《自动吸尘器》教学设计

1、自动吸尘器教学设计 盐田区田东中学 邓晓颖【教材分析】 自动吸尘器是哈工大（深圳）机器人教育中心出版的人工智能与机器人第5单元“身边的小发明”中第12课“自动避障游览车”的内容。这一单元主要是训练学生从身边的小事上着手发现问题、分析问题、运用程序设计解决问题的能力；从而培养学生的创新精神。让学生通过这些小发明学习一些常用的传感器，让学生了解机器人的“感觉器官”是多种多样的，有像人眼睛一样的“红外传感器”，有像皮肤一样的“触觉传感器”，有像耳朵一样的“声音传感器”有了这些传感器，机器人就更“聪明”了。本课主要通过让机器人完成“避障”来学习有关红外避障传感器的基本知识，进一步感受机器人的“智能”特

2、点，在人工智能与机器人一书中具有承上启下的作用。由于机器人要做判断和决策，编写的机器人程序就不再是简单的顺序结构，这里可以让学生进一步感受到选择结构的机器人程序设计和多种结构综合运用解决实际问题。【学生分析】 初一的学生活泼好动，思维集中的时间不长，但对周围的事物充满好奇，特别是切身体会的事兴趣高昂，愿意花时间花精力去研究。但由于他们的知识经验还存在局限性，思维的独立性和批判性还处于萌芽阶段，神经系统调节能力也较差，容易受外界影响，所以教师要给予适当的指引。学生在学习本课之前已经学习了声音传感器，对传感器有了初步的了解；具备了用流程图编程的能力，并且对于程序设计已经有了初步的掌握，能够设计简单

3、的任务让机器人去执行。【教学目标】 知识与技能：1、认识机器人的红外避障传感器，初步了解机器人红外避障传感器的工作原理； 2、进一步学会选择结构的程序设计方法；3、学会综合运用永久循环、条件判断和避障传感器模块解决实际问题。过程与方法：通过“改造普通的吸尘器使其能自动清洁”这一任务来锻炼学生的观察能力和思维能力；培养学生运用程序设计来解决实际问题的能力。情感态度与价值观：1、 培养学生的创新精神；2、 使学生体会到机器人的智能性，可以帮助我们解决实际生活中的问题，进一步培养学习机器人的兴趣。【教学重难点】 重点：红外避障传感器的工作原理难点：永久循环、条件判断和避障传感器模块的综合运用。【教学

4、方法】任务驱动法、类比法、讲授法。【设计思路】 1、根据学生的学情，由学生实际生活中有切身体会的事例引入课题，激发学生的学习兴趣。我设计了这样一种情景：周末时父母让小孩打扫卫生，而小孩又很想出去玩，不打扫父母又会惩罚，怎么办呢？让学生展开讨论，这时就有学生说假如有一个自动吸尘器就好了。这样便进入了自动吸尘器的设计，再由自动吸尘器和普通吸尘器的重要区别就在于要给吸尘器加上眼睛让它看到物体，突出本课的重点内容。红外避障传感器的学习可以形象的比喻为人类的眼睛，二者对比讲解让学生能形象的理解。 2、由视频演示人类日常生活中的小乌龙事件（由于注意力不集中撞到前面的柱子），既增加了趣味性又能引起学生思考各

5、部分要协同工作才能干好工作从而达到弱化难点的目的，同时沿着人类的思考模式解决问题，学生易于理解掌握。 3、设计与现实生活中挂钩的作业，让学生展开想象的空间，来发挥自己的聪明才智改进我们周围的设施，让生活更加便利。【课时安排】 1课时。【教学过程】教 师 活 动学 生 活 动情景导入问：同学们，你们周末的时候要帮助父母打扫卫生吗？问：假如在你打扫的时候有朋友叫你出去玩，而又不能等你打扫完毕再去？这时是不是很想丢下工作出去玩但又怕父母责骂呢？问：这种情况下我们有没有一个两全齐美的办法保证既能够和朋友出去玩同时打扫的工作也能完成呢？趁势引出课题我们来制造一个自动吸尘器，帮助我们完成清扫的工作。大部分

6、的学生都遇到过同样的问题，有过矛盾。讨论，有同学提出要是有一个可以自动打扫的机器人就好了。教学过程教学过程教学过程1、给机器人加眼睛红外避障传感器我们今天的工作就是把一个普通的吸尘器改造成自动吸尘器。首先请同学们思考普通的吸尘器和自动吸尘器的区别在哪里？问：为什么有这个区别了，我们可以怎样把这个区别解决，让普通的吸尘器也可以自动清扫呢？此时教师引导学生：普通的吸尘器要人手动操作最重要的是借助人的眼睛。人的眼睛能够看见从而知道清扫哪些位置。总结，改造最重要的一个环节就是给普通的吸尘器加上“眼睛”。什么是机器人的眼睛呢？（趁势拿出红外避障传感器）这就是机器人的眼睛，称为红外避障传感器。我们找一下看

7、诺宝机器人里有几种红外避障传感器？分别是什么？有何区别？出示课件介绍红外避障传感器组成和工作原理（红外避障传感器又称为红外传感器，它是通过发射器向外发射红外线，红外线遇到障碍物体反射回来，接收器接收到反射回的红外线，这样机器人就探测到了障碍物体。但它与人类的眼睛一样有一定的视角，它依靠光的反射来看物体，所以容易出现视觉死角。） 问：既然两种红外传感器是一样工作的为什么要把它分为一体式和分体式？并不给予学生一个正面的回答而是给出视频场景：小偷在盗宝时碰到了红外线警报响起来（红外警报器）。思考：这里面的红外警报器是如何工作的？ 回答的很正确。之所以把红外传感器做成分体的就是为了把发射器和接受器摆在

8、不同的位置，判断他们中间有没有物体经过，有物体经过接收器就接收不到红外信号，从而发出警报。提示学生注意：红外避障传感器相当于人类的眼睛但并不能完全代替眼睛，他只具备有眼睛的一个功能也就是看物体的功能，并不能详细的了解物体的具体位置以及与机器人的详细距离。任务一：添加红外避障模块现在请同学们动手给你的机器人加上眼睛，试着让他躲避前方的障碍物。巡视， 提示需要设置变量（思考选用何种变量前红外避障变量）和连接端口。2、综合运用永久循环、条件判断编制自动吸尘器程序任务二、在程序中添加条件判断模块眼睛是加上了，那你有没有真正的使用它啊？教师展示视频：一个人想事情出神拉，笔直走撞到了前面的柱子上。为什么会

9、出现这个现象啊？刚才同学们说的很不错，但不够全面。这是因为我们眼睛看到物体后会把信息传给大脑，大脑分析判断后再下达命令给腿来执行，从而避开障碍。同样的我们的机器人也要把他所看到的信息发送给它的大脑，让其下达相应的指令。现在请动起手来把信息传递给大脑，并让大脑学会思考。巡视，提示“条件判断”模块中条件表达式要设置正确（前红外避障变量=1表示前面有障碍物）。任务三、在程序中增加“永久循环”问：是不是放的近时能避开一次，之后就没办法避开了？（选取一个学生的程序）我们来看一下同学的流程图，我们知道程序是沿着流程线来执行的。在程序启动的开始眼睛就把看到的信息传给了大脑，大脑也下达了相应的命令（有障碍躲开

10、，无障碍继续前进）。这样程序就执行完成拉，眼睛就不再继续工作拉。如果我们想要让眼睛时刻工作应该怎么样做呢？给出操作技巧将所有的程序模块选中，按住左键拖动鼠标至永久循环模块处出现向下的箭头再放开鼠标左键。巡视，发现问题给予适当指导，并鼓励同学之间互相学习。讨论得出结论：普通的吸尘器要人手动控制，而自动吸尘器可以自己自动的在房间里走动清扫。讨论得出结论：普通的吸尘器不能走动，也不知道哪些地方是可以清扫的、哪些地方是无法清扫的，需要人手动操作。自由发言得出：要给普通的吸尘器加上眼睛，让它在空地上清扫，遇到无法清扫的位置（如碰到墙壁、衣柜）能避开转而清扫可以走动的位置。（由于器材有限4个同学一小组，每

11、组配备有一个机器人）从机器人组件里找出所有红外避障传感器仔细观察回答一体式和分体式两种，区别在于分体式将接收器和发送器分开成两个部分。对照着课件观察实体传感器，理解其工作原理。自由阐述自己的观点。讨论，自由回答。有学生说到“应该是要接收红外光线的位置没接收到红外线所以报警”。理解不同红外传感器的工作方式。了解红外传感器另一种利用方式比对人类眼睛的功能和红外传感器工作原理理解二者功能差异。学生动手操作，给机器人（课前准备好的半成品机器人，只需加上合适的传感器即可（注：4人一组，共用一个机器人）加上眼睛，并编程、仿真运行。操作练习发现问题：老师，加了眼睛后还是躲不开障碍物？怎么办啊？自由发言根据前

12、面学习的知识能较快的反映需要加上“条件判断模块”。练习操作，并仿真执行。 操作练习发现问题，有时能避开障碍物，有时又不行。（快速反应到）要加永久循环，让眼睛、大脑等器官不停工作。操作尝试，仿真执行。仿真通过下载程序、调试机器人（4人一组，选取有代表性的程序下载至机器人）作品展示、揪错展示运行两个有代表性的学生作品。（作品一：机器人在距离障碍物一定距离时就避开了障碍。作品二：机器人碰到了障碍物一段时间后再避开。）哪个同学做的好啊？好在什么地方？问：我们对比两个程序，作品二有什么是需要修改的？某某同学讲的很不错。请有同样问题的组修正自己的程序，重新下载。、作品巡展、评价下面我们请同学们自由上台来展

13、示各组的改良后的自动吸尘器（每组派一个代表上台演示，并说明设计的功能）。 问：同学们认为哪一款自动吸尘器你愿意买回家啊？总结。看来我们的同学们还是喜欢功能多样化的机器，祝贺第*组获得我们今天设计的第一名。作品一好。不会损坏机器人。作品二每次都撞上障碍机器人损伤厉害。（发表各自的观点）有同学提出不能用直行模块而应该改用高速电机。直行模块规定了直行的时间，机器人会走完这个时间再判断障碍，这样容易发生撞车事故。上台展示作品学生思维灵活，有的机器人在成功避开障碍后会发出音乐、灯光等。发表自己的看法，观点不一，整体偏向功能多样如发出音乐等。（展开互评） 学生鼓掌祝贺。小结通过这节课你学到了什么？总结，自由发言红外避障传感器的工作方式、条件判断和永久循环的综合运用。课后作业1、想一想红外避障传感器还可以应用在哪些方面？2、在你的日常生活中有没有