给机器人装眼睛

给机器人装“眼睛”——看物体》教学设计深圳市龙岗区平湖中心小学胡玉珍一、教材分析《给机器人装“眼睛”——看物体》是深圳版《信息技术》五年级上册第二单元《机器人开始行动》的第一课。在前一个单元，学生了解了人类智能与人工智能的区别与联系，学习了用诺宝器材如何拼装一个简单的机器人，理解了机器人的思维流程，掌握了简单的编程。本课起到承上启下的作用，要求学生认识红外避障传感器的组成及其工作原理，学习在程序中如何应用红外避障传感器，掌握用流程控制模块库中的条件判断循环模块编写程序的方法，能够在仿真界面中设置仿真环境并测试机器人程序。基本对本课核心内容的认真研究与分析，本课教学重点和难点围绕设计机器人避开障碍物的程序而展开。教材在内容设置顺序上，先是了解红外避障传感器的结构与工作原理，接着为机器人设计避障程序，最后在仿真环境中测试程序。我在权衡了教学内容的主次后，把本课的重点放在程序流程图的设计与仿真障碍物环境设置两个方面，简单处理红外避障传感器的结构及工作原理。二、学情分析五年级的学生在第一个单元的学习中已经对诺宝机器人的硬件和软件有了初步认识。他们通过拼装简单的轮式行走机器人，认识了红外避障传感器、电机、主控盒等部件，也了解了机器人的工作原理——传感器接收到的信号，传给微电脑，微电脑经过分析、判断，发出指令，指挥机器人完成相应的任务；他们通过编写机器人画图的简单程序，熟悉了诺宝RC软件的操作使用，知道如何添加模块、设置模块属性以及在仿真界面让机器人行走起来；他们通过对智能机器人一段时间的学习，养成了阅读课本、交流体会的习惯，学会了参照教材编写的操作流程在计算机上完成程序的设计。三、教学目标（一）知识与技能1．了解红外避障传感器的组成、工作原理；2．学会在程序中应用红外避障传感器；3．学会用流程控制模块中的条件判断模块编写程序；4．学会在仿真界面中设置具有障碍物的仿真环境。（二）过程与方法1．视频贯穿教学的几个重要环节，帮助学生理解概念、创设深入探究的情境。2．通过教师演示、引导，让学生知道红外避障传感器的组成及工作原理；3．通过自主学习、师生共同探究，让学生正确设计红外避障机器人的程序流程图，理解参数设置的作用；4．通过教师演示、引导，让学生学会在仿真平台设置具有障碍物的仿真环境。（三）情感态度与价值观仿真平台测试避障机器人的趣味激发学生的学习热情；程序设计的逻辑思维逐渐养成。四、教学重点1.学会避障程序流程图的编写，理解参数设置的作用；2.创建有障碍物的仿真环境。五、教学难点条件判断模块的参数设置及其作用；设置合理的有障碍物的仿真环境。六、教学关键条件判断模块的学习，采取学生自主学习与老师巧妙的引导及板书相结合的办法，理解参数设置的作用；仿真障碍物设置时，老师先演示避障环境的设置，再让学生设置，测试。教师不断巡视，展示学生出现的一些不合理设置，从而让学生设置出合理的障碍物环境。七、教学准备教师准备：诺宝机器人一个，视频三个，教学PPT，板书纸块。学生准备：课前预习第6课八、教学过程环节一：课堂导入PPT出示两张机器人图片:问题1：让学生观察甲乙两个机器人有什么不同并交流。问题2：现在甲、乙两个机器人，在走廊的通道上行走。请同学们仔细观察，它们行走时有什么特点？为什么？视频1：（机器人巡逻——甲乙两机器人，甲没装红外避障传感器，乙有装。在巡逻时，甲横冲直闯，四处碰壁；乙却能够自由行走，不会撞到墙壁。）学生交流，说出自己认为合理的答案。教师小结（机器人装了眼睛才能看见物体），引出课题。（教师板书：第6课给机器人装“眼睛”——看物体）。环节二：红外避障的组成及工作原理1．红外避障的组成。PPT出示乙机器人。教师引导：乙机器人的前方安装的“眼睛”是红外避障传感器（如图）。关于红外避障传感器的介绍，请同学们仔细阅读P20-P21页的内容，并完成下面的填空题：PPT出示：红外避障传感器相当于机器人的 。它是由 和 组成，主要功能是 。学生阅读之后进行交流。2、红外避障的工作原理。教师引导：猜猜哪只代表发射管，哪只代表接收管？

学生交流。教师PPT演示并讲解：红外发射管发出红外光，遇到物体反射给接收管，接收管把这个信息转为电信号传给微电脑，微电脑接收到信号后就开始工作了，首先判断前方有物体，并根据这个信息进行思考，然后准确地判断物体所在的位置，指挥机器人在行走当中巧妙地避开物体。一红外接收管红外发射管环节三：编写机器人避障程序1．PPT出示甲机器人。问题3：甲机器人因为没安装红外避障所以会撞墙。现在我给它安装一个红外避障传感器，看看它的行走情况。视频2：甲装上红外避障，但是在巡逻当中还是碰撞到墙壁。学生交流。老师帮助学生分析其中的原因：红外避障只负责把信息传给微电脑，微电脑能不能象人的大脑一样进行思考判断，还必须要给它编写程序才能发挥作用。（读：编写程序才能让机器人的“大脑“一样发挥作用）2．自主学习PPT出示：今天，我们的任务就是给“甲机器人”编写程序，让它在行走当中巧妙地避开前方的的物体，能够自由地在走廊通道里行走。教师说明学习的要求：仔细阅读P21-22，认真操作每一个步骤，添加模块，正确地设置每个模块的参数。同桌之间可以互相讨论和帮助。教师课堂巡查，目测学生在学习中的操作进度和存在的问题，及时帮助偏离学习任务的学生把注意力转移到学习中来。师生探究程序的流程图。

问题4：同学们添加的第一个模块是什么？有什么作用？学生发表自己的见解——添加永久循环模块，实现无限重复的智能目标（如下图）（教师板书：永久循环）•塞餌••塞餌•拮束实现无限重复的智能目标问题5：第二个模块是什么？有什么作用？同上，——红外避障传感器，让它看见物体（如下图）。教师板书：红外避障）教师引导学生双击设置参数（如下图），并帮且学生分析：变量表示安装的位置，红外避障变量1表示安装在前面，变量2表示左边，变量3表示右边，变量4表示后面；端口表示与微电脑的连接。问题6：第三模块是什么？什么作用？

同上，——条件判断模块，判断传感器是否有信号。（教师板书：条件判断）教师演示：双击条件判断模块（如下图），添加“红外避障变量1==1”，读作：红外避障变量1等于等于1。教师板书：红外避障变量1==1教师板书：红外避障变量1==1）教师再次指导学生正确添加表达式，鼓励同桌互相检查。问题7：红外避障变量1==1，表示什么意思？引导学生理解：“红外避障变量1”表示安装在前面的红外避障传感器，==1表示有信号连起来就是前面的红外避障传感器有信号（如下图）。判断传感器是否有信号＞红外避障变量1==1表示前红外避障传感器有信号教师引导：红外避障传感器把从外面接收到的信号传给微电脑，微电脑经过分析、判断之后，要发出指令。指令包含两种情况：一是前方有物体要指挥机器人转向避开；一种是前方没有物体要指挥机器人直行。

问题8：转向模块添加哪一侧？高速电机呢？学生交流（如下图）。（教师板书：转向、高速电机）教师演示分析：条件判断有两个分支，“是”表示红外避障传感器的前方有物体，机器人应该发出转弯的指令。所以在分支左侧添加“转向”模块，双击并设置参数（如下图）1 菸訪i束庐： 10-100(■"'伽谄启冷；90停上-帏用託至<7转动速度为10，表示最大速度向右转弯。拖动滑块可以改变转弯的方向，观察左转时转动速度的变化。“否”分支，表示红外避障传感器的前方没有物体，机器人要发出一直前进的指令。所

以在分支的右侧添加“高速电机”模块。双击并设置参数：左右电机的转速如果都为10，表示全速前进，以最快的速度完成任务，也可以设置小一点，让机器人走得慢一些（如下图）。4．完善程序流程图。教师巡查，学生互助。引导学生观察黑板，说出老师板书的流程图缺流程线，教师补充完整PPT展示下列图示，鼓励学生归纳“机器人避障程序”的设计思路。环节四：设置有障碍物的仿真环境教师引导：刚才设计的程序是否正确，我们要到仿真平台进行测试。进入仿真界面口初试：在仿真界面，没有添加障碍物。拖动机器人让平台上，观察机器人行走情况。教师检查学生运行程序的情况，统计存在的问题。教师演示并指导：如果机器人一直往前走，符合我们设计的意图（前方没发现物体就直

走），说明程序设置没有错误；如果运行进出现下图所示，说明条件判断模块参数设置不正确。返回到主界面，修改条件判断的表达式。设置障碍物环境：教师演示并指导学生添加障碍物学生编辑障碍物时，会出现一些不合理的设置，教师通过演示帮助学生修改障碍物,如：右击停止添加、右击编辑颜色大小位置、删除障碍物等。测试机器人能否避开障碍物。编译下载视频3：程序下载到甲机器人，机器人行走时能巧妙地避开物体行走。测试拓展：教师引导：在设置障碍物环境时，有部分同学把环境设置得像迷宫一样（如图），但机器人却只能在一个狭小的范围里行走，显得环境多余、不合理。怎样才能让机器人在复杂的迷宫里自由行走呢？指导学生返回主界面修改流程图。

教师演示程序修改过程，学生操作：第一个修改：转向模块（转动速度慢一些，转动角度改小一些，右侧行走）第二个修改：高速电机（不要直行，行走速度减慢，朝着左侧方向行走）测试机器人行走情况：九、板书设计十、教学反思从兴趣入手，充分调动学生学习的主动性和积极性，在课堂学习中，学生的注意力高度集中，思维异常活跃，求知欲异常强烈，创造思维活动得以启动运行，是小学信息技术教学活动的核心思想。《给机器人装“眼睛”一一看物体》是让学生通过学习，能够正确地编写“机器人避障”的程序，能够为机器人设置障碍物环境，让机器人顺利地在此环境自由地行走。单单从教材内容的编排上看，五年级学生面对四个页面密密麻麻的文字叙述，很难对它的学习产生兴趣，相反还容易产生厌烦情绪。因此，为了让学生对机器人编写学习有一个好的开始，我花了不少心思对本课内容进行了全方位的阅读、理解、推敲，最后从以下几方面着手进行教学设计：一、趣味导入，动静结合，激发学生的直接学习兴趣。在本课学习之前，学生对机器人的了解，仅仅局限于老师在课堂上出示的图片、实物，接触得最深入的一次莫过于在实验室组装了一台灭火机器人，但是它不能动起来。本节课需要做怎样的改变才能深深地吸引住学生注意力，产生非学好不可的念头？按课本的提示，可以选两名学生做游戏，一个蒙上眼睛，一个不蒙眼睛。但是这样做很容易让其他学生的注意力转移到谁来做游戏的问题上，而忽略游戏本身是想引出眼睛才看得见东西。另外，从学生的游戏过渡到机器人也要装眼睛才看得见物体，还需要其他形式的展示才能巧妙地联系起来，这样做不能即时切入主题，学生也很难地把两个情境联系在一起，既浪费了时间，也吸引不了全体学生。经过反复斟酌，决定用真实的红外避障机器人来吸引大家。但是机器人以何种方式出现？实物，在教师手里显得太小，不能让每个人都看得清；图片，PPT中播放，再广播到学生机，清晰，每个学生都能看得清楚。课的开始，就出示两张机器人图片（甲和乙），让学生直观地感受两者之间的区别。通过观察体验，学生开始对“红外避障传感器”（在学习之前学生还不知道这个部件就是红外）产生了求知欲，它到底能让机器人干什么？这个时候如果切入到机器人的学习，恐怕学生会大失所望。于是我用心地拍了一段视频，学生在观看视频中进一步明白了机器人也要装眼睛才可以看见物体，从而自然地引出课题，也调动学生的学习情绪。二、 阅读教材，有的放矢，培养学生自主探究的习惯。本节课有两个环节需要学生独立去阅读。一是关于红外避障的学习，教师把重要的文字描述以填空的形式展示在PPT中，通过阅读比赛等形式激发学生快速阅读，集中精力去找到准确的答案，做到针对性强，有的放矢。二是关于程序编写这一部分，教师让学生在电脑上亲自操作，学会按课本上的操作流程独立去完成程序的设计，这一部分教师不做任何提示和指导，只是监督他们把精力放在课本的阅读理解上。在学生完成这一系列的任务过程中，教师逐渐体会到学生完全有能力自己学习，教师只需要提供一个探究的学习环境。三、 启发思维，张扬个性，提高学生的创新意识和创新能力。机器人避障的流程图编写是本节课的重点。学生通过自主学习基本上可以完成框架的搭建，甚至有些学生还可以正确地设置条件判断、高速电机的参数，但是我们要求学生学习程序编写真正目的不仅是会搭框架，还要理解每个模块的作用，整个流程图的设计思路，也就是常言道“知其然，还知其所以然”，从而让学生的思维在这个过程中得到训练。障障物仿真环境的设置，是程序设计的一个延伸，也是创新意思和创新能力展示的重要环节。程序的正确性是唯一的，但是仿真环境的设置却可以多样化，主要体现在：物体的颜色、大小、形状、物体多少及位置的复杂性（自由设置）。有的学生障碍物设置得比较简单，所以机器人的行走基本上能满足程体序的要求；有的学生设置得很复杂，其中有些设置是不合理的，比如满屏都是物体，机器人没有立足之地，有些设置合理，但机器人只在小范围内行走，显得其他环境有些浪费。不管是那种设置，都是学生思考和操作的结晶，都值得肯定和表扬。当学生的各种状况集中出现时，教师要发挥广播的力量，即时帮助学生解决问题：简单了些，可以再复杂点；复杂了，不合理，删除部分物体;复杂了，合理，像迷宫，要让机器人到处走，程序要做适当修改。修改程序把学生求知的欲望提升到一个高度，因为他们很急于想看到机器人在迷宫里自由行走。四、 循循善诱，言简意赅，让学