甘教版信息技术八年级下册全册教学设计

甘教版信息技术八年级下册全册教学设计

课题《认识智能机器人》单元第一单元学科•信息科技年级八年级

这节课我们学习了开源机器人的相关知识，了解了开源机器人的发展和应用。引导学生

教材

们在认识开源机器人的基础上产生兴趣，深入探究了智能机器人在生活中的运用。

分析

认识智能机器人

学习

掌握开源机器人硬件的特征及发展历程

目标

了解开源机器人的应用_______________________________________________________________

重点了解开源机器人的相关知识。__________________________________________________________

难点自主探索开源机器人在各个领域的应用。_______________________________________________

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课图片导入。

师：什么是智能机器人？

智能机器人是具有高度自主能力，拥有发达的

“大脑”，能够在各类环境中自主地或交互地执行各

种拟人任务的机器，它具备多种内、外部的信息传

感器和效应器。一个完整的智能机器人要具备以下让学生了解智

三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态能机器人

二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考循序渐进引发学

要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什生思考讨论

么样的动作。

拓展延伸

智能机器人的种类

1、空中型；空中型机器人具有战斗力还有可

以为真正的战争减少伤亡。

2、家务型机器人；可以玩耍，可以帮我们自

己家里的卫生打扫干净，整理家务。

3、操作型机器人；可以具体操作一个支点或

者是关节的控制，可固定，多功能。

4、程控型；在操作机器人的时候需要准备按

照流程控制机器人的机械动作。距离生活中的举出并学生了解

5、数控型；通过语音，数值或者直接说话，智能机器人的与生活中贴切的

就完成动作的示意。运用实例

6、搜救型：在某种肉眼看不到或者是没热能

感应或者是红外扫描侦探。

7、平台型；在不同的环境，可以有不同的适

应能力，随时都可以有新的动作，不会有干扰。

8、儿童玩具机器人；可以辅导孩子学习，和

云端智能搜索，语音识别。

讲授新课认识开源机器人

开源机器人（C）PenSoUrCeRobot）是一种应用

于科学研究和教学的资源开放型智能机器人。其主

要特点是在机器人硬件或软件的开放性。硬件和软

件资源的对外开放，极大地方便了机器人技术开发

人员的技术交流及二次开发。相信随着开源机器人

的逐步普及,机器人技术将会被推到新的发展高潮。

比较流行的开源机器人有以下两种：

Player/Stage系统和Arduino系统。

PIayerZStage最初是由美国南加州大学机器人

研究实验室于1999年开发的，是一个为多机器人

系统提供内部接口和仿真环境的项目。作为开源项展开案例讲解,可提出话题讨论，

目，它被世界上许多机器人研究者使用、修改和扩引发学生思考让学生确定展览

展。主题

Arduino是欧洲开发团队研发的开源硬件平台，

包括一块具有简单I/O功能的单片机以及一套程序

开发软件。开发团队对外公布了硬件的设计图纸、

技术参数以及软件代码等信息，Arduino已经成为

一款广大机器人爱好者喜爱的开源平台。

议一议

议一议开源的含义，查一查开源机器人的产生

及发展历程，与同学分享交流。

练一练

成立学习小组，通过网络资料搜索、文献阅读和动

手探究，开展“体验开源机器人'’学习探究活动，完在议一议和练

成以下表格，见表1-1-1。一练中充分调

探究活动动学生的积极

性参与讨论

探索“开源”的含义

了解常用的开源机器人

了解Arduino各种型号开发板与软件平台

了解开源硬件与开源软件的异同

并进行知识梳理

开源机器人的发展

开源软件，是指源代码完全公开，可自由分发，

任何人都可免费获取的软件。由世界各地的志愿者

通过网络合作的方式完成。因其独特的研发和发布

方式，使它取得了令人眠目的成绩。今天，开源软

件已被广泛应用于全球各行各业，改变着世界软件

业的发展轨迹。例如，MySQL>PHP、Python、Firefox

等。

开源硬件与软件的不同之处在于硬件资源始介绍开源机器

终致力于创造实物产品，3D打印、无人驾驶飞机人的发展进程

等都是利用开源硬件的例子。Arduino是开源硬件

第一个获得大规模成功的项目，并且产生了大量的

衍生产品。

近年来，我国自主研发的基于ArdUino的开源

机器人也相继投入使用。例如Makeblock>DFRobot>

SeeedStudio,OPenjUmPer等。

多学一手

开源运动提倡向用户开放产品的设计开发和开源在互联网

装配出品的过程细节，并且促进用户自由对产品进的运用

行修改、调整、完善的运动。开源运动在互联网上

获得广泛使用，使用者自由获取软件的源代码并自

由修改和更新；开源硬件、开源3d打印、开源设

计等都已经被自由使用、修改和传播。

开源机器人的硬件特征

开源硬件的设计者通常会免费公开详细的设

计资料，如电路板设计图、材料清单等以便于其他

人自由复制、重新设计。开源硬件不仅仅是硬件设

计方法的开放，更体现了一种开放、互助和分享的

创新理念，般具备以下特征：

1.开放性

开源硬件最典型的特征就是开放性，并且重视

分享、透明化以及合作发展。

2.成本低

开源硬件的信息共享可以降低其他硬件的开了解硬件特征

发成本、开发风险，从而降低了硬件的使用成本。的三个方面

3.标准化

开源机器人为了便于使用、修改和设计，不仅

要求编程环境、库文件和编程工具的标准化，也要

求电子元器件、硬件界面、模块化设计等方面的标

准化。开源硬件与其他硬件产品通信时，一般采用

USB、蓝牙或Wi-Fi等标准连接方式。

开源机器人的运用

随着开源硬件的不断发展，开源机器人已经为

制造业、教育、医疗、农业等各行各业的发展和社根据图例了解

会服务带来了极大便利，使人们的学习、工作、生开源机器人在

活更具个性化、更方便快捷。各行业的运用

如图1-1-1>图1-1-2、图1-1-3、图1-1-4所示，

开源机器人已经走入人们的生活，在工业、航天、

军事、医疗等各个领域扮演着无可替代的角色。

图I-I-I双足救援机器人

图1-1-2人形机器人

图1-1-3水下救援机器人

图1-1-4无人机

自主探索

分组查阅资料，了解开源机器人的应用，完成

表1-1-2,将所了解到的开源机器人的应用情况与同

学交流分享。

行业分类

制造业

探索延伸在其

农业他领域的运用

航空航天

其他

了解各行业开源机器人的应用。

实践与提高

1.通过各种途径查找资料，了解创客、创客运动带

来高的影响。

2.通过各种途径查找资料，各小组以“认识开源机器

人”为主题在班级网络学习空间里进行分享交流。

拓展延伸

人工智能在生活场景中的应用

随着科学技术的演变推进，人工智能已经逐渐

从电视、电影演绎，逐渐进入人们的日常生活中。

虚拟私人管家

比如，语音助手，可以，播报天气，让生活时

刻都有所准备，可以通过语音识别或文字输入，将拓展人工智能

口令完整执行，虚拟私人管家可以应用在手机、车在生活各场景

载、音箱、智能家居，甚至现在的智能客服。所扮演的一些

角色，贴近生

人脸识别活

人脸对比不仅用于日常购物支付，也普遍应用

到真实身份认证，在便捷生活的同时，保障着每一

位公民的人身及财产安全，让信息更加透明化，为

公安事业也贡献了一份不可小觑的力量。

早教机器人

亲子机器人的研发上市，拥有丰富的资料，云总结实践中遇到

端实时同步更新的教育资源，弥补了父母工作时不的难题并解决问

得已对于孩子陪伴的缺失。题。

物流机器人

管理成本低，包裹完整性强，可以满足各种分

拣效率和准确率的要求，投资回报周期短。而同样

的送物机器人早也已经投身许多服务业，更进一步

地走向日常生活场景中。

课堂小结这节课我们学习了开源机器人的相关知识，了总结对本节课内容进

解了开源机器人的发展和应用。引导学生们在认识行总结概括。

开源机器人的基础上产生兴趣，深入探究了智能机

器人在生活中的运用。

板书认识开源机器人

开源机器人的发展

开源机器人的硬件特征

开源机器人的应用

《建构开源机器人》教学设计

课题《建构开源机器人》单元第一单元学科•信息科技年级八年级

这节课我们学习了如何建构开源机器人，以及机器人的控制核心以及零部件等相关知识。

教材

引导学生们在学习过程中动手实践，理论与实际相结合，从而对构建机器人有更深一层的认

分析

识。_________________________________________________________________________________

了解开源机器人的硬件组成部件

学习

掌握开源机器人的控制核心、电机和各类传感器的使用

目标

学会搭建简单的开源机器人___________________________________________________________

重点了解如何建构开源机器人。____________________________________________________________

难点自己动手建构开源机器人。____________________________________________________________

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课师：不同领域的机器人具有不同的功能，

但是他们都有特定的机械结构，这些机械

结构由什么组成呢？

设计制作机器人和盖房子相似，都需要用材料

或零件支撑起他们的结构。盖房子需要用到钢筋、

石材、木材等材料，而搭建一个机器人则需要用到在上节课基础

梁、轴、螺钉、各种连接片等零部件。上深入了解机

机器人的构建是其能够高效完成任务的关键。器人循序渐进引发学

构思搭建机器人需要先了解各个组成部件，我们以生思考讨论

Makeblock智能机器人为例，来认识开源机器人搭

建常用的零部件。

拓展延伸

Makeblock智能机器人

图片五张（含两张动图）

讲授新课认识零部件

Makeblock是一款国产的以Arduino作为控制

核心的开源机器人，主要零部件是铝合金材质，如

图1-2-1所示，积木式的结构模块和电子模块的组

合使制作机器人变得简单，能在很短时间内实现自

己的创意并体会其中的快乐。Makcblock机器人还

可以使用其他的开源硬件设备，也可以使用木条、

塑料片和各种可回收材料制作,也可以用激光切割、

3D打印等方法设计制作；传感器和驱动部件也可

以购买市面上的标准配件。

图1-2-1mbot机器人的零部件

本单元以Makeblock机器人为例，来认识开源观察零部件认

机器人常用的关键部件。识关键部件有

种类和作用哪些

mCore控制板

主控板是机器人的“大脑”和"心脏”，它为机器

人提供指令，控制机器人设备的运行。

电机

电机是把电能转换为动能的一种装置。可以驱

动机器人完成行走等动作。

传感器

超声波模块是一个用来测量距离的电子木块，

测量范围是3~400cm,.

光线传感器的开发基于半导体的光电效应原

理，可用来检测周围环境光的强度，以及不同颜色

表面的光线差别。

彩色LED灯模块包含4个可调全色域RGB

LED,每个LED的颜色可以通过红（R）、绿

（G）、蓝（B）3个颜色的数值大小来决定。

巡线模块是专门为巡线机器人设计的，它包含

两个传感器，每个传感器有一个红外发射LED和

一个红外感应光电晶体管。

建构机器人

开源机器人的硬件结构包括感知部分、控制部

分、驱动部分和支撑部分。机器人所具备的完善、

合理的结构是能够科学有效工作的基础。

建构机器人时要注意哪些方面？了解建构机器

建构机器人时要考虑机器人的功能和所要完人的要点

成的任务要求。首先要搭建稳定的结构，其次机器

人的重量也是必须考虑的，同时还要考虑机器人更

换某些重要组件、充电以及操作的方便性。

多学一手

如表1-2-2所示，根据机器人的移动方式，机

器人可以搭建为以下几种方式。

表1-2-2机器人移动方式

种类和特点

轮式机器人

在相对平坦的地面上，轮式行走对于机器人的

速度和稳定性都易于实现，是目前大多数机器人采

用的方式履带式机器人。

履带式机器人

可减少对地面的压强，如果地面平稳性较差，

用履带效果就会更好一些。

足式行走机器人

足式行走对崎呕的路面具有很好的适应能力，

在地面不平或松软时运动速度较高，能耗较少。

拓展延伸

Makeblock机器人的组装

零部件：底盘、主板、动力系统、感应系统

1.简单组装过程

首先取出机器的底座、两个电机，使用螺丝将

两个电机分别固定到底座的左右两侧即可，这一步

要注意的是需要使用记号笔、小便签等工具对两个以实例展示组

电机的线材做出标记用以区分，因为两根线材固定装和机器人如

的接口的位置是不同的。何运动

将轮子的内外结构拼装到一起，左右各一个固

定到电机的轴承上面，再使用螺丝进行固定。总结实践中遇到

安装完成左右轮子之后，再使用内六角螺丝安装超的难题并解决问

声波感应器，按照示意图只需要将它固定到相对应题。

的位置。

巡线传感器安装在车身底部，使用内六角螺丝

进行固定。

电池盒安装到主板底部，通过主板盒上面的卡

扣将两者进行固定。

机身的主要零部件拼装完成之后，通过几个铜对拓展可提出

螺柱将主板与机身进行连接固定。问题引发思考

最后一步将线材插入到相对应的插口内，电源

插口、RJ25连接线等，都完成之后可以开机进行基

本操作、编程了。

2.运动展示

使用遥控器可以对mBot进行一键启动，可以

点按方向键对它的行走路线进行控制，还可以让孩

子后期通过编程软件对遥控器上面的按键进行自

定义设置。

课堂小结这节课我们学习了如何建构开源机器人，以及总结对本节课内容进

机器人的零部件和种类等相关知识。引导学生们在行总结概括。

学习过程中动手实践，理论与实际相结合，从而对

构建机器人有更深一层的认识。

板书认识零部件

建构机器人

学习任务：基础小车搭建

《让机器人动起来》教学设计

课题《让机器人动起来》单元第一单元学科•信息科技年级八年级

这节课我们学习了如何让机器人动起来，了解了mCore控制板和mBlock的编程环境，

教材

在实现简单编程的同时试着让我们自己组装的机器人动起来，并实现行走，在培养学生们动

分析

手能力的同时增加了动脑的环节，实践了如何在自己编程的基础上使机器人活动。_________

了解mCore控制板

学习

熟悉并掌握mBlock的编程环境

目标

实现简单编程，控制机器人直线行走__________________________________________________

重点了解机器人是怎么动起来的。__________________________________________________________

难点自己动手让机器人动起来。____________________________________________________________

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课师：一个人要想奔跑，先要学会行走。机器人

若想胜任复杂的工作，先要学会什么呢？

机器人最简单的行走就是直线移动。要想让机

器人直线移动，首先要用软件为机器人编写直线移

动的程序，然后将程序输入到控制核心中，控制核

心便可以控制机器人动起来。

机器人的控制核心其实是一台强大的小型计

算机,可以控制机器人收集处理传感器反馈的信息，

完成相应的任务。如图1-3-1所示，这是一款专为

mbot设计的易于使用的主控板mCore,它基于了解机器人运循序渐进引发学

ArdUinO单片机，集成了各种特色传感器，如蜂鸣动的原理生思考讨论

器、光线传感器、RGBLED等。四个颜色标签的

RJ25连接器，可通过更多的ArdUin。传感器进行连

接和扩展。支持ArdUinO与MakebIOCk库，方便编

程。

拓展延伸

mbot专用主控板

图片

mCoreVl是为mBot特别设计的、且使用方便

的主控板。此主控板基于ArdUinoUnO,集成了各

种板载传感器，各种电子模块以及图形化编程。

讲授新课学习任务

mCoreVl是为mBot特别设计的、且使用方便

的主控板。此主控板基于ArdUinOUnO,板载各种

传感器，各种电子模块以及图形化编程。

图1-3-2mCore连线图

复习巩固第二节课的各部分零件及组装示意

图

认识mBlock软件环境

mBlock是一款专注于软硬件结合的国产双模

式编程软件，支持图形化编程模式和Python编程模观察零部件认

式。识关键部件有

通过编程实现控制硬件的功能，也可以同时具哪些

有舞台与硬件的效果，从而实现人机互动。mBlock

程序中可以包含很多角色，每一个角色都可拥有自

己的脚本、造型、声音，每一个程序还可以使用背

景，背景也可拥有自己的脚本和声音。

mBlock脚本是积木的集合，它是程序的核心。

硬件与软件的各种功能都需要通过对脚本的编写

来实现。

打开mBlock软件（如图1-3-3所示），mBlock

界面分为：舞台区，设备、角色和背景面板，积木

区，代码区.

mBlock编程界面的功能区如表1-3-1所示。

区域名及功能

舞台区

程序编写执行后的动画或效果，都是在舞台区

中展示的

设备、角色和背景面板

可以为每个案例连接或设置设备，添加或设置

角色，为每个案例添加设置背景

积木区了解编程界面对之后实践操作

积木区有多种颜色的积木块，每一种颜色的积的各大板块做准备

木块都代表了不同的作用，比如运动、声音、时间、

外观

代码区

又称脚本区，是程序编写的区域，可以将积木

拖放到这个区域完成程序编写

认识了mBl。Ck编程界面，分小组自主探究。

用mBlock编制一个让小熊猫在舞台区移动时碰到

边缘就反弹的小程序，并演示结果。可参照图1-3-4

所示脚本。

图1-3-4熊猫移动脚本

自主探索

如何能够通过mBlock编程软件使自主搭建的

mbot机器人移动呢？

让mbot机器人动起来

用mBIock软件编程控制mbot机器人运行，首

先要将mbot机器人与电脑连接起来。mBk>ck提供

了三种方式将机器人连接至电脑。

1.使用USB数据线连接，并通过数据线升级固件或

者恢复出厂设置适用于初次使用的人；

2.用2.4GHZ无线通信模块通过2.4G串口连接；

3.使用支持蓝牙的电脑且机器人有蓝牙模块，可以

通过蓝牙连接。

了解运行机器

（如果使用2.4G模块或蓝牙连接，连接前需要用人的三种连接

USB连线先升级固件）方式尽可能动手实践

以USB线连接为例，步骤如下：

1.打开mBIock软件，安装ArdUino驱动。

2.用USB连接线连接mbot的主控板和电脑，打开

mbot主控板。

3.选择对应的串口和主控板类型。

4.安装固件。

指示灯的变化反映硬件是否连接成功，绿灯意

味着设备连接成功，红灯意味着设备没有连上或者

没有被检测到。

mBIock中有两种编程模式,在线编程和离线编

程。

在线编程：通过USB串口、蓝牙、2.4G通信

模块等方式连接机器人至主控板的编程，可实时对

机器人发送程序指令进行控制。在此模式下，机器

人重新开机后编写的程序不再生效。注意：进行在

线编程前，需在mBlock软件中完成“安装固件”操

作。

离线编程：在ArdUinO模式下编程后，通过程

序“上传至ArdUino”的方式，使机器人完成代码指

令以实现脱离计算机运行。在此模式下，机器人重

新开机后，编写的程序仍然生效。

在线编程需要经过通讯协议，离线编程则是直

接运行主控板中的程序，对于相对复杂的程序，离

线编程的执行效率比在线编程的执行效率高。

学习任务：让机器人小车前进、后退。

通过mBlock编程软件，编写一个能控制mbot

机器人运行前进、后退的程序，并离线执行。

1.连接mbot机器人。

2.编程设计：编制如图1-3-5所示的脚本。

3.将程序上传到Arduinoo

4.执行脚本。总结实践中遇到

实践让机器人的难题并解决问

图1-3-5mbot前进后退的脚本车移动题。

议一议

执行脚本时，可能会发生以下情况：给mbot

发送前进指令时，机器人做出后退的动作，发送后

退指令时，机器人做出前进的动作；或者给mbot

发送指令时，机器人是曲线行走而非直线行走，这

是为什么呢？

图1-3-6改进脚本

练一练

讨论分析mbot小车出现以上状况的原因，并

进行修改。

Lmbot小车执行相反指令的原因：解决方法：

对拓展可提出

2.在确保mbot小车车轮安装正常到位的情况问题引发思考

下，执行如图1-3-6的脚本，观察结果，考虑为什

么mbot小车现在能够直线行走了。

原因是：

实践与提高

1.分组探究完成编写程序让mbot小车走出“L

型”轨迹。（提示：通过改变mbot右转的速度和等

待时间来调试右转的角度，一般需要多次尝试才能

调整到合适的角度）

2.有兴趣的同学在完成上一个任务的基础上，

修改程序让mbot小车走出正方形的轨迹。

拓展延伸

Makeblock的扩展电子模块（图）

mBot的控件库包括10类几十种控件，非常完

备。有显示、声光、运动、感知等等交互时间，能

控制机器人做出各种动作；有触发事件、控制条件

和运算法则，让机器人知道该在什么情况下做什么

事；甚至能进一步进行复杂的编程。

课堂小结这节课我们学习了如何让机器人动起来，了解总结对本节课内容进

了mCore控制板和mBlock的编程环境，在实现简行总结概括。

单编程的同时试着让我们自己组装的机器人动起

来，并实现行走，在培养学生们动手能力的同时增

加了动脑的环节，实践了如何在自己编程的基础上

使机器人活动。

板书认识mBlock软件环境

让mbot机器人动起来

《机器人走迷宫》教学设计

课题《机器人走迷宫》单元第一单元学科•信息科技年级八年级

这节课主要认识了超声波传感器和其工作原理，并拓展学习了超声波传感器在机器障碍

教材

物检测及规避中的应用，在利用mBlock软件编程控制超声波传感器的同时，编写程序，成

分析

功让机器人走迷宫，培养学生的学习和动手能力。_________________________________________

了解超声波传感器

学习

掌握超声波传感器的编程控制方法

目标

编写调试程序让mbot机器人完成走迷宫任务_____________________________________________

重点了解传感器在避障中的应用。_____________________________________________________________

难点自己编写走迷宫的程序。_________________________________________________________________

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课师：大家平时走过迷宫吗？

图1-4-1迷宫

如图1-4-1所示，在日常生活中走迷宫是一项

很有趣的游戏，迷宫里道路情况复杂，可以考验人

的记忆力和判断力，非常具有挑战性。那么我们的带出机器人和循序渐进引发学

开源机器人能够迎接这个挑战吗？迷宫的课题生思考讨论

现实生活中的迷宫充满复杂通道，人们很难找

到正确的通行道路，走出迷宫要具有敏锐的判断力

以及良好的记忆力.我们的开源机器人mbot具有

一双神奇的，大眼睛“，可以轻松完成走迷宫的任务，

让我们一起来认识一下吧。

讲授新课认识超声波传感器

超声波传感器（如图1-4-2所示）就像mbot的

“眼睛”，能让mbot知道其与前方物体的距离。超

声波传感器所测数值的单位是厘米（Cm）,精确度

为Icm,最大可测距离为400cm。mbot超声波传感

器标有T的一端为发射端，用来发射超声波信号；

而标有R的一端为接收端，能够接收遇到障碍物反

射回来的信号，可以用来帮助mbot避开障碍物。

超声波传感器模块是一个用来测量距离的电

子模块，它主要由超声波发射器、超声波接收器和

控制电路组成。当超声波发射器收到指令时，会向

前方发出人耳听不出的高频声波，在发射的同时开认识超声波传可提出问题讨论

始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就感器的概念，

立即返回来，当反射回来的声波被超声波接收器收了解工作原理

到时，超声波接收器会立即停止计时，如图1-4-3

所示。

图1-4-3超声波原理

声波在空气中的传播速度大约是340m∕s,根据

计时器记录的时间t,控制器就可以计算出发射点

与障碍物之间的距离。注意超声波传感器测量的有

效范围是3-400cm0

拓展延伸

超声波传感器在机器障碍物检测及规避中的应用

避障是指移动机器根据采集的障碍物的状态

信息，在行走过程中通过传感器感知到妨碍其通行

的静态和动态物体时，按照一定的方法进行有效地

避障，最后达到目标点。

实现避障与导航的必要条件是环境感知，在未

知或者是部分未知的环境下避障需要通过传感器

获取周围环境信息，包括障碍物的尺寸形状和位置

等信息，因此传感器技术在移动机器避障中起着十

分重要的作用。

利用超声波传感器对距离的检测，将前方障碍

探测出，并且通过超声波的传回数据以及红外线传

感器对小车两侧的障碍物位置的确定，进行判断。拓展关于超声对之后实践操作

超声波传感器检测距离原理是测出发出超声波至波传感器的知做准备

再检测到发出的超声波的时间差，同时根据声速计识增强理解

算出物体的距离。

由于超声波在空气中的速度与温湿度有关，在

比较精确的测量中，需把温湿度的变化和其它因素

考虑进去。超声波传感器一般作用距离较短，普通

的有效探测距离都在5-IOm之间，但是会有一个

最小探测盲区，一般在几十毫米，由于超声传感器

的成本低，实现方法简单，技术成熟，是移动机器

人，AGV,无人机，汽车避障中常用的传感器。

用mBlock软件编程控制超声波传感器

做中学

编程控制超声波传感器，获取超声波传感器的

数值，并让熊猫说出小车到障碍物的距离。

图1-4-4熊猫报距离脚本

1.连接超声波传感器一般将超声波传感器连接

到mCore主控板的接口3上，再将主控板用USB

线连接到电脑上，打开主控板，选择串口。学习课件程序

脚本操作

2.编程设计：编制如图1-4-4所示脚本。

3.执行脚本：将手对准超声波传感器前后移动

距离，观察舞台中熊猫所报数值的变化，理解超声

波传感器的工作原理。

因mBIock软件版本不同，使用mBlockv5编制

完成上述脚本时，需要建立一个变量“距离

尽可能动手实践

机器人走迷宫

图1-4-5自建迷宫

1.学习任务

用现有材料搭建迷宫场地(如图1-4-5),迷宫

场地要具有可随时调整的特点，且迷宫里的障碍物

要有一定的高度，可以让mbot机器人检测到，设

计程序控制机器人从迷宫入口进入，从出口离开。

2.任务分析

(1)迷宫是可以随时调整的，程序设计完成后机

器人要适应各种迷宫的变化；

(2)使用本单元第二节课中搭建完成的mbot机器

人完成学习任务；

自建迷宫中出

(3)用超声波传感器完成此项任务，以超声波传现的问题可以

感器的数值代表mbot与前方障碍物的距离。设判提出并讨论

断值为IOCm,当mbot和前方物体的距离大于

IOCm时，代表前方无障碍物，mbot保持一定速度

前进：当mbot和前方物体距离小于IOCm时，代表

前方出现障碍物，此时mbot需要改变运动方向躲

避障碍物。

3参.考程序

参考如图1-4-6的脚本，分小组探究完成让

mbot机器人走迷宫的脚本设计。

图1-4-6机器人走迷宫脚本

4运.行程序

运行程序，观察机器人走迷宫的情况，调试修运行程序是否

改脚本。为了测试机器人的适用性，应该在多个不正常

同的迷宫里进行测试。

练一练

机器人能否顺利完成走迷宫的任务？如果任

务成功，请记录下你的程序；如果任务失败，请查总结实践中遇到

找原因，完成表1-4-1。小组合作记录问题，分析错的难题并解决问

误原因，并再次调整程序。题。

实践并总结问

表1-4-1问题记录表题

问题呈现、错误原因、解决方法

一、前方避障失败

电机速度问题

调整电机速度

二、其他角度避障失败

超声波传感器安装的位置问题

重新选择位置安装传感器

三、转弯后再次撞上墙壁

实践与提高

1.礼让行人是文明驾驶的基本要求。设计一款智

能小车礼让行人，要求：mbot机器人在板载按

钮启动后行驶，若遇到前方有行人过马路（距对拓展可提出

离＜10Cm）就停止前进，若行人离开就继续前问题引发思考

进。分小组探究完成车辆自动礼让行人的学习

任务。

2.有兴趣的学生继续分组完成“悬崖勒马”的学习

任务，让mbot机器人行走到危险的“悬崖”边

（可将白色或浅色桌面的边缘设为“悬崖''边）

时自动停下来，使其具有智能识别路面的技能。

注意：首先要对mbot机器人进行改装，将超声波

传感器改装到mbot底部，测量它与桌面的距离。

编程设计：mbot在板载按钮启动后行驶，探测到前

方有路就继续前行，没有路（即为悬崖）就停止前

进。

课堂小结这节课我们学习了认识了超声波传感器，并拓总结对本节课内容进

展学习了超声波传感器在机器障碍物检测及规避行总结概括。

中的应用，在利用mBlock软件编程控制超声波传

感器的同时学习了如何让机器人走迷宫，总结所学

要点并应用于实际吧。

板书认识超声波传感器

用mBlock软件编程控制超声波传感器

机器人走迷宫

《循迹机器人》教学设计

课题《循迹机器人》单元第一单元学科•信息科技年级八年级

这节课我们认识了巡线传感器，并了解了巡线传感器的工作原理，还尝试了用mBlock

教材

软件编程控制巡线传感器，并设计了自己的巡线机器人，对于机器人为什么会巡线行走，培

分析

养学生的学习和动手能力。____________________________________________________________

了解巡线传感器

学习

掌握巡线传感器的编程控制方法

目标

学会设计巡线机器人_________________________________________________________________

重点了解巡线传感器的工作原理。__________________________________________________________

难点设计巡线机器人。____________________________________________________________________

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课师：现实生活中，蚂蚁会沿着地面上有糖的路

线行走；警犬和搜救犬会追寻气味搜寻目标，地铁

和火车会沿着既定的轨道行驶，那么机器人是否可

以沿着既定的路线行走呢？

沿着既定路线行走,是机器人的基本功能之一。

通过科学合理的搭建，编写正确合理的程序，就可提出问题，巡循序渐进引发学

以控制开源机器人按照任务需要自主分析选择行线行走的原因生思考讨论

驶的路线，完成循迹行走。

拓展延伸

酒店机器人

酒店如果要使用机器人送餐，那么会在机器人

的程序里面输入客人所在的楼层和房间号，这样机

器人就会自行进到电梯里面，到达指定的楼层，指

定的房间到门口之后会自助地来按响门铃。

讲授新课认识巡线传感㈱

巡线传感器，如图1-5-1所示，一般安装在机

器人的下方，通常被用来控制机器人沿着既定路线

行走。Makeblock使用专用巡线传感器进行巡线操

作，这与其他一些品牌的机器人不同。巡线传感器观看课件，认可引导比较上节

返回值并不是光线的强度，而是巡线传感器与黑线识传感器课超声波传感器

之间空间的相对状态，而其他类型的传感器，更多的不同之处

检测的是周围环境的物理状态。

图1-5-1巡线传感器

Makeblock巡线传感器由两个传感器Sensorl

和SenSOr2构成，每个传感器又由一个红外发射器

和一个红外接收器组成（如图1-5-2）。其检测范围了解巡线传感

为Iem到2cm0器的组成可提出问题讨论

图1-5-2巡线传感器的组成

拓展延伸

巡线传感器的工作原理

随着少儿编程日渐火热，全国各地的机器人赛

事也越来越多，而机器人挑战赛中的最常见的巡线

赛就是同样的工作原理。

不论是中国青少年机器人竞赛这样的大赛，或

者省赛、地区赛等都会设置巡线类的挑战赛。

巡线赛考验参赛者对比赛地图路线的判断与

理解，通过编写相对应的程序控制机器人完成地图

上的巡线任务。机器人巡线一般都是走的黑线，那

机器人为什么会沿着地图上的黑线走呢？

智能巡线机器人之所以能够寻迹，主要使用的

是巡线传感器。巡线传感器是由前方的红外发射与

接收探头来完成的。它和送餐机器人使用的磁条感

应传感器的工作原理相同，都可以使机器人按照轨

迹行走。

巡线传感器实质上是红外传感器。一个用来发

射红外线，一个用来接收红外线，并根据接收到反

射面反射红外线的量的多少来判断传感器所处的

位置。

红外光线有一个反射特性，对于不同的物体反拓展关于巡线

射特性是不一样的，特别是对白色反光的物体，红传感器的工作

外光线的反射量将会多一点。而对黑色不反光的物原理对之后实践操作

体，红外反射量将会大量地减少。黑色能大量地吸做准备

收红外线，若巡线传感器在黑线上，则接收到的红

外线少：若巡线传感器不在黑线上，则接收到的红

外线多，利用分支结构对此进行判断可让机器人巡

线行走，当需要转弯的时候，控制左右轮子加减速

即可。

巡线传感器的四种状态

巡线传感器的红外发射器在机器人小车行驶

过程中不断向地面发射红外光：

若红外光被反射（如遇到白色或其他浅色平

面），则接收器收到红外信号，输出数值1（此时

可观察到巡线传感器背面对应的蓝色LED指示灯

亮起）；

在拓展的基础

若红外光被吸收或无法被反射，则接收器收不上了解巡线传

到红外信号，输出数值0。感器的四种状

态

每个传感器都有两个状态，。和1,所以两个

传感器组合在一起，就使得机器人小车的巡线传感

器有四种状态，分别是0,1,2,3,如表1-5-1所

Zj×o

状态1

mbot在黑线上，巡线传感器值为0,保持前进

状态2

mbot偏离黑线向右，巡线传感器值为1,应向

左转回到黑线上

状态3

mbot偏离黑线向左，巡线传感器值为2,应向

右转回到黑线上

状态4了解信号接收尽可能动手实践

mbot不在黑线上，巡线传感器值为3,可后退的不同显示

寻找黑线

白色表示sensor接收不到红外信号

红色表示sensor可接收到红外信号

学习任务：“让我下来”。

编程控制巡线传感器，将mbot机器人放置于

浅色桌面上，一旦mbot被拿起，则持续发出警报

声。

1.将巡线传感器连接到mbot主控板的接口2上，

再将mbot用USB线连接到电脑上。

2.任务分析：当mbot放置于白色（或其他浅色）

学习设置巡线

桌面上时，红外光可被反射，巡线传感器的值

传感器

为3（Sensorl和Sensor2均输出1）；当拿起

mbot距离桌面超过检测范围（1-2Cm）时,红

外光无法被反射，巡线传感器的值为0

（SenSOrl和Sen-Sor2均输出为0）。由此当巡

线传感器值为0时，可视为mbot被拿起，使其

播放报警声。

3.编程设计：参照如图1-5-3所示的脚本，编制

程序。

图1-5-3“把我放下来”脚本

4.执行脚本：观察脚本执行时机器人小车的状

执行脚本

态，进一步探究巡线传感器的工作原理。

设计巡线机器人

分小组完成学习任务在浅色平面上，让mbot

机器人沿着黑色轨迹前进。

1建.构

(1)制作机器人活动场地，用黑色胶带粘在

白色桌子或地面上，制作一个循迹机器人的指定路

线。

(2)完善mbot机器人：如图1-5-4所示将巡

按照图例设计

线传感器向下接到mbot机器人上，串口选择

巡线机器人总结实践中遇到

mCore主控板的接口2。

的难题并解决问

图1-5-4巡线机器人

题。

2任.务分析

编程控制巡线传感器实现mbot沿轨迹

行走，如图1-5-5所示的效果，需要考虑mbot循迹

黑线时可能发生的4种情况。

图1-5-5循迹行走

(1)在黑线上时，保持前进；

(2)偏离黑线时，及时向左或向右纠偏回到

正轨；

(3)不在黑线时，后退寻找黑线。

3.设计mbot巡线行走的算法流程图

各小组