资源简介

《机器人沿线行走》教学设计
一、教材分析
教材上编排的内容较多，难度较大，要求学生能够综合运用灰度传感器、单分支结构、条件循环、机器人的行走等知识来解决实际问题，让机器人沿线行走。
二、学情分析
通过前面的学习，学生已经掌握了机器人的行走的方式、直流电机的设置和测量传感器的光感值，并且已经能够熟练地利用机器人平台进行编程。学习内容学生比较感兴趣，课堂容量较大，但是六年级的学生缺少耐心与细心，容易产生浮躁的心理，程序编写时容易出错。
三、教学目标
1.知识与能力
了解机器人沿线行走的概念；知道临界值对机器人沿线行走的意义；能将灰度传感器测量的光感值用在机器人沿线行走过程中。
2. 过程与方法
在体验、测试、分析、编程、调试过程中，掌握灰度传感器在机器人沿线行走过程中的作用和分支结构程序的条件判断。
3. 情感态度价值观
在编写机器人沿线行走的程序中体会程序修正与调试的意义。
四、教学重点与难点
重点：灰度传感器的使用；行走程序的编写。
难点：临界值的理解；机器人沿线行走过程中发生的两种偏移。
五、教学策略
从教材内容看，本课的教学内容是让学生知道机器人沿线行走过程中出现的五种情况后，通过编写对应的程序来解决机器人沿线行走的问题。如果就这样去讲授，学生并不能理解机器人巡线过程中几种情况的真实原因，学生的思维能力就得不到提升。为了让枯燥的课堂变得更加地有趣味性且有深度，在吃透教材内容的基本上，我对教材内容进行了尝试性的调整。对于知识重难点力求把握准确，突破有法。为此，本课以机器人沿线行走为主线，采用支架理论指导下的教学模式，帮助学生搭建有效学习的支架：视频、表格、任务单、半成品的程序等。学生两人一组，一人为操作员，一人为记录员，合作完成学习任务。整节课围绕机器人沿线行走展开教学，层层递进，螺旋上升。学生在“激趣导入——感知黑线——确定方法——尝试行走——健壮程序——应用拓展——形成认知” 这一任务线索的统领下，展开一系列学习探究活动，逐一扫除技术障碍，掌握机器人沿线行走的初步方法，逐渐形成工程思维的能力。让学生体会机器人完成任务的过程就是“分析”——“设计”——“测试”——“反馈”的迭代过程。这种在实践中体验、在实践中发现、在实践中建构，在实践中收获的过程就是个体工程思维养成和提高的过程，是做中学的真实写照。
6、教学过程
（一）激趣导入
课件播放视频：介绍上海和杭州的机器人餐厅。
机器人餐厅里面的机器人是怎样行走的呢？（沿着黑线走的）猜猜看，机器人是如何做到沿线走的？
其实，我们的紫光三角机器人也能沿线行走，今天老师就和大家一起来研究机器人沿线行走。（揭题）
设计意图：从生活中的机器人导入，吸引学生的关注，同时引发思考，机器人能沿线走的原因，在激发讨论热情后将焦点引向我们即将学习的紫光三角机器人，让学生产生浓厚的学习兴趣。
（二）感知黑线
机器人沿线行走，就是指机器人从起点出发，沿着规定的轨道行走。
活动1：分析机器人沿线行走过程中黑线的作用。
（1）把玩机器人，思考机器人是如何感知到黑线的？
在紫光机器人下面有两个灰度传感器，借助于它们可以让机器人获得眼睛的功能。通过它们来测量地面不同颜色的光感值，从而可以确定黑线的位置。
（2）知道了黑线的光感值，如何运用在机器人巡线中呢？（编程）
演示并讲解：编写程序（打开“测试程序1”），让机器人通过灰度传感器实时获得机器人下方颜色的光感值，并与黑线的光感值进行对比，（如果两者的值相等）机器人的控制系统就指挥机器人的动作机构做出前进的动作。（停顿）是不是这样呢？下面我们就来测量黑线的光感值。
活动2：采集场地光感值。
（1）编译下载“测量光感值”程序，测量黑线的光感值。
黑线 灰度传感器1测得的数值 灰度传感器2测得的数值
（2）打开“测试程序1”程序，将程序中“单分支条件”参数修改为测得的黑线的光感值，并编译下载到机器人中，尝试运行。（发现不能行走）
看来这个黑线的光感值还不能直接用在程序中，这是为什么呢？我们再来测一下黑线的光感值。
（3）再测黑线的光感值。
（4）打开“测试程序2”程序，将确定的数值用在机器人巡线程序中，编译下载运行程序，发现机器人可以沿线走起来了。
为什么修改了这样一个值，机器人就能沿线走起来呢？
知识屋：阈值，就是临界值，可以帮助机器人来更好地区分黑线和白色场地。
刚才我们很多同学取的黑线的值都在这个范围之内，那么，在这样的范围里面，取哪一个值最适合呢？（中间的值）
小结：如果取偏向黑线光感值时，相当于把线看细了，取偏向白色光感值时，相当于把线看粗了，一般地，临界值的取值范围是黑色和白色光感值的中间位置。在不同的机器人产品中，由于硬件设备的差异，这个临界值都需要通过编程测量并计算出来。
设计意图：感受黑线这个环节主要是让学生理解黑线在机器人沿线行走过程中的作用，感知黑线的目的就是让机器人来区分黑线和白色场地。学生在递进的四个活动任务层的引导下走向深度学习，从黑线的光感值、黑线边缘的光感值到黑线和白底的光感临界值，逐步接近问题解决的终点。给学生半成品的程序片段，旨在帮助学生快速验证想法，避免无关问题对学生思维的影响。
（三）确定方法
有了这个临界值，机器人就能更好地区分白色场地和黑线了。那机器人在沿线走的过程中，机器人与黑线的关系是什么样的呢？
活动3：观看机器人沿着直线行走的视频，思考机器人与黑线的关系。
动画分镜头演示：机器人与黑线的三个位置关系。（在线上、左偏和右偏）
总结：机器人与黑线的关系，其实就可以看成机器人下面的灰度传感器与黑线的关系。当机器人下方的某个灰度传感器出了黑线，就要调整和修正机器人的运动方向，让机器人的灰度传感器始终在黑线上，从而保证机器人始终沿线行走。
设计意图：机器人在沿直线行走的过程中与黑线的位置关系是工程问题的一个显著特点，理想的沿直线行走是不存在的，通过观看视频帮助学生理解在实际的工程问题中需要预设可能发生的情况，以便在编程的时候加以考虑。
（四）尝试行走
活动4：编写程序，让机器人沿线行走。
（1）借助表格分析直行算法。
（2）编写程序，编译下载程序并测试。
反馈：机器人在沿线走的过程中出现了什么问题？（偏离黑线）
总结：即使沿着直线行走，机器人由于惯性、两个直流电机的功率偏差、地面摩擦力的不同也会导致机器人偏离黑线。
设计意图：有了黑白光感临界值，要让机器人沿着直线行走，学生很容易想两个轮子转动方向、速度一致就可以了。然而，最终影响机器人沿直线行走的因素较多，惯性、摩擦力、电机功率的差异都会让机器人产生偏移，进而帮助学生进一步体会理解工程问题中绝对的直线行走是不存在的。
（五）健壮程序
活动5：健壮程序，让机器人顺畅地沿线行走
（1）分析左偏和右偏的算法。
（2）添加单分支结构，完善程序，编译下载运行。
（3）继续调整程序并测试。
观察机器人的运行状态，发现有的速度比较快，有点很慢，分析其中的原因，并找到解决问题的方法，调整程序并测试。
小结：环境和场地对机器人的运行有较大的影响，编写机器人的程序时，并不是一次就能成功的，需要我们不断地修正，才能达到理想的效果。在这个地方直流电机的速度在机器人行走过程中究竟取多大的值，需要我们不断地反复尝试。
设计意图：机器人沿着直线行走的过程中产生偏移的两种情况，在前面的方法分析环节学生已经有了初步的印象。在编程环节，依靠学生已有的生活经验，借助于表格支架，帮助学生理解两种偏移时机器人需要采取的动作，即调整机器人的转向。
（六）应用拓展
刚才我们让机器人都能够顺利地沿直线行走了，那我们编的程序适应性到底有多强呢？老师这还有三个轨迹，我们分组来试试看。
活动6：分组运行程序测试，体验机器人能否正常运行。
汇报测试情况。
总结：对于弧度比较缓和的路线，今天的程序都可以让机器人走下来，但是碰到像第二个路线，有直角转弯的，就需要我们修改程序了，对于像第三个路线，两个灰度传感器还不能够帮助机器人走下来，需要增加第三个灰度传感器来一起配合，帮助机器人巡线。
在复杂的工程应用中，我们也可以通过搭配其他传感器一同来提高机器人巡线的可靠性。
设计意图：经过不断地反复调试，机器人沿着直线行走的程序已经完善了，这样的程序适应性到底有多强呢？通过引入三个不同的线路，检验程序的适应性。从而帮助学生理解编程时考虑问题的周全与否决定着机器人最终沿线行走的成败。

展开更多......

收起↑