资源简介

课题 第7课 自动循迹显智能 共 1 课时 第 7 课时
素养目标 计算思维：综合运用传感器数据采集、条件判断和循环控制，设计并实现一个完整的自动控制系统（循迹小车），提升复杂问题分解与算法设计能力。 2. 数字化学习与创新：完成“让机器人自动沿黑线行驶”的挑战性任务，在调试“PID”等简单控制策略的过程中，培养工程思维和系统调试能力。
学情分析 学生已掌握传感器应用和选择结构，具备解决循迹问题的基础知识。循迹任务是机器人竞赛的经典项目，趣味性和挑战性强，能有效整合所学，激发学生高阶思维。
教学重点 理解灰度传感器的工作原理，设计基于双灰度传感器差值判断的循迹算法。
教学难点 将“保持在黑线上”的模糊目标，转化为对不同传感器状态组合（如“左白右黑”、“左黑右白”、“双黑”、“双白”）的判断和相应的电机控制策略，并精细调试参数使运动平滑。
教师准备 教学课件、机器人仿真编程平台（支持灰度传感器、预设循迹地图）、循迹算法示意图（状态机）。
学生准备 复习选择结构，预习灰度传感器原理。
教学过程
教学环节 教师活动 (备与教) 学生活动 (学) 所达成的素养目标及方式
导入新课 播放一段机器人循迹比赛视频。提问：“机器人为什么能自己沿着黑线走？它的‘眼睛’是什么？” 引出灰度传感器，并展示其识别人工对比色（黑/白）的原理。 观看视频，感受循迹的趣味性。思考机器人如何感知路线，认识灰度传感器。 创设真实、富有挑战性的任务情境，激发探究热情。方式：视频激趣、提问导入。
探究新知 传感器原理：讲解灰度传感器通过反射光强度识别颜色深浅，返回数值。 策略分析：以两个灰度传感器（左、右）为例，分析四种可能状态及对应策略： 左白右黑：微微左转（机器人偏右了） 左黑右白：微微右转（机器人偏左了） 双黑：直行（正在线上） 双白：可能已离线，需原地旋转寻找或按上次方向前进 3. 算法图示：用流程图或状态图清晰地展示上述判断逻辑。 1. 理解灰度传感器返回值的意义（如0代表黑，1代表白）。2. 跟随教师分析，理解四种状态对应的物理含义和控制策略，这是本课算法的核心。 3. 理清程序判断的逻辑流程。 计算思维：将一个连续空间的动态控制问题（沿中线行驶），离散化为几个典型状态的判断与响应，是经典的控制系统设计思想，极大锻炼逻辑分析和算法设计能力。 方式：策略研讨、图示法。
实践操作 搭建与配置：指导学生在仿真环境中搭建带有两个前向灰度传感器的小车，并配置端口。 2. 编程实现：引导学生将分析出的四种状态判断策略，用“如果否则如果否则”的多分支选择结构实现，并放入一个“无限循环”中。3. 调试优化：在简单直线和弧形赛道上调试。重点调试： 传感器阈值（多少算黑？多少算白？） 转向时的电机功率差和持续时间（“微微”转是多少？） 1. 完成机器人的传感器加装。 2. 编写多分支判断的循迹程序。 3. 反复调试阈值和转向参数，观察小车行驶是否平稳，针对弧形赛道优化参数，记录最佳值。 数字化学习与创新：面对一个典型的机器人竞赛任务，综合运用所学知识，从硬件配置、算法设计到参数调试，完成一个完整的项目，体验工程实践的完整流程和解决问题的乐趣。 方式：项目式学习、调试优化。
展示交流 举办小组循迹挑战赛，看谁的机器人能又快又稳地完成指定赛道（可包含直线、弯道、交叉线）。请优胜小组分享其算法思路和参数设置心得。 小组合作，调试机器人参加挑战。观察不同策略（如激进转向/平滑转向）的效果，交流参数调优经验。 在竞争中激发创新思维，在合作中促进知识内化和技能提升。 方式：竞赛合作、经验萃取。
小结与延伸 总结循迹是“感知判断控制”的完美结合，是机器人自动化技术的缩影。展示更复杂的PID控制算法概念，鼓励学有余力的学生探究。提出：机器人除了行动，还能如何与环境互动？引入输出声音的功能。 回顾循迹系统的复杂性，欣赏自己完成的智能小车。思考机器人其他输出方式。 总结项目成果，开阔技术视野，自然衔接下一课。方式：总结与展望。
作业设计
基础性作业 画出实现的循迹程序的核心算法流程图（四种状态判断）。
拓展性作业 尝试在仿真环境中，挑战更复杂的赛道（如S形弯、直角弯），并优化你的程序。
教学反思
素养目标达成情况 本节课是对前期知识的综合运用，计算思维目标要求很高，学生需要设计多分支判断算法并处理连续控制问题。大部分学生能理解并实现基础的四状态算法，逻辑思维能力得到很好锻炼。数字化学习与创新目标在项目式挑战中充分达成，学生体验了从设计到调试的完整工程过程，成就感强。
亮点与不足 亮点： 将复杂的循迹问题分解为四种典型状态，降低了学生理解难度，是优秀的教学设计。 2. 小组挑战赛形式极大地调动了学生的积极性和合作精神。 不足： 调试过程对部分学生来说仍具挑战，特别是阈值设定和转向微调，需要大量试错，教师应提供更具体的调试步骤指南。 2. 对于“双白”（离线）状态的处理策略，部分学生程序逻辑不够严谨，容易导致机器人“卡死”。

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