全国中小学信息技术课程教学大赛获奖案例 机器人在线仿真平台-循迹踢球

实用文档iRobotQ3D机器人在线仿真平台——循迹踢球一、教材分析iRobotQ3D是全球首款基于网络的机器人教育和创新设计平台。前期，介绍了萝卜圈仿真平台的界面、四轮小车基础机器人搭建的方法以及前进、后退、转弯等程序的简易编写。本节课在图形化线性编程的基础上开始学习循环、if条件判断结构——循迹踢球。通过掌握循环模块，理解分支结构，了解如何决策，开始尝试循环和判断，在体会不同模块的同时为以后的学习做铺垫。二、学生分析（一）认知水平：本班为初一年级学生，善于创新性的事物，欠缺逻辑思维能力和分析能力。（二）知识技能水平：前期，学生了解了图形化编程，认识了多驱动直流电机图标和延时图标，尝试了四轮小车基础机器人的搭建，上节课下课前，学生自主学习了if判断结构模块。本节课，通过测试，发现学生自主学习中的问题，通过交流合作、教师引导，解决问题，系统化的理解循环模块和条件判断模块，为后面的图形化编程打下基础。三、教学目标（一）知识与技能1.巩固掌握循环模块和if条件判断模块的使用；2.学习if条件判断的嵌套使用；3.掌握机器人循迹前行的编程模式。（二）过程与方法通过在线仿真，发现图形化编程的错误，在教师引导下，系统化的掌握编程的方法。（三）情感态度与价值观通过循环模块和if条件判断模块的编写，提高学生思维逻辑能力和分析能力。四、教学重点if条件判断的嵌套使用；掌握机器人循迹前行的编程模式。五、教学难点掌握机器人循迹前行的编程模式。六、教学准备1．四轮小车基础机器人。2．眼罩一个。七、教学过程（一）情景创设，激发兴趣师：同学们，大家平时都喜欢踢足球吗？今天我们来比比看谁先踢到足球。设计我们的机器人沿着弯曲的黑线，从起始点一直行进到终点碰到足球为止，为了能让机器人检测到黑线的范围，黑线两边是白色区域（任务描述如图1-1），那么我们该如何来设计我们的机器人和程序呢？终点起点图1-1任务场景图终点起点图1-1任务场景图（二）师生合作，探究学习----总结出机器人循迹的方案师：让机器人沿黑线行进，首先机器人必须能够辨别黑线，那么机器人怎么来辨别黑线？大家可以考虑场景中黑线和白色区域的特点。生：自由回答。师：场景任务中黑线两边有白色区域，识别黑线当然是用灰度传感器，只用一个灰度传感器来辨别黑线行不行？生：自由回答。师：如果只用一个灰度传感器，当机器人偏离黑线后，无法判断是左偏还是右偏，所以应该要用一左一右二个灰度传感器。教师呈现机器人实例如图1-2，学生模仿给机器人左右安装灰度传感器。右灰度传感器端口:32左灰度传感器端口:31右灰度传感器端口:32左灰度传感器端口:31图1-2机器人实例图1-2机器人实例注意事项：有必要向学生解释为什么左右两个灰度传感器之间宽度要稍大于黑线的宽度，而且还要装在车头的前方，这一切都是为了机器人提前预知黑线的变化，决策做出相应的运动。师：现在我们已经给机器人装上了“眼睛”一左一右两个灰度传感器，但这仅仅让机器人能识别黑色和白色区域，那么大家再深入来考虑一下如何通过识别黑色和白色，让机器人沿着黑线前进。生：自由回答。教师观察学生的反应，如果大多数同学不能理解正确方案的话可以做个实验来模拟一下。实验规则：我们在地面画一条弯曲的黑线，请一名同学戴上眼罩作为机器人，从黑线的起点出发，走向终点，再请二名学生分别作为机器人的左右灰度传感器，当戴眼罩的同学要走到黑线的左边，偏离黑线时，左边的同学负责提醒走路同学太左了，应该要偏右走；当此同学要走到黑线的右边，偏离黑线时，右边的同学负责提醒太右边，应该偏左走路；当此同学走在黑线上，没有偏离时，则不用提醒，此同学可以放心向前直行。这样戴眼罩的同学在左右同学的提醒下不断修正自身的行进方向，完成行进的任务。师：同学们，通过上面的实验，大家再探究一下机器人沿着黑线前进方案，来完成下表的填写（情况不分先后）：左灰度传感器右灰度传感器机器人的位置如何运动图例第一种情况检测到了黑线没有检测到偏右偏左前进第二种情况没有检测到检测到了黑线偏左偏右前进第三种情况没有检测到没有检测到中间前进（三）师生合作，分析讨论——机器人循迹方案进行编程师：我们已经归纳出了机器人沿黑线行进的方案，现在我们就要将该方案转变为机器人的思想——程序。首先把表格中的部分自然语句用机器人程序语句来表示。师生共同分析填写行进方案表：左灰度传感器右灰度传感器机器人的位置如何运动图例第一种情况检测到了黑线没有检测到偏右偏左前进程序左灰度=0右灰度=198左电机10右电机-10第二种情况没有检测到检测到了黑线偏左偏右前进程序左灰度=198右灰度=0左电机-10右电机10第三种情况没有检测到没有检测到中间前进程序左灰度=198右灰度=198左电机10右电机10从表格中分析，机器人根据左右灰度传感器三个不同情况有三个不同的运动方案，是一个三选一的决策问题，我们曾经用if条件判断模块来实现二选一的决策问题。所以我们今天要学习if条件判断的嵌套使用实现三选一的决策问题。教师介绍if条件判断的嵌套及使用方法，if条件判断的嵌套就是一个if条件判断作为另一个if条件判断的出口模块，具体操作就是在if条件判断的出口再添加一个if条件判断模块。注意事项：if条件判断的嵌套使用并不是太难，关键要让学生学会决策条件分析，比如如果左灰度=0情况不成立时，还要分哪两种可能情况，这两种情况的决策条件又是什么。程序实例如图1-3偏左行进直行偏右行进右灰度=0左灰度=0图1-3程序样例偏左行进直行偏右行进右灰度=0左灰度=0图1-3程序样例（四）自主探究，小组合作——编程教师将学生分成若干组，每组3人，小组合作根据上一环节总结出的编程思路进行实践操作，教师巡视指导。注意事项：教师提醒学生在仿真运行调试时，由于灰度传感器安装的位置不一定一样，以及多直流电机模块设置的端口不一定一样，那么程序中偏左和偏右时多直流电机模块的参数设置也不一样。（五）仿真练习，成果展示学生根据编写好的程序进行仿真练习，将得到的任务分数（计算公式如图1-4），上传到教师机。教师根据任务分数以及教学巡查，展示部分有代表性的学生仿真。学生交流与评价，发挥主动性和参与性，在评价别人中学习，并且巩固所学知识。图1-4计算公式图1-4计算公式（六）归纳总结，拓展延伸以提问的方式总结本节教学内容，总结运用if条件判断结构解决实际问题的一般规律。问题拓展：if条件判断如果先判断右灰度，那么程序应该怎样？(时间若有剩余，学生可自行修改程序)八、教学反思普通的教学程序设计，往往按部就班，学生觉得枯燥又乏味，积极性不高。将程序与虚拟机器人相互结合，在仿真的过程中直接反映出程序的准确与否，可以成功地调动学生学习的积极性，提升课堂参与度。本节课优点：1.设计实验探究，让学生对程序有个初步的理解。2.小组合作学习，发挥学生学习主动性。3.板书一目了然，机器人构造和程序都很清晰。不足：1.if条件判断语句的嵌套理解2.左转、右转的直流电机驱动设置九、板书设计机器人：名称：直流电机_右前端口：3名称：直流电机_右前端口：3反转电机：不选名称：直流电机_右前端口：4反转电