通過提示來猜測地雷的位置。

-代碼示例：

```python

importrandom

defcreate_mine_field(size):

return[[random.choice([0,1])for_inrange(size)]for_inrange(size)]

defprint_mine_field(mine_field):

forrowinmine_field:

print(''.join(['X'ifcellelse'.'forcellinrow]))

mine_field=create_mine_field(2)

print_mine_field(mine_field)

```

2.**傳感器應(yīng)用**：

-設(shè)計一個程序，使用紅外傳感器來檢測前方障礙物，并控制機(jī)器人停止或后退。

-代碼要求：編寫Python代碼，模擬紅外傳感器的讀數(shù)，并根據(jù)讀數(shù)控制機(jī)器人的行動。

-代碼示例：

```python

defdetect_obstacle(distance):

returndistance<10#假設(shè)10cm為障礙物檢測閾值

defmove_robot(distance):

ifdetect_obstacle(distance):

print("Obstacledetected,stoppingtherobot.")

else:

print("Noobstacle,movingforward.")

move_robot(5)

```

3.**邏輯編程**：

-編寫一個程序，讓機(jī)器人根據(jù)一系列的傳感器輸入來決定下一步的行動。

-代碼要求：使用條件語句和循環(huán)，模擬機(jī)器人的決策過程。

-代碼示例：

```python

defdecide_action(temperature,humidity,light):

iftemperature>30:

return"Cooldown"

elifhumidity>70:

return"Dehumidify"

eliflight<10:

return"Turnonlights"

else:

return"Donothing"

action=decide_action(temperature=35,humidity=75,light=5)

print(f"Therobotshould{action}.")

```

4.**團(tuán)隊(duì)協(xié)作**：

-設(shè)計一個團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，要求每個成員負(fù)責(zé)機(jī)器人程序中的一個模塊，最后合并成一個完整的程序。

-項(xiàng)目要求：設(shè)計一個簡單的機(jī)器人導(dǎo)航程序，每個成員負(fù)責(zé)導(dǎo)航路徑規(guī)劃、障礙物檢測、路徑修正等模塊。

-代碼示例（假設(shè)模塊劃分）：

```python

#導(dǎo)航路徑規(guī)劃模塊

defplan_path():

#...

#障礙物檢測模塊

defdetect_obstacles():

#...

#路徑修正模塊

defcorrect_path():

#...

#主程序

defmain():

path=plan_path()

whilepathisnotNone:

obstacles=detect_obstacles()

ifobstacles:

path=correct_path()

else:

#繼續(xù)前進(jìn)

pass

main()

```

5.**問題解決**：

-編寫一個程序，讓機(jī)器人能夠識別不同的顏色，并根據(jù)顏色執(zhí)行不同的動作。

-代碼要求：使用顏色傳感器數(shù)據(jù)，編寫Python代碼來識別顏色，并執(zhí)行相應(yīng)的動作。

-代碼示例：

```python

defidentify_color(color_sensor_value):

ifcolor_sensor_valueinrange(500,600):#假設(shè)紅色傳感器的讀取值范圍

return"Red"

elifcolor_sensor_valueinrange(600,700):#假設(shè)綠色傳感器的讀取值范圍

return"Green"

else:

return"Unknown"

color=identify_color(color_sensor_value=550)

ifcolor=="Red":

print("Stopandturnright.")

elifcolor=="Green":

print("Continuestraight.")

else:

print("Waitforfurtherinstructions.")

```板書設(shè)計1.掃雷車工作原理

①掃雷車構(gòu)成：傳感器（觸覺、