闽教版(2020)八年级信息技术下册 第4课《搭建救援机器人》 教案(2课时)

1、搭建救机器人教内分随着电子技术、机械技术和人工智能技术的快速发展，利用机器人进行抢险和救 援已经成为可能。本节课主要介绍救援机器人的组成、搭建方法和工作原理，以及开 源硬件在机器人中的应用，编写程序让简易机器人能直线前进，遇到障碍物时能转向 避开，最终实现利用机器人来完成搜索和救援任务。本节课硬件主要涉及麦昆小车和超声波传感器。通过编程能使麦昆小车电机转动， 实现直线前进、后退、转向等功能，而超声波传感器相当于麦昆小车的眼睛，通过超 声波传感器，麦昆小车遇到障碍物时能转向避开。从本节课开始，为了能更好地支持 机器人套装与物联网模块等多种扩展硬件，教材采用 Mind编程平台进行实验和操 作。Mi

2、nd 也是一种 micro：bit 的集成开发环境，基于 Scratch3.0 开，操作方 法及存储格式与 Scratch 基本相同。通过本节课的学习，旨在让学生初步了解救援机器人的组成、搭建方法和工作原 理，掌握有关超声波传感器的基功能，了解开源硬件在机器人中的应用，培养学生的 探索精神，增强他们的动手能力。教对分本节课是学生第一次接触机器人，学生在生活中多有接触机器人这个名字，但多 数学生会认为机器人应该是一个人。有些学生有玩过遥控玩具的经验，对理解开源硬 件执行人的“程序指令”完成特定任务的工作原理有一定的帮助。使用开源硬件来搭建机器人，对于大部分的学生来说都是第一次。本节课首先通 过自

3、己组装机器人，可以迅速让学生对机器人的内部结构有所了解，减少陌生感。 是基于 Scratch3.0 开发的一套集成开发软件，大部分学生小学已经学过 Seratch 编程，相对比较容易上手。超声波传感器是本节课要接触到的一种新的传感 器。本节课我们要让学生学会利用 Mind编写程序读取超声波传感器的数据，从而 控制小车行进的路线。通过本节课的学习，能帮助学生初步掌握机器人的操控方法， 提升学生动手能力和信息素养，进一步感受开源硬件给我们生活带来的变化。教目1解机器人的分类，应用情况，感受机器人的应用价值。2解超声波传感器的工作原理，能使用超声波传感器进行测距。3解电动马达及应用。4易救援机器人搭

4、建。5援任务程序的设计与实现。教重和点1学重点。读取超声波传感器数据，控制小车前进。2. 教学难点。救援任务程序的设计与实现。教方1 比较观察法：展示救援机器人等各种开源硬件的图片，让学生感性认识机器 人的外观形状和结构，初步了解各种类型机器人的应用环境。2授法：讲述救援机器人的类型、工作原理、应用情况、应用价值3 任务驱动法：以教材内容为主题，学生根据任务的具体要求，开展小组合作 的探究性学习，各组成员围绕教材范例和老师提出的问题，做好交流和活动成果展示4流、评价法：展示学生的活动成果，鼓励学生参与评价教准1学环境：计算机网络教室、互联网环境、转播控制系统。2 源准备：资源包（视频麦机器人超

5、声波避障机器人灭火机器 人源硬件应用的文字资料、各种开源硬件图片课件学生作品。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建筑 物模型一个。教过教学节创设情境第 1 时教师动1.播放视频:麦昆机器人火 机等。2讲解：这是用开硬件制作的救 援机器人，它现了开源硬件帮人们处 理危险、繁杂事务的能力。学生动 设计图 观赏有关机器 以机器人视频人视频，了解源 片断为切入点，将 硬件的作品形。 学生的思路引向现实生活，鼓励生 说一说自己的见导入新课 3机器人能现你的许多创，解 决你生活中的些问题，说说你活中见 到的机器人。4请小组长分发麦机器人套件， 两至三人一台1播放视频声波避障机器 人

6、导学生从视频中发机器人是如 何进行自动避，引出超声波传器。2引导学生阅读教 P38 的内容，交流讨论，说 所闻，再过渡到本 说机器人能帮们 课课题。解决的问题。领取实验器材观看视频。 学生观看视 频，带着问题读 教材，了解超波带着问题阅读 传感器的原理，结认识超声波传感器提问：什么是声波传感器。展超声波 传感器的工作理图片，试着运物理知 识推导出超声测距的距离计算式： （声音在空气的传播速度 x 传播的时间 差）/2，初步解超声波传感器距的原 理以及一些应场景。3上网查阅相关资，引导学生分 组交流讨论。问：你见过的超波传感 器还有哪些？们有哪些共同特？教材内容，了超 合物理知识推导出 声波传感

7、器的作 距离计算公式，尝 原理。运用已的 试多学科知识的融 物理知识，分超 合运用。声波传感器的距方法。分组讨论，不同的超声波传器有什么异同点1请组长分发机器套件，23 个 学生接收设 通过动手实 人一组：micro：bit 、超声波传感 备，检查设备的 践，学生组装机器 器、轮子、电盒、3 节 7 号电池、双面 整性。 人，了解器人的胶、扩展板。内部结构。动手实2 指导学生搭建机人。按照教材 取出螺丝刀， 学生第一接 40 第二步至第四安装机器人套 小组合作，按安 触 Mind，操作方践：调试 件。提学生注意扩展不要插反了，正 装骤，开始安 法与 MakeCode 有 超声波传 确的做是 屏

8、与声波传感器在同一 装。 比较大的异，虽感器侧。检查机器小车各部件连接牢固 性。与 Scratch 有点类 似，但涉及硬连3用数据线连接 ：bit 计算 找到数据线， 接等操，需要教 机。将数据线一端连接 micro：bit 端连接 micro： 师一步一引导学 据端口，另一连接计算机 接口提 bit，端连接电 生，提醒学生注意 醒学生如何检设备与计算机已常连 脑的 USB 口。 观察提示。 接。4播放Mind操作频，打 开 Mind，简介绍 Mind的界面， 选择右下角“展”的套件：micro： Maqueen 麦昆车，单击菜单连接设 备”的串口 Microbit，接设备。5演示：在“实时式

9、出 “当绿旗被点”指令，拖出“你 好”指令接上找到“读取 P1P2 超声 波距离（cm令放在“说你好”模 块中，打开小开关，单击绿旗试。 提醒学生注意池电量，电量不时读 取到的值是 0。提醒学生拿到一种新 的传感器，都进行这样的测试在 “实时模式”可以实现硬件与台角 色的交互，以可以实时地控制件而 不需要上传程。6切换到“上传模击“扩 展加套件：micro：Maqueen（麦 昆接设备。7阅读教材 P42，按教范例编 写程序。提示生在编程的过程，体 会“实时模式和“上传模式”异同 点，请学生总回答。双击桌面的 Mind图标，选 运行 Mind，连 设备。确保右角 显示“设备连成 功观看教师演

10、示，打开小车 关，编写程序单 击绿旗，读取声 波传感器的数， 利用手或书本为 障碍物，测试声 波传感器读取的 数据是否与实相 符。编写测试程 序，观察超声传 感器获得距离和 显示 LED 的图案 否与程序预设运 行结果一致。学生第一次接 触超声波传感， 教师要教会学拿 到任何传感器第 一步就是要先写 一个程序测试 下，养成良好编 程习惯。“上传模式” 和“实时模式在 结果的呈现方上 有较大的不同通 过案例对比，学 生亲身体验两的 不同，加深印。1利用超声波传感和其他辅助 学生交流与讨 学生充分利用 器材，制作一简易的手持超声测距 论，思考问题解决 已学知识，完成实践创新 仪。的方法，动手 务，

11、提高知识的综2请小组长回收实器材，清点 践。 合运用能力。数量。第 2 时教学节教师动1顾、演示上节课的内容：打 开 Mind，选择右下角“扩展”的套学生动 观看教师演示，思考并回答设计图 上节课中，学生第一次接触件：micro：Maqueen（麦昆击问题。 Mind，对 Mind单“连接设备”串口 Microbit，连 还比较陌生，知识回顾创设情境接设备。提问：连接方式上MakeCode 与 Mind何不同。2别演示在“实时模式”和 “上传模式”下如何读取超声波传 感器获得的数据提问：这两种模式 的异同点。3放超声波避障机器人视 频，介绍救援机人在控制程序的指 挥下，通过超声传感器，获取现场

12、 数据，自动识别碍物并避开，到达 指定的位置执行务。4小组长分发已组装好的机器 人，23 人一。观看教师演 示，思考并回答 问题。观看视频， 了解救援机器人 的特点。领取实验器 材。教师通过演示读 取超声波传感器 获得的数据这个 案例，帮助学生 一起回顾 Mind+最 基本的几个操作 步骤，如连接、 扩展等功能，以 及“实时模式” 和“上传模式” 的区别，为本节 课的顺利进行做 铺垫。让小车动动起来1绍电机。电动马达用于驱动 认倾听， 轮子转动，让机人行走。 micro： 思如何通过程 bit 路板输出电流较小，一般不用于 序控制小车的 直接驱动大功率达，麦昆机器人小 前、后退与转 车使用 N

13、20 金属减电机，通过外接 向。扩展板给电机提更大的电流，并利用改变通过电流大小、方向等方式来控制电机的转和方向。2接设备，切换到“实时模 以小组为单 式下图程序进行测试：小车前进 位行测试，尝 3 秒后停止，尝试修改速度。 试修改速度和等待时间，单击绿 旗运行程序，观 察小车运动的变 化。更改“前 进”为“后退” 或“左转”速 度，再进行测 试。教师通过介 绍电机的基本知 识，让学生明白 电机需要的电流 比较大，需要外 接扩展板才能驱 动，以及 micro： bit 通过程序改 变电流的方向来 控制电机的转速 起来和方向。通过一个简 单被点击的案 例，来测试电机 是否能正常工 作。小车动起

14、来，能极大激发 学生继续探的热 情和兴趣。动手实践：搭建简易救援机器人优化程序1述任务。展示某建筑物的 图片，在该建筑物内发生险情，请 学生让机器人小车通过超声波传感 器，避开墙壁等障碍物，前往指定 救援地点，为被困人员提供必要的 帮助。2析完成任务的算法：先直 行，遇到障碍物右转 度，再直 行，遇到障碍物再右转 90 度，直行 几秒后停止。3读教材 P4447，按照教 材参考步骤，编写程序，不断调 试。告诉学生，在调试过程中要尽 量保持小车初始位置一致，车子要 正，转弯 90 度是通过等待时间调出 来的。4织一场比赛，看哪一个小 组的机器人小车又快又准确地到达 指定位置，用时最短的小组给予奖

15、 励。1学生阅读教材 48 页。提问：为什么要优化程序。讲 解：在程序中有一些重复的动作， 比如右转，可以用自定义函数，这 样可以使得程序更简洁。2导学生从“函数”模块中 找到自定义模块，给模块命名，按 教材范例，对程序进行优化。认真倾听。 教师通过讲 解，让学生明确 他们控制机器人 小车要完成的任 务，以及辅助学 生推出完成任务构思如何编写 的法模型。 程序。 学自己动手探究，按照教 材的参考步骤，以小组为单 通过合作完成程 位，编写、调试程 的写和调 序，合作探究，动 ，高自主编 手实践。 程力。通过比赛， 激发学生学习兴积极参与比 趣促进学生合 赛。调试过程遇到 探，活跃课 问题及时解决。 堂氛。阅读材料，回 带着问题阅 答问题，认真听 读料，教师引 讲。 导学了解模块化程