智能机器人信息技术教案.doc

一、认识机器人教学目标知识目标：了解机器人的概念、特征、分类与用途，简单了解机器人的发展历程。技能目标：熟练利用网络查找信息和处理信息。 情感目标：培养学生对机器人的兴趣，培养学生关心科技、热爱科学、勇于探索的精神。教学重点与难点教学重点：机器人的概念、特征；学生的自学能力和探索精神的培养。难点分析：机器人的概念及其特征；学生自我评价。案例描述片断1 观看视频引入教学内容师：21世纪被信息技术专家誉为智能机器人的时代，机器人在各行各业将得到更加广泛的应用，机器人技术综合机械工程、电子工程、传感器应用、信息技术、数学、物理等多种学科，它代表着一个国家的高科技发展水平。同学们在生活中有没有接触过机器人？在影视作品中的机器人是什么样的？请同学给大家描述一下。学生积极举手描述自己生活中、电影中见过的机器人，课堂气氛活跃，教师适时导入新课：师：下面请同学们看一段关于智能机器人的视频。（教师播放关于机器人比赛的视频）观看过后：同学们举了这么多机器人的例子，我们从刚才的视频上也看到机器人具有类似人类的形体和较高的智能。那么，到底什么是机器人呢？是不是只有在高科技实验室、科幻电影里面具有与人类相似的形体的才叫机器人呢？学生开始讨论，问题初步涉及到机器人的特征方面。师：现实生活中，机器人无处不在，并在我们的生活中起着重要的作用。你是否注意过商场的自动门、街头的取款机？这就是机器人！机器人就在我们身边！那么人们是怎么定义机器人的呢？片断2 以任务为驱动开展教学师：请同学们自学课本内容回答以下问题1、什么是机器人？2、机器人有什么特征？结合机器人的特征回答为什么商场的自动门、街头的取款机也称为机器人？学生阅读课本内容，总结归纳知识点。几分钟后，大部分学生总结出自己的答案，开始踊跃举手。学生1：机器人是一种具有类似某些生物器官功能、用以完成特定操作和移动任务的、可通过编程来控制的机械电子装置。学生2：机器人应该是由计算机控制的通过编排程序具有某些功能的机械。师：从同学们的回答中可以看出机器人的外表不必像人，只要在功能上能模拟生物的动作和行为，都可以称作机器人。下面请同学们总结机器人的基本特征。学生回答自己归纳、总结的机器人特征：1大脑： 控制机器人的程序。2动作： 任何机器人都有一定的动作表现。3身体： 是一种物理状态，具有一定的形态。师：回过头来，我们看看刚才谈到的商场自动门是不是机器人（与以上特征一一比对，得出它是机器人的结论）。师：下面请同学们思考，你们面前的电脑是不是机器人？为什么？教师扩展知识引出机器与机器人的区别：（机器人拥有传感器，运用了感测技术，对人类有回馈的作用，而机器则只能完全由人或程序来控制，不会因外在情况的改变而影响自己的动作。） 片断3 了解机器人的发展史，增加学生对机器人的兴趣学生学习到这里，已经对机器人产生了兴趣，迫切想了解更多的关于机器人的知识，有些学生开始在下面低声讨论自己对机器人认识。教师在学生学习兴趣高涨时介绍机器人的历史，可增加学生对机器人、对信息技术的学习兴趣。师：机器人的出现，使人类摆脱了繁重危险的体力劳动，标志着人类社会的进步。从1961年生产出第一台工业机器人到机器人研制开发蓬勃发展的今天，机器人主要经历了三个发展阶段（教师详细介绍机器人发展的三个阶段及各阶段机器人的特征，着重介绍第三代机器人-智能机器人的知识，激发学生的兴趣，为下面的学习内容打下基础。）片断4 分组活动扩展知识师：现在，智能机器人已广泛应用在社会的各个领域。下面请大家以小组合作的形式通过互联网查找、学习在生产、生活中应用了哪些机器人？它们的用途是什么？并填写机器人应用情况调查表（1） 确定活动的探索主题，构建问题框架。机器人名称应用领域关键词用途资料来源表1：机器人应用情况调查表（2）评价要求通过自评和互评的方式进行评价，标准如下：评价项目星级探究主题较明确明确明确且有新意关键词语定位欠准确基本切中主题定位准确信息检索与主题关联少与主题有一定关系与主题密切相关合作学习有简单工作计划，分工不明确工作计划较详细，分工基本明确工作计划详细，分工明确，小组协作好评 语 表2：评价表学生在听完老师的任务和要求后分组进行学习，教师巡视学生操作，收集掌握学生学习过程的信息：信息1：全部学生都能够按要求分组学习，合理分配各自的任务。信息2：大部分学生能够通过网络完成学习任务，填写完学习表格。有三分之一的学生完成的较出色。信息3：少部分学生在自我评价环节没有按教师提供的评价标准进行。反思 熟练利用网络查找信息和处理信息。二、机器人走直线一、教学目标知识目标：了解机器人的编程环境，理解机器人走直线的几个命令技能目标：会操作图形化编程的有关模块。能初步对简单的任务进行数学建模和画流程图。情感目标：培养学生对程序编写的兴趣。 二、重点难点： 重点：机器人编程环境的操作，理解机器人走直线的方法。难点：如何把具体任务通过抽象思维进行数学建模。三、教学过程：1新课引入： 通过第一节的学习，我们对机器人有一个基本的认识，从这一节开始我们学习机器人的具体控制和操作，今天我们来教机器人走直线。2新课讲授机器人使用操作规则说明 机器人这种教具价格比较贵，有些电子器件比较容易损坏和丢失，所以每次上课之前由每组组长负责领取机器人和有关器件，课后由负责人把机器人及有关器件设施及时归还，如有故障、损坏和丢失的情况及时向老师汇报。大家在使用的过程中严格按操作规范的要求进行，否则负责赔偿。任务分析，数学建模某港口从远洋货轮上卸下一批集装箱，码头到货仓的路径是一条直线，需要机器人把货物从码头运到货仓，你能设计一个程序对机器人进行控制吗？我们首先学习如何把这样一个具体任务的完成过程用简单图示和语句表示出来，然后画出流程图。 请大家观察机器人是用什么来走路的？ 机器人的轮子有几个？结合教师的任务分析请大家自己画一画流程图编程环境的使用介绍2 启动“积木式编程”软件：（1）开始-程序-纳英特积木式机器人开发环境纳英特机器人 积木式编程（2）双击桌面上纳英特机器人 积木式编程图标积木式编程的界面。2 积木式编程平台界面菜单栏菜单栏中包含了各类功能项。文件：新建、打开、保存等文档的基本的操作；视图：隐藏/显示工具栏、状态栏、C语言代码；计算功能：编程过程中使用到的各种逻辑运算；子程序：创建子程序、调用子程序、使用子程序；下载：打开RobotOS Board软件；帮助：帮助主题和关于本软件的信息；工具栏工具栏上分别是新建文件、打开文件、保存文件、关于、退出按钮。模块库区四类模块库可以通过鼠标的点击把它们分别展开。积木式编程平台的各功能区如下：2 机器人走直线举例让机器人以70%的功率前进2秒钟。可以按下面的方法编写程序。（1）单击“输出模块”中的“直行”模块，弹出“设置机器人移动”对话框，如图，进行机器人的移动功率及移动时间的设置。在机器人移动部分，向右拖动蓝色滑块设置机器人两个马达的功率为(+)70%，也可以功率显示框中直接输入数值设计功率。在移动时间的输入框中输入2。设置完后单击“确定”。（2） 击“程序模块”中的“结束”模块，完成程序的编写。在流程图区生成如下程序。完成程序编写后，保存程序（保存在全英文目录，使用英文文件名），单击下载菜单的“打开RobotOS Board软件”以打开“RobotOS Board”软件，然后下载程序。程序下载方法介绍/Soft/Index.asp下载演示第一步：启动机器人操作平台(RobotOS Board) 点击开始程序菜单，找到“纳英特积木式机器人开发环境”选项中的单击鼠标左键打开。如图图3-1：启动机器人操作平台第二步 单击(Cancel取消)进入操作平台。如图：第三步：启动向导 单击RobotOS Board界面的Tools菜单，将鼠标移到Download firmware命令上单击，启动下载操作系统向导。如图：第四步 选择通讯端口（通讯线与计算机连接的串口号），选择好后单击。第五步：正确连接各联接线，并点击。如图：第六步：如下图所示，选择，它正在闪烁”。 注意：纳英特积木式智能机器人是非常智能的，如果此时串口选择正确通讯灯会不停闪烁。如图：第七步：把机器人打在关闭状态（关闭电源）后，选择。第八步：把机器人开关打在下载后点击；即可。注：纳英特积木式智能机器人开关为三态开关，左边“下载”状态为机器人下载操作系统，中间“关闭”状态为关闭机器人，右边“正常”状态为机器人下载程序和执行程序。第九步：观察“电源”与“欠压”状态指示灯。如果均在熄灭状态点击“”（“电源”指示灯为绿色指示灯，亮为正常，如果熄灭表示机器人没有接通电源，纳英特积木式智能机器人提供的电池盒为二个3节5号电池盒，均带有开关，检查开关是否打开；“欠压”指示灯为红色指示灯，呈熄灭状态为正确状态，如果该灯亮表示机器人电池电量不足请取出充电，或使用外接电源）如图： 第十步：机器人开始正确下载操作系统。如图： 先下载操作系统，然后下载程序。注：当上图状态条走到100%后表示机器人操作系统下载完成。如何检察这是正确的下载呢？一是将机器人开关打在“正常”状态过1-2秒后有“嘀”的一声；二是在纳英特积木式智能机器人的液晶右下角有一颗跳动的“?”，这都是正确的状态表示。下载程序文件。注：此时应将开关拨在正常状态。如图： 注：当上图状态条走到100%后自动关闭表示程序已经下载完成。将机器人开关拨到“关闭”状态，此时将机器人开关拨到正常即可执行你的命令了。模块的基本操作添加模块在模块区中选择相应模块，用鼠标左键点击，遇有对话框的将调出相应对话框，通过选择或直接输入给定其参数，完成后确定。如：添加“转向”模块，您只需点击输出模块区中的“转向”即可，弹出对话框，可在界面上方左边的文本框中直接输入数值，也可以通过拖动滑条选择转动功率，再在下方的文本框中输入转向时间并确定，可看到流程变化为： 删除模块在需删除的模块上点击鼠标右键，即弹出删除对话框，单击确定删除其后面所有模块。模块一旦确定删除后将不能恢复。修改参数在需修改的模块上单击鼠标左键，即弹出参数对话框，修改其中参数和选择项，单击确定完成修改。按取消放弃此次修改。 修改后的程序需重新保存和下载到机器人才能生效。下载连接好纳英特机器人，在机器人操作平台（OS）中打开已保存的积木式文件，按照软件提示即可下载到机器人，下载完成后可脱机运行。直行、启动、延时、停止模块的使用说明直行 功能：用于控制机器人前进、后退。 操作：单击“输出模块库”中的“直行”，弹出设置对话框，设置好相应的参数后单击确定。 设置：移动速度：直接输入速度-100-100或拖动滑块设置速度。移动时间：直接输入时间0.001-9999.999或选择随机生成。 功能：“设置电机”控制机器人的左右电机。“停止电机”要用于关闭两个电机。 操作：单击“输出模块库”中的“启动电机”或“停止电机”，弹出设置对话框，设置好相应的参数后单击确定。 设置：在左/右电机输入框中直接输入速度-100-100或拖动滑块设置速度。 功能：用于让机器人保持前一个状态一段时间。 操作：单击“输出模块库”中的“延时等待”，弹出设置对话框，设置好相应的参数后单击确定。四、课堂练习1、填写教材中“调试”部分中的空格2、熟悉机器人的启动和程序下载五、课堂小结：这节课我们学习了机器人的操作规则，了解了机器人的编程环境及有关操作，了解直行、启动、停止、延时模块的操作，熟悉了程序的下载及机器人的启动。反思 正确连接各联接线，并点击3、机器人走正方形 教学目标：知识目标：使学生理解循环语句在程序设计中的作用能力目标：通过程序设计及调试培养学生创新能力情感目标：培养互相协作的能力和不怕失败的科学精神教学对象分析及教法设计：学生应具备的知识：学生知道机器人走固定长度的直线的设计方法以及转弯的实现方法。 学生的基本能力要求：能使用机器人开发平台，会用简单的流程图表示机器人执行的命令过程（即顺序结构）如图1：教师依据学生知识形成的特点，教学设计上体现以教师为主导，学生为主体，以学生动手操作与实际运用相结合教学重点：循环语句的作用理解教学难点：循环语句在编程中表示及机器人的调试教学器材及场地投影仪、笔记本、机器人数台、机器人专用教室，黑胶纸粘的一个长80厘米的正方形。教学过程设计：教学过程学生任务及注意事项、出现的情况一、新课导入，揭示课题。师：同学们，前面我们学习了如何让机器人走直线和转弯，今天我们要让机器人走正方形，首先让机器人从一个顶点出发沿顺时针方向走一圈，你们说说如何机器人完成这个任务？生：先走直线，再右转90度，再先走直线，再右转90度，再先走直线，再右转90度，再先走直线，再右转90度。师：说得很对，那就请大家利用图形编程平台把程序编好。学生在编程过程中机器人走直线、右转的速度与时间告诉他们一个参考值。编好程序并调试，学生在调试的时候，有些同学的机器人的不能沿走正方形走，这时提醒学生分析是走直线不够，还是转弯不够，再修改程序中的参数。有些边角走对了，有些不对。二、设置认知障碍，进入新课教学师：大家刚才让机器人走一个正方形，现在让大家让机器人不断地走正方形一百圈，大家自已摸索、或与小组同学讨论一下？生：按上面的编程方法，要拖放的流程图很多，太麻烦了。师：有没有其他的解决办法呢？请大家分析一下刚才我们编的程序，其中有几个动作是一样的？生：走直线、右转90度的动作机器人完成了四次。师：对，也就是说走直线、右转90度重复了四次。我们可以由一个循环语句完成。流程图如下： 学生编程调试：（1）让学生重新改写前面的程序。并要求思考这样做比前面有什么好的地方？学生：调整程序中的参数时，只改一个就行了，不象刚才要改四个。(2)学生示范演示成功的走正方形的程序，学生思考，该程序还有什么地方可以改进？他的成功之处你有没有想到？4、小组比赛：（走正方形5圈）走如下图形采用教师讲学生练的方法提高学生的学习效率。讲清FORTO NEXT 的语法结构即使用注意事项。让学生重新改写前面的程序。并要求这样比前面有什么好的地方？三、小结：这节课我们学生会了利用循环、语句控制机器人走正方形。在比赛中发现有些同学的小车走得比规定的正方形大，有的小，请同学们根据实际路线，想想怎样改进程序？概括学习内容，提出课堂延伸要求。三、活动感受请大家填写下表及个人课后日记机 器 人 活动评分表小组成员小组长任务时间： 年 月 日活 动 实 施 过 程分工情况小组分工是否明确，任务被平均分配给小组的每一个成员（明确3分， 一般12分， 不明确0分）参与程度所有的小组成员都积极参加，小组成员有效的行使自己的角色（优 3分， 一般2 差0）完成情况能有效的利用课堂时间，在老师规定的最后期限之前完成任务（优3分，一般12分，没有0分）合作情况小组成员显示出了极好的倾听能力和领导能力，小组成员通过讨论的方式共享他人的观点和想法 ，成员之间互相帮助、互相尊重（优 3分 一般1-2分 差0分）设备使用情况能按活动的有关操作的规定严格进行操作，没有损坏的机器人的情形（优 3分 一般 2分 差0分设计调试机器人程序（或模块组装）设计（合理3分，一般2分，欠缺1分。）为达到目的，反复调试和改进（优3分，一般2分，欠缺1分。）创新与发挥（有新意3分，一般12分，欠缺1分。）反馈与分析小组得分我们的得分是（ ）分失败原因改进对策成功秘诀创新想法教学反思：机器人课堂教学跟信息技术课堂教学相比有以下显著特点：1、 学生参与积极性高2、 实践性更强，更注重培养学生分析问题，解决问题的能力，要求学生能根据现实直观的现象来分析程序中的问题。从而确定解决问题的方法。3、 更着重培养学生创新能力的培养4、 容易让学生理解编程知识。5、 课堂组织形式可划分为搭建课和程序调试及实践课6、 综合性强，能反应一个人的综合素质。这节课学生在确定走80厘米的直线，和右转90度时用的时间比较多，有些同学在调试参数时有一定的方法以确定参数的范围，比如先一个小的参数机器人走得不够，换个大得多的参数机器人超过要走的直线，然后在这中间找一个，使查找的范围缩小。4、课机器人认路 【教学目标 1知识与技能 分了解灰度传感器及其调节方法；。 分掌握地面灰度检测； 分掌握机器人轨迹行走的三种方法； 步理解条件的“或”与”关系。 2过程与方法 分学会在机器人上安装和使用灰度传感器； 争能应用灰度传感器解决日常生活中的问题。 3情感态度与价值观 分让学生在实践中体验成功的喜悦； 分培养学生互助协作的精神，提高学生交流的能力。 【教材分析。 本课将学习灰度传感器的结构组成和在实际生活中的某些简单应用；通过活动，学习地面灰度检测方法；理解实现机器人循迹行走的三种方法。让学生掌握机器人“眼睛”的工作原理，通过学习灰度传感器完成更多的实际应用。 【学倡分析】 学生通过以往所学的传感器，已经对机器人传感器的运用有了一定的基础，对于灰度传感器的学习可以给学生开辟一个新的认识领域。本节课中，灰度传感器的安装与调节，直接关系到机器人是否能完成任务，对学生来说是一个难点，因此在教学过程中，教师要加强引导。 【教洁选择】 任务驱动、自主探究，分组协作、启发式教学。 【教学重点】 1发度传感器的安装和调节； 2三种机器人认路的方法z 3条件判断的嵌套以及“与”和“或”的使用。 【教学难点 灰度传感器的安装和调节，机器人认路程序的设计。 【教学过程】 一、创设情景，导入新课 教师活动 在上几节课中，我们曾经学习过“光敏传感器”和“红外传感器”，它们是利用光的强弱来当机器人的“眼睛”，完成机器人行走的任务，机器人能不能利用其它方法来行走呢？ 学生活动 小组讨论、制定方案。 二、展现目标，引入任务 教师活动 机器人可以利用光敏传感器、红外传感器实现类似人眼的功能，此外，地面灰度传感器也是机器人一种眼睛，利用它可以检测环境颜色的灰度，从而可以认路。通过机器人认路学习实现机器人循迹行走的三种方法。 1地面灰度传感器的工作原理； 2灰度传感器的调节； 3三种实现方法的分析。 在课程讲解过程中，教师可以随堂设置问题，引导学生解决。 三、自主学习，任务探究 教师活动 1布置学习任务一：动手调节灰度传感器的数值，观察机器人的改变； 2指导学生以小组为单位，进行探究式协作学习。教师给以引导启示指点制作 布置学习任务二：根据不同的实现方法搭建机器人，比较三种方案的异同。 学生活动 根据教师布置，完成任务，积累学习经验。 教师活动 引导和激励各组的探索学习，让学生通过观察、比较、探究合作等一系列学习活动，完成“各显神通”的内容； 2总结条件判断中的所学到的语句。 学生活动 动手实践，小组合作共同解决问题。 四、学习评价、归纳总结 教师活动 1，利用教学平台展示学生的作品，学生进行自评和他评：通讨归纳点给什学康讲一个阳化本节课所学的知识内容；2启发引导学生完成教材。博奕舞台中的任务； 3提示学生将本节课的学习成果及学习感受记录图卜成住某名，中 学生活动 1欣赏作品，自评、他评； 2完成“博奕舞台”中的任务； 3记录学习成果及学习感受。反思 分掌握机器人轨迹行走的三种方法5、机器人走迷宫 【教学目标】 1知识与技能 分学习红外传感器，完成机器人走迷宫； 专理解机器人走迷宫的策； 会学会编写机器人迷宫程序流程图； 分掌握子程序及复杂程序的编写。 2过程与方法 令通过视频播放机器人走迷宫，激发学生兴趣； 旁通过教师讲解左右手走，培养学生的编程思维； 奇通过让学生自己动手编程、调试，体会成功的乐趣。 3情感态度与价值观 台通过制作走迷宫的机器人，培养学生的想象力和创造力； 分培养学生积极探索、敢于实践、大胆创新的精神和意识。 【教材分析】 机器人走迷宫是本节课在经过几节实验课后，在掌握了相关知识后的一项大的、传统的，并具有一定任务难度的活动课，它要求我们的同学能够综合运用前面所学的各种传感器，加上自己的创造、创新，去分析、解释任务，搭建机器人，理解机器人走迷宫的策，写出详细的流程图，并通过运行机器人来检验其正确性，通过反复调试最终完成学习任务。同时，走迷宫也是一项比较有趣的活动，可以有效地考验学生的记忆和判断能力。 在前面的课程中，我们学习了红外传感器的使用，了解了红外传感器在实际中的某些应用，本节课我们继续使用红外传感器，通过动手搭建迷宫机器人，理解机器人走迷宫的策，学习子程序及复杂程序的编写。 任务驱动、自主探究、分组协作。 【教学重点】 1理解机器人走迷宫的策； 2学会如何编写机器人走迷宫的流程图。 【教学难点】 1机器人行走方向的判断； 2掌握子程序及复杂程序的编写； 3红外传感器在实际生活中的多元运用。 【教学过程】 一、创设情景，导入新课 教师活动 1设置情景：欣赏走迷宫的机器人视频； 2引入课题：引导学生分析机器人走迷宫的原理，观察走迷宫机器人中运用到的知识，引出本堂课的任务。 学生活动 欣赏视频，所学知识的整理和回顾，明确学习目标。 二。展现僵标，引入任务 教师活动 实例讲解机器人走迷宫的原理及在、右手走：如果一个人在漆黑的迷宫场地中寻找出口，怎么才能走出迷宫呢？一般地，人会通过手的触摸来寻找行走路线，沿迷宫的围墙的某一侧行走可以使机器人走遍迷宫的每个地方，这是走迷宫的一般方法。由于场地漆黑，根据两手获得的墙壁触摸信息可以做出判断，我们称沿左侧行走的方法为左手走，称沿右侧行走的方法为右手走。让机器人假设按左手法则行走，用左手去摸索左侧的墙壁，以确定前进的方向，同时右手伸向前方，避免在前进的过程中撞到前方拐弯处的墙上。 学生活动 揭过观察和教师的讲解，了解机器人走迷宫的策。 三、自立学习，任务探究 教师活动 1布置学习任务一（走迷宫策左右手走） 阅读教材，根据教师所讲解的内容以及自主理解，强化对左右手走的理解。 2指导学生以小组为单位，进行探究式协作学习，完成括建走迷宫机器人，鼓励完成快的同学当小组长，辅导制作有困难的学生。 3布置学习任务二（走迷宫程序的设计及子程序的弓队） 通过分析“走迷宫机器人”的程序以及观察流程图，小组讨论出程序设计的意图，并独立完成程序的再设计。 对“子程序”概念的归纳及讲解，为学生整理一下编程思路。 学生活动 1结合教材完成任务一。在练习过程中，完成快的同学辅导制作有困难的同学； 2结合教材完成任务二。在实践过程中，收集出各组制作机器人时出现的问题，协作探究，找到解决问题的方法，让学生在活动中，分享学习的快乐。 教师活动 1引导和激励各组的探索学习，让学生通过观察、比较、探究、合作等一系列学习活动，熟练掌握左右手定则的判断方法，正确运用到实际编程中； 2引导学生归纳总结所学编程知识，通过于程序的学习，引导学生合理编程、简化编程。 学生活动 动手实践，遇到问题，小组内解决。 四、学习评价、归纳总结 教师活动 1利用教学平台展示学生的作品，学生进行自评和他评；通过归纳总结，让学生进一步强化本节课所学的知识内容； 2启发引导学生完成教材“博奕舞台”中的任务； 3提示学