资源简介

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搭建巡逻机器人
教学内容分析
本节课教材主要介绍利用巡线传感器（即光电传感器、光线传感器、灰度传感器等）来设计一种能识别道路，沿着事先规划好的线路行走的机器人，完成机器人自动巡逻等任务。每个麦昆机器人小车的底部都装有两个巡线传感器，就像机器人的眼睛，能识别道路，指引机器人沿着黑线前进。
机器人巡线的算法与使用机器人底部传感器的数量有关。本节课主要介绍单巡线传感器巡线和双巡线传感器巡线的工作原理。教学时应提醒学生，单巡线传感器巡线时，只要用到其中任意一个巡线传感器，测试时被用到的巡线传感器应放于黑线的上方。双巡线传感器巡线时，用到两个巡线传感器，测试时小车应放于黑线的中间，黑线的粗细对程序的编写和调试是有影响的。本教材的范例，黑线的宽度应不超过两个巡线传感器之间的距离差为佳。
本课学习机器人巡线原理。学习本课内容有助于培养学生深入了解机器人，进一步构建机器人知识体系。
教学对象分析
机器人巡线是智能机器人中最为基本的任务之一，很多青少年机器人比赛都要求机器人有巡线的功能。这是一个全新的知识领域，内容比较难理解，实验又极具挑战性。八年级的学生活泼、好动、好奇心强、易于接受新事物，教师要创设教学情景，充分调动他们的学习兴趣。通过搭建比赛场地，用比赛活动活跃课堂气氛，激发学生参与的热情，鼓励学生迎难而上，不抛弃，不放弃，在比赛中完成课堂任务。
通过本课学习，能帮助学生理解机器人单巡线和双巡线的工作原理，学会用程序控制机器人完成更多的任务。
教学目标
1．巡线传感器的工作原理。
2．应用巡线传感器判断路况。
3．单巡线传感器巡线的工作原理。
4．双巡线传感器巡线的工作原理。
5．机器人巡线任务的设计与完成。
教学重点和难点
1．教学重点。
单、双巡线传感器巡线的工作原理。
2. 教学难点。
机器人巡线任务的设计与完成。
教学方法
1．比较观察法：通过播放《巡线机器人》《安保巡逻机器人》等视频，让学生了解什么是巡线机器人。
2．讲授法：讲述巡线传感器巡线的工作原理。
3．任务驱动法：实施分层次的任务教学法，保证全体学生都能在有限的时间内完成简单任务，学有余力的学生完成要求层次高的任务。
4．交流、评价法：展示学生的活动成果，鼓励学生参与评价。
5．比赛法：组织学生参与课堂比赛，激发学生斗志
教学准备
1．教学环境：计算机网络教室、互联网环境、转播控制系统。
2．资源准备：资源包（视频：《巡逻机器人》《巡线机器人》《安保巡逻机器人》），有关开源硬件应用的文字资料、各种源硬件图片、课件、学生作品模板等。
3．验器材准备：麦昆机器人若干台（含超声波传感器），数据线若干条，巡线场地图一张。
教学过程
第1课时
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
创设情境，
导入新课
1.播放视频：《巡逻机器人》《巡线机器人》《安保巡逻机器人》。
2．提问；巡逻机器人和救援机器人有什么区别？救援机器人通过超声波传感器避障，但走路方向很难控制。而巡逻机器人能够自动按照指定线路行走，行走方向明确。
3．请小组长分发机器人套件和测试场地。引导学生找到并观察麦昆小车底部巡线传感器。
观看视频，了解巡线机器人。
对比两种机器人，回答问题。
领取机器人套件，观察巡线传感器特征。
通过视频导人，创设情境，为后续的主题学习做好铺垫，并突出本节课的知识点。
认识巡线传感器
1．展示并讲解巡线传感器图片，巡线传感器一般装在机器人小车下方，一辆小车可能有几个，距离地面约为1厘米，每个巡线传感器有一个红外发射器和一个红外接收器。
2．讲解巡线传感器的原理。深色反射弱，浅色反射强。当地面为黑色或深色时，红外线会被吸收或无法被反射，导致接收器接收不到红外信号，传感器输出数值为0；当地面为白色或浅色时，红外线会被反射，接收器接收到红外信号，传感器输出数值为1。
认真倾听，观察巡线传感器的特征。
认真倾听。
教师通过课件展示巡线传感器，让学生对巡线传感器有感性的认识，提高辨别能力。
通过教师讲解，让学生对巡线传感器的工作原理有初步的了解。
动手实践1：连接与调试巡线传感器
1．引导学生连接设备，放好实验场地，进行传感器测试。找到麦昆小车底部标注为Line-L P13的巡线传感器，把它准确地安放在场地的黑线上方，按照教材P52的方法，编写程序。正常情况，在黑线上时，LED显示0，不在黑线上时，LED显示1。
2．换另一个传感器（Line-R P14），重复上面操作。提醒学生，如果数值都没有变化，说明传感器可能有问题，应报告老师更换。
在教师的引导下，动手按照教材的方法，测试左边巡线传感器。
动手测试右边的巡线传感器。
教师引导学生，养成良好的编程习惯：每拿到一种新的传感器，都要编写一个简单的程序进行功能性测试。
动手实践2：设计单巡线传感器的巡逻机器人
1．介绍单巡线传感器的原理。展示单巡线原理图，用左右巡线传感器中的任何一个控制机器人自动巡线前进，不脱离黑线所在的区域。当巡线传感器检测到黑线的时候，左电机以一定速度转动，右电机停止不动或以明显低于左电机的速度转动；当巡线传感器未检测到黑线的时候，右电机以一定速度转动，左电机停止不动或以明显低于右电机的速度转动。
2．按照教材P53的程序，边演示边讲解程序的算法。
3．在讲台附近，可以用黑色的胶布设置一个比较大的场地，让测试完的学生在这个场地上比赛，看谁的小车走得又快又稳。
观看课件，倾听讲解。
观看演示倾听讲解，模仿操作。
以小组为单位在比赛场地上调，出现问题，讨论解决。
教师先讲解单巡线的原理，再配合演示讲解，帮助学生理解程序。
通过比赛，激发学生学习兴趣，促进学生合作探究，活跃课堂气氛。
实践创新
1．布置任务：上面所搭建的巡线机器人虽然能实现自动前进，但遇到障碍时不会自动停止，请结合超声波传感器、LED灯等器件让巡逻机器人遇到障碍时会自动停止。
2．请组长回收机器人套件，整理清点。
以小组为单位，交流讨论，学会组合程序，完成任务。
整理实验器材。
学生充分利用已学到的知识，完成任务，提高知识的综合运用能力。
第2课时
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
知识回顾，
导人课程
1．演示、讲解单巡线机器人的工作原理，编写单巡线机器人的完整程序。提问：单巡线机器人走起路来有什么特点？
2．引导学生交流讨论：如何让机器人走路更流畅一点。
3．请组长分发机器人小车和测试场地。
倾听讲解，观看演示，回顾知识，回答问题。交流讨论，踊跃发言。
领取实验器材。
回顾上一节课的知识，为这节课做准备，同时自然而然地引出这节课的内容。
动手实践：设计双巡线传感器的巡逻机器人
1．引导学生阅读教材 P55，展示双巡线机器人的巡线图片，根据可能出现的四种情景，分析巡线原理。
（1）两个传感器都识别到黑色，说明机器人可以前进。
（2）左边传感器识别到白色，右边传感器识别到黑色，说明机器人需要右转。
（3）右边传感器识别到白色，左边传感器识别到黑色，说明机器人需要左转。
（4）左边右边传感器都识别到白色，停止。
2．连接设备，打开 Mind＋平台，按照教材 P57～59的操作提示，编程调试。引导学生对比单巡线机器人和双巡线机器人的行走原理。
学生先阅读材料，再倾听教师讲解，理解双巡线的原理。
以小组为单位动手编程。根据场地修改程序，让机器人走得更顺畅一点。
先学后教，让学生感知知识，有助于培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力，在解决问题的过程中掌握操作技巧。
学生通过编程实践，不断调试，提高解决实际问题的能力。
实践创新
1．布置任务：结合现有的传感器（超声波传感器、声波传感器、温度传感器）进一步提升巡逻机器人的巡逻功能。
2．请组长回收设备，清单整理。
以小组为单位，交流讨论，学会编写程序，完成任务。
学生充分利用已学到的知识，完成任务，提高知识的综合运用能力。
教学反思方向
1．视频中的巡线机器人能否引导学生充分认识巡线传感器的作用，激发学生的学习兴趣。
2．学生是否能理解单巡线传感器巡线的工作原理。
3．学生是否能理解双巡线传感器巡线的工作原理。
4． 学生是否能理解并完成教材中的范例编程。
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