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第10课《“小跟班”跟我来！》教学设计
课题 第十课 “小跟班”跟我来！ 单元 第1单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 计算思维：通过分析人类步态特点，学会设计机器人步态程序逻辑；掌握多程序段协同控制方法。数字化学习：利用编程软件调试舵机参数，优化机器人动作；探索传感器联动控制策略。信息意识：能够理解红外传感器工作原理，分析环境感知技术在实际应用中的价值。社会责任：讨论服务型机器人的伦理设计，如隐私保护、人机交互安全，养成信息社会责任意识。
教学重点 1、通过分解人类行走动作，学会步态程序编写。2、能够实现跟随逻辑：红外传感器检测+多程序段协同控制。
教学难点 多传感器扩展：设计转向功能的结构与程序逻辑。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第10课 《活动三 初识机器人》板书课题。1、视频2、在之前的课程中，我们设计了让电风扇和闸杆运行起来的程序，也让碰碰车”能够轻松地奔跑，可是要想让“小跟班”走起来并能够走稳，这可不是一件容易的事情。3、大家觉得“机器人如何模仿人类行走” 1、认真倾听老师讲解什么是机器人2、讨论机器人如何模仿人类行走 1、培养学生的观察能力和科学思维，激发对航天知识的兴趣。2、促进学生交流合作，提高表达能力，增强团队协作意识。
讲授新课 一、分析步态的特点1．演示人类行走分解动作机器人分析步态主要通过传感器数据采集、特征提取、数据分析和应用实现2．机器人腿部结构试一试在编写程序和设置机器人运动的参数值时，可以连接上机器人，这样就可以看到所设置的参数的实际效果了。二、编写“小跟班”前进程序动作舵机编号ID-01 左踝舵机编号ID-02 左膝舵机编号ID-03 右踝舵机编号ID-04 右膝舵机编号时长（毫秒）直立0000400机器人左倾站立160380800左、右“膝关节”左转0-380-38800机器人右倾站立-380-160800左、右“膝关节”右转033033800三、编写“小跟班”跟随程序 “小跟班”有一个重要的任务，就是要能够发现正前方主人的“召唤”，一旦发现了主人，就向前跟随主人前进；主人不在正前方时，就停下来等待参考“碰碰车”同时运行两个程序段来避障的程序编写方法，编写程序。编写程序段A，让“小跟班”运行“站立”的程序；再编写程序段B，用于时刻检测正前方是否有人，当检测到有人时就运行前进的程序，这样就可以完成跟随的任务了。说一说现在，“小跟班” 只能在发现“主人”处于正前方时才做出前进的动作。想想看，如果想让它能检测前方多个位置是否有人，并能根据人所在的大概位置朝着相应方向前进，我们至少需要安装几个红外传感器，又如何改变机器人的结构呢 程序上又如何来实现呢 问题解决方案传感器数量至少3个（左、中、右各1个）结构改造在机器人前方呈扇形分布传感器（例:左30°、中0°、右30°）程序逻辑按以下条件控制动作:-左侧有信号-→左转-中间有信号→前进-右侧有信号-→右转综合实践思考当“小跟班”向左前进时，关节的运动规律，分析机器人的重心变化。调试出它完成左转动作时的参数值，将机器人左转时的参数值填写到表1-3中。表 1-3 “小跟班”左转参数表动作舵机编号ID-01 左踝舵机编号ID-02 左膝舵机编号ID-03 右踝舵机编号ID-04 右膝舵机编号时长（毫秒）直立0000400机器人左倾站立160380800左、右“膝关节”左转0-380-38800机器人右倾站立-380-160800左、右“膝关节”右转033033800知识链接人形机器人NAO NAO是由AldebaranRobotics设计的，它是一个高0.58米的可编程人形机器人。它喜欢交谈，可以陪老人说话、下棋、打太极，还可以播报新闻与天气预报等。它擅长舞蹈，也可以进行动作模仿，和你一起跳舞。除了陪护老年人，它还被应用于帮助自闭症儿童进行康复治疗，通过帮助自闭症儿童增加与他人互动的次数，提高语言交流能力。 它有着非常讨人喜欢的外形设计，拥有25个自由度的身体，动作灵活，能完成许多非常困难的动作。它还配有一个惯性导航仪装置，在移动时十分平稳。NAO身上有2个摄像头、4个麦克风、1个超声波距离传感器、2个红外线发射器和接收器、1个惯性板、9个触觉传感器及8个压力传感器，可以随时确定自己的位置，它还能依靠超声波传感器探测并绕过障碍物，其减速引擎使用尖端技术可以使它活动十分准确。它还是各种硬件和软件以独特的方式组成的一款产品，可以在多种平台上对它进行编程。选择题1、想让“小跟班”检测左、中、右三个方向，至少需要几个红外传感器？（ C ）1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个 2、机器人检测到左侧有人时，应该执行什么动作？（ B ）前进 B. 左转 C. 右转 D. 停止3、“小跟班”的跟随程序中，程序段B的作用是？（ B ）保持站立姿势 B. 检测主人并控制前进C. 播放音乐 D. 躲避障碍物4、改造机器人结构时，红外传感器应如何安装？（ B ）A. 全部朝正前方 B.左、中、右呈扇形分布 C. 集中安装在顶部 D. 随意摆放 5、“小跟班”执行跟随任务时，程序段B检测到主人(红外距离s15cm)会触发什么动作 ( B )A. 播放警告音 B. 执行前进步态程序VC. 原地旋转 D. 进入休眠状态 判断题1、“小跟班”只需1个红外传感器就能检测左、中、右三个方向。（X ） 操作题1、设计“小跟班”多方向跟随程序流程图。开始循环： 如果 左侧传感器检测到人 → 左转 如果 中间传感器检测到人 → 前进 如果 右侧传感器检测到人 → 右转 如果 都未检测到人 → 停止结束循环1. “小跟班”可能需要以下传感器：（1）摄像头：用于视觉识别和跟踪主人。（2）超声波传感器：用于测量距离，检测障碍物。（3）红外传感器：用于在低光环境下检测主人。（4）激光雷达（LIDAR）：用于精确测量距离和创建环境地图。（5）陀螺仪和加速度计：用于检测机器人自身的运动和方向。（6）GPS模块（如果需要室外定位）：用于室外环境中确定位置。2.编写“小跟班”机器人程序要简洁高效：（1）感知与跟踪：用传感器识别并跟踪主人。（2）安全运动：路径规划和避障，安全跟随。（3）用户交互：明确信号，反馈状态。（4）安全与电源：控制速度，紧急停止，电量监测。（5）测试与维护：模块化设计，充分测试。 学生通过慢动作观察、标记关节并录制步态，随后将人类步态参数转化为代码上传至机器人，实时调试“小跟班”前进。学生先并行上传“站立”程序段A和“前方有人即前进”程序段B，实时观察“小跟班”在检测到/未检测到主人时的动作差异，再讨论增加多方位红外传感器的布局与代码实现。学生先观察人左转时重心外移、对侧腿加长的规律，测并迭代舵机角度，使机器人平稳左转，将最优参数写入表1-3。学生两人一组，按题单要求用卡片模拟红外传感器摆放并口头演练判断动作。学生将分组进行“小跟班”机器人的设计与编程活动。每组学生首先根据给定的传感器列表，讨论并选择适合的传感器来实现机器人的功能。 在“观察—建模—验证”的闭环中，让学生体验从生物仿生到工程实现的全过程，培养数据驱动的迭代思维。通过对比单点与多点检测需求，引导学生将硬件扩展（传感器数量与安装角度）与软件分支（方位判断与方向控制）同步迭代，体验系统化设计思维。借“人体—机器”类比，引导学生在调参中理解重心控制与步态耦合，培养数据驱动的工程优化能力。通过动手模拟与即时问答，巩固传感器布局与条件判断逻辑。通过这个活动，学生能够将理论知识与实际应用相结合，深入理解传感器的工作原理以及如何通过编程实现机器人的各种功能
课堂小结 ”小跟班“跟我来1.进行新知引入2.我们身边的机器人3.编写”小跟班“前进程序4.编写”小跟班“跟随程序5.完成课堂练习6.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 如果机器人跟着你去上学，要注意什么？ 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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