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教学内容 第二单元 第2节 垃圾的识别
教学目标 了解智能垃圾识别技术；掌握使用百度App识别垃圾的方法；知道垃圾识别回收装置设计的包含的内容；知道灰度传感器和红外避障传感器的工作原理；掌握记录灰度传感器输出数据的方法；知道流程图中各图标的含义；掌握灰度传感器、红外避障传感器和三色LED灯的连线安装方法；掌握制作垃圾回收识别任务流程图的方法；掌握依据流程图编写垃圾回收识别任务程序的方法。核心素养：在完成垃圾回收识别任务时，有意识地把问题划分为多个可解决的小问题，通过解决各个小问题，实现整体问题解决；在使用灰度传感器区分黑白两种颜色时，通过分析不同颜色灰度检测数值，形成黑白颜色判断策略。
重点难点 本课重点是灰度传感器和红外避障传感器的使用方法，通过流程图描述问题解决思路，然后将流程图转写成程序，完成垃圾回收识别任务。难点是传感器的安装和调试。
教学准备 （一）百度App，黑白方块，灰度传感器，红外避障传感器，三色LED灯，Arduino uno,传感器扩展板，杜邦线若干；（二）课件。
教学过程与方法 主 备 复 备
（一）任务导入教师：生活垃圾分类的理念已经深人人心，但很多时候还需要人工进行垃圾分拣。教学辅助：人工分拣垃圾场景图片或者视频。帮助学生建立“垃圾分拣工人的工作环境恶劣，如果能让机器人帮助我们进行垃圾分类就好了。”理念。学生：感受人工分拣垃圾的辛苦。教师：可以运用智能垃圾识别技术实现自动垃圾分类。设计意图：学生通过感受人工分拣垃圾的辛苦，认识到运用智能垃圾识别技术的必要性。（二）课堂聚焦教师：本课通过三个项目来学习垃圾识别，分别是了解智能垃圾识别技术，“垃圾识别”传感器的工作原理和完成垃圾回收识别任务。（三）子任务突破子任务一：智能垃圾识别技术教师：在网上搜索当前智能垃圾识别技术的发展情况，填写在表2-2-1中，并和同学交流分享。教学辅助：使用在线表格工具，让学生填写智能垃圾识别技术。学生：通过网络查找智能垃圾识别技术，并提炼技术要点，填写在表格中。教师：在我国也有一些智能垃圾识别应用进人到生活中，例如用手机App可以帮助我们进行垃圾识别和分类，一起来试试吧。教师：以百度App为例，识别垃圾的步骤如下：打开百度App，在首页上方点击“拍照识图”，选择“功能菜单”中的“识垃圾”，如图2-2-2所示。对垃圾进行拍照，就能看到识别和分类的结果。如图2-2-3所示。教师：该手机App不仅识别出了塑料饮料瓶，还根据所在城市垃圾分类标准进行了垃圾分类，我们可以参考“投放要求”把垃圾投放至对应的垃圾收集容器。教学辅助：教师使用百度App演示垃圾识别过程，请同学代表再识别一次，激活课堂氛围，提高学生参与度。学生：观看教师使用百度App识别垃圾过程。教师：在垃圾存放点存放着一些垃圾，白色代表可回收物，黑色代表不可回收物，如图2-2-4所示。你能设计制作机器人的垃圾识别回收装置吗？任务要求：能准确识别垃圾类型，并显示识别结果。可回收物，亮绿灯提示；不可回收物，亮红灯提示；没有垃圾，亮蓝灯提示。能对垃圾进行回收，将识别出的垃圾送至垃圾回收处理站。根据任务要求，机器人需要有识别颜色的传感器，有合理的机械结构便于安装传感器，具有能显示识别结果的显示器件，如图2-2-5所示。教学建议：基于学生的认知水平，垃圾识别回收装置设计的完整思路对于学生来说有一定难度，建议教师在给出整体思路的时候，引导学生思考垃圾识别回收装置的设计的细节。具体而言就是垃圾识别回收装置设计思维导图的第三部分。教师：你还有什么好的想法？跟同学们分享交流吧。学生：思考垃圾识别回收装置可以改进的地方。子任务二：“垃圾识别”传感器的工作原理教师：很多传感器都具有识别颜色的功能，下面以灰度传感器为例，来了解其工作原理。灰度传感器先发射光线照射物体，不同颜色物体的反射光线的强度不同。再检测物体反射光线的强度，并转换为电信号，传感器根据电信号的强弱来分辨颜色，如图2-2-6所示。教师：灰度传感器的外观多种多样，但工作原理相同，都具有发射管和接收管，发射管发出的光线一般是可见光，工作时我们可以观察到发射管发出的光线，如图2-2-7所示。学生：了解灰度传感器的工作原理。教师：如何将灰度传感器连接到传感器扩展板上呢？硬件连接教师：灰度传感器采集的数据是模拟量，只能选择一个模拟信号输入接口（A0-A5）进行连接，如图2-2-8所示。学生：根据教师的提示，连接灰度传感器到传感器扩展板上。添加模块教师：我们在Mind+中添加灰度传感器模块，如图2-2-9所示。学生：按照教师的示范，将灰度传感器模块添加到Mind+中。编写程序教师：为灰度传感器编写测试程序，如图2-2-10所示。串口字符串输出是为了测试传感器输出数据分析。学生：编写测试程序。记录数据教师：灰度传感器需要靠近检测目标，离物体表面1~2厘米是最佳距离，如图2-2-11所示。灰度传感器对光线比较敏感，在进行测试时需要避免其他光线的干扰。学生：按照教师要求记录灰度传感器输出数据。颜色判断教师：我们测试得到了黑、白色的灰度值后怎样区分呢？如果仅区分黑、白两种颜色，可以用两者的平均值作为参考标准。检测数值在平均值以上，判断为白色；在平均值以下，判断为黑色，如图2-2-13所示。教师：流程图由框图和箭头组成，可以直观表示策略的顺序和步骤，对编写程序有很大帮助。如图2-2-14所示是黑、白颜色判断流程图。学生：学习流程图中各类图形的名称及含义。教师：灰度传感器就像眼睛一样，机器人装上灰度传感器，就能识别不同的垃圾。灰度传感器的安装方式如图2-2-16所示。传感器的安装方式不同，机器人工作的可靠程度就可能不同，程序需要结合硬件安装方式、机械结构等情况来编写。学生：测试两种安装方式，哪种更合适。教师：检测下方的安装方式更合理一些。这样可以尽量避免光线对传感器的干扰，还固定了传感器的工作距离，避免了因机器人运动位置不同而造成的检测距离不一致。教师：为了让机器人能够判断前方是否有垃圾，需要增加传感器，红外避障传感器是很好的选择，如图2-2-17所示。红外避障传感器的主要用途是检测前方有无障碍物，工作原理和灰度传感器类似，且使用特定波长的红外线，抗干扰性较强。当前方有障碍物时，物体反射红外线，被接收管接收到，形成信号输出。学生：了解红外避障传感器的工作原理。教师：红外避障传感器的安装注意事项与被检测物距离适中，无阻挡物尽量对准被测物中部避免机械爪运动干扰教师：在Mind+中，可以用“读取数字引脚”来获取红外避障传感器的检测结果。请编写如图2-2-21所示的程序，并填写检测结果。学生：安装红外避障传感器模块并测试。教师：完成垃圾识别后要将识别结果显示出来，我们需要选择一种执行模块来完成显示任务，如图2-2-22所示。发光二极管也叫LED，常用来当作指示灯，有单色、双色、三色等。为了显示“可回收物”“不可回收物”“没有垃圾”三种任务状态，可以选用三色LED模块，如图2-2-23和图2-2-24所示。根据流程图编写三色LFD模块显示垃圾类型的程序，如图2-2-25所示。这里连续使用了两个条件判断，形成了三条分支，同学们可以对照流程图来理解。学生：安装三色LED灯模块并测试。教师：准备工作已全部就绪，现在来挑战完成垃圾回收识别任务吧。子任务三：完成垃圾回收识别任务教师：根据任务描述，垃圾回收识别装置应该具有以下硬件和机械结构，如图2-2-26所示。机械臂，用于回收垃圾，包括夹取结构、抬升结构。红外避障传感器，用于判断前方是否有垃圾。灰度传感器，用于垃圾识别。三色LED模块，用于显示垃圾类型。教师：在硬件搭建完成后，就需要编程程序来实现垃圾回收识别任务了。1.制作任务流程图教师：我们分析了垃圾回收识别任务的流程后，就可以制作任务流程图了，如图2-2-27所示。教学辅助：使用课件分布展示制作任务流程图。启发学生思考，而不是直接展示出来。学生：学习垃圾回收识别任务的流程图。2.使用变量教师：可以新建一个变量，用于记住垃圾类型，以便在进行垃圾运输时送到准确的垃圾处理站。变量可以看作一个用来存放数据的“盒子”，把从传感器中读取到的数据放人变量中，可以随时根据需要取用，如图2-2-28所示。每个变量都有变量名，给变量命名为“垃圾类型”为变量设置值，就像往“盒子”里装东西需要使用数据时，用变量名找到它教师：我们可以约定，在机器人没有检测到垃圾时，垃圾类型变量值设置为“0”；识别到可回收物时，变量值设置为“1”；识别到不可回收物时，变量值设置为“2”；如图2-2-29所示。3.编写垃圾回收识别程序教师：我们为机器人完成垃圾回收识别任务编写程序，如图2-2-30所示。程序编写完成后还需要进行调试，验证程序运行是否可靠，很多问题在调试时才会被发现。完整的垃圾分类任务比较复杂，垃圾回收识别任务只是其中一小部分，可以将其改写成一个自定义模块，便于使用。学生：编程垃圾回收识别任务程序并测试。4.“垃圾识别”自定义模块教师：把需要多次重复使用的程序编写成自定义模块，可以使程序变得清晰，也方便阅读与修改。归纳起来包含三点。可以让主程序变得简洁易懂，让我们把精力集中在策略思考上。可以多次重复使用。如果需要修改，只需要在“自定义模块”里修改一次，所有引用位置不需要再修改。学生：在自己的程序中使用自制积木，简化程序结构。课堂总结教师：请学生在小组内总结分享，然后请代表分享，将学生分享的结果记录下来。（可以使用声音转文字工具，这样快速形成文字资料，便于后期整理）。学生：小组内容总结，代表分享。教师：补充学生没有说到的地方，形成本节内容的总结。
作业设计 同学们，垃圾回收识别任务已经完成，你有什么收获呢？分享给大家吧。
板书设计
教学反思 本课内容较多，一个课时无法完成，建议3课时，按照三个项目分课时进行。教学过程中要突出重点，在教学重点环节多和学生互动，提升学生课堂参与度，激活课堂活力。在教学过程中突出核心素养的形成，本课核心素养着重放在学生计算思维的培养，引导学生思考问题，提出解决方法，并动手验证。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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