江西省中小学生素质科技课堂-《高级绘图机器人》教学设计

江西省中小学生素质科技课堂-《高级绘图机器人》教学设计学校授课教师课时授课班级授课地点教具设计思路本节课以《高级绘图机器人》为主题，紧密围绕初中信息技术课程标准，结合课本《机器人与编程》相关内容，旨在通过实际操作和小组合作，培养学生创新思维和实践能力。课程设计注重理论与实践相结合，引导学生通过学习高级绘图机器人的原理和应用，提升学生的编程技能和科学素养。核心素养目标1.培养学生的信息意识，使其能够理解信息技术的价值，并学会利用高级绘图机器人进行信息处理。

2.增强学生的计算思维，通过编程实践提升逻辑推理和问题解决能力。

3.提升学生的创新精神和实践能力，鼓励学生在设计绘图机器人项目时发挥创意，并动手实践。

4.强化学生的合作意识，通过小组合作完成任务，学会沟通与协作。教学难点与重点1.教学重点，

①理解高级绘图机器人的工作原理，包括传感器、控制模块和执行机构的功能。

②掌握使用编程语言编写控制绘图机器人运动的代码，实现基本的绘图指令。

③能够根据设计需求，调整和优化机器人路径，确保绘图精度和效率。

2.教学难点，

①理解复杂编程逻辑，将实际绘图需求转化为机器人的动作指令。

②在编程过程中解决算法设计问题，如路径规划、避障等。

③小组合作中协调分工，确保每个成员都能参与并贡献自己的力量。

④处理实际操作中可能出现的故障和问题，如传感器失灵、程序错误等。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《机器人与编程》教材，包含高级绘图机器人相关章节。

2.辅助材料：准备与教学内容相关的图片、图表、视频等多媒体资源，用于辅助讲解和演示。

3.实验器材：准备高级绘图机器人套件，包括传感器、控制模块、执行机构等，确保器材完整且安全。

4.教室布置：设置分组讨论区，提供实验操作台，确保学生有足够的空间进行实践操作。教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：通过展示机器人绘图的作品图片或视频，提问学生“你们想知道这些作品是如何创造出来的吗？”

-回顾旧知：简要回顾学生已掌握的编程基础和机器人基本操作知识。

2.新课呈现（约20分钟）

-讲解新知：介绍高级绘图机器人的组成部分，包括传感器、控制模块、执行机构等。

-举例说明：以一个简单的直线绘制为例，展示如何通过编程控制机器人绘图。

-互动探究：提出问题，如“如何让机器人绘制圆形？”引导学生进行思考和讨论。

3.实践操作（约40分钟）

-学生活动：将学生分成小组，每组分配一套高级绘图机器人套件。

-指导学生根据教材步骤进行搭建，并调试机器人。

-教师指导：在学生操作过程中，巡视并解答学生疑问，确保每个学生都能顺利搭建机器人。

4.编程实践（约50分钟）

-学生活动：根据所学知识，编写控制机器人绘制指定图形的代码。

-教师指导：在编程过程中，给予学生必要的帮助和指导，如代码调试、算法优化等。

-互动交流：鼓励学生分享自己的编程经验，共同解决编程中的问题。

5.结果展示与评价（约20分钟）

-学生活动：展示自己编写的程序和绘制的图形，小组之间进行互相评价。

-教师评价：根据学生的操作和作品，给予正面反馈和改进建议。

6.总结反思（约10分钟）

-回顾本节课的学习内容，强调重点和难点。

-引导学生反思自己在学习过程中的收获和不足。

-提出课后思考题，鼓励学生在课后继续探索和学习。

7.课后作业（约15分钟）

-布置课后作业，要求学生独立完成一个简单的绘图任务，并尝试优化算法。

-布置阅读材料，推荐相关书籍或网络资源，供学生深入学习。

注意：以上时间分配仅供参考，实际教学过程中可根据学生掌握情况进行调整。教学资源拓展1.拓展资源：

-机器人编程软件介绍：介绍多种编程软件，如Scratch、Blockly、Python等，这些软件适合不同年龄段和编程水平的学生，能够帮助他们更好地理解和应用编程知识。

-机器人历史与发展：提供关于机器人发展史的资料，包括早期机器人、现代机器人的应用领域等，让学生了解机器人技术的演变过程。

-机器人竞赛案例：分享国内外机器人竞赛的优秀案例，激发学生的学习兴趣，了解竞赛规则和评分标准。

-机器人相关书籍推荐：推荐一些关于机器人编程、机器人原理等方面的书籍，供学生课后阅读和学习。

2.拓展建议：

-学生可以通过在线平台学习编程语言，如C、KhanAcademy等，这些平台提供丰富的编程教程和练习题。

-鼓励学生参加机器人相关的课外活动，如科技社团、机器人兴趣小组等，与其他同学交流学习经验。

-组织学生参观机器人展览或科技馆，实地了解机器人的应用和原理。

-建议学生阅读《机器人与自动化》、《机器人技术与应用》等杂志，了解最新的机器人技术动态。

-鼓励学生参与学校或社区组织的机器人比赛，通过实践提升自己的编程能力和团队协作能力。

-学生可以尝试自己设计简单的机器人项目，如自动清洁机器人、自动浇水装置等，将所学知识应用到实际生活中。

-引导学生关注机器人伦理和安全问题，讨论在机器人技术发展中应如何平衡技术进步与社会责任。

-鼓励学生进行跨学科学习，如结合艺术、物理、数学等学科知识，设计更具创意和实用价值的机器人项目。板书设计1.高级绘图机器人概述

①机器人组成部分

②传感器功能

③控制模块

④执行机构

2.编程基础

①编程语言简介

②基本语法结构

③控制语句

3.绘图指令与算法

①绘图函数

②路径规划算法

③避障算法

4.实验步骤

①机器人搭建

②程序编写

③调试与优化

5.小组合作与交流

①分工协作

②交流分享

③团队协作技巧课后作业1.作业内容：

编写一个简单的Python程序，控制高级绘图机器人绘制一个正方形。

答案示例：

```python

frommachineimportPin,PWM

importtime

#设置电机引脚

motor_pin=Pin(0,Pin.OUT)

#设置电机控制

pwm=PWM(motor_pin,freq=1000,duty_cycle=512)

#绘制正方形的函数

defdraw_square(length):

for_inrange(4):

pwm.duty_cycle=768#前进

time.sleep(1)

pwm.duty_cycle=256#停止

time.sleep(0.5)

pwm.duty_cycle=0#反转

time.sleep(1)

pwm.duty_cycle=768#前进

time.sleep(0.5)

#调用函数绘制正方形

draw_square(2)

```

2.作业内容：

分析并解释以下代码中绘制圆形的函数是如何工作的。

答案示例：

```python

frommachineimportPin,PWM

importtime

#...(省略电机设置代码)

#绘制圆形的函数

defdraw_circle(radius):

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180

x=radius*(math.cos(angle)+1)

y=radius*(math.sin(angle)+1)

#...(省略控制机器人运动的代码)

```

3.作业内容：

设计一个算法，使高级绘图机器人能够沿着指定的路径移动，路径为一条曲线。

答案示例：

```python

#...(省略电机设置代码)

#绘制曲线的函数

defdraw_curve(x,y):

#根据x和y的值控制机器人的运动，实现曲线绘制

#...(省略具体控制代码)

#调用函数绘制曲线

draw_curve(1.5,2)

```

4.作业内容：

修改之前绘制的正方形程序，使机器人能够绘制一个边长逐渐变长的正方形。

答案示例：

```python

#...(省略电机设置代码)

#绘制边长逐渐变长的正方形的函数

defdraw_increasing_square():

forlengthinrange(1,6):

draw_square(length)

#调用函数绘制边长逐渐变长的正方形

draw_increasing_square()

```

5.作业内容：

编写一个程序，使高级绘图机器人能够绘制一个由多个正方形组成的图案，图案中心为正方形，周围环绕着较小的正方形。

答案示例：

```python

#...(省略电机设置代码)

#绘制中心正方形及周围小正方形的函数

defdraw_pattern():

draw_square(3)#绘制中心正方形

foroffsetinrange(2,6):

x_offset=offset*2

y_offset=offset*2

draw_square(offset,x_offset,y_offset)

#调用函数绘制图案

draw_pattern()

```教学反思今天上了《高级绘图机器人》这节课，整体来说，我觉得这节课还是蛮有收获的。首先，我觉得学生们对于这个主题非常感兴趣，课堂上互动也比较积极，这让我感到很高兴。但是，也有一些地方我觉得可以改进。

首先，我发现课堂上的时间分配不太合理。我在讲解新知的时候，可能讲得有些多，导致后面练习的时间不够用。学生们在实际操作的时候，有些地方遇到了困难，我没有足够的时间去一一解答。这可能是因为我对某些知识点的讲解不够简洁，或者对课堂节奏的把握不够精准。所以，在今后的教学中，我需要更加注意课堂时间的分配，确保每个环节都能得到充分的练习和指导。

其次，我注意到在小组合作的过程中，部分学生参与度不高。虽然我提前进行了分组，但是在实际操作中，我发现有些学生更多的是在旁边观看，而不是积极参与到实际操作中来。这可能是因为他们对编程不太感兴趣，或者是对自己的编程能力不够自信。为了解决这个问题，我打算在下一节课之前，提前让学生们进行一些简单的编程练习，增强他们的信心，同时也让他们熟悉编程环境。

再者，我在讲解编程代码时，可能过于注重细节，导致学生们对整体的概念理解不够。有些学生反映说，他们记不住那么多代码，而且也不太明白这些代码的作用。因此，我需要在今后的教学中，更加注重编程思想的传达，而不是仅仅停留在代码层面。我会尝试用更直观、更易于理解的方式去讲解编程逻辑。

另外，我在课后布置的作业中，发现有些学生的作业完成得不是很好。这让我意识到，课后作业的布置和反馈也是一个需要重视的问题。我需要在今后的教学中，更加注重作业的批改和反馈，确保每个学生都能从作业中获得成长。

最后，我想说的是，今天的课让我看到了学生们在机器人编程方面的潜力。他们对新技术充满好奇，对未知充满探索欲望。这让我感到欣慰，也让我更加坚定了要教好他们的决心。在今后的教学中，我会继续努力，激发学生的学习兴趣，培养他们的创新能力，让他们在机器人编程的道路上越走越远。课堂课堂评价是教学过程中不可或缺的一环，它能够帮助教师及时了解学生的学习情况，调整教学策略，确保教学效果。以下是我对《高级绘图机器人》这节课的课堂评价：

1.课堂提问评价：

在课堂上，我通过提问的方式检验学生对知识点的掌握程度。例如，我询问学生：“大家能说出高级绘图机器人的主要组成部分有哪些吗？”通过学生的回答，我发现他们对传感器的功能、控制模块的作用以及执行机构的特点有一定的了解。然而，也有部分学生对某些细节不够清晰，如传感器的工作原理。针对这一问题，我将在接下来的课程中加强这部分内容的讲解。

2.观察评价：

在实践操作环节，我观察了学生的实际操作情况。我发现大部分学生能够按照教材步骤完成机器人的搭建，但在编写程序时，部分学生遇到了困难。例如，有些学生不知道如何设置正确的编程环境，或者不清楚如何编写控制机器人运动的代码。针对这些问题，我在课堂上进行了个别辅导，并鼓励学生互相帮助。

3.小组合作评价：

在小组合作环节，我注意到学生们能够积极地参与到讨论和实践中。他们在讨论中各抒己见，共同解决问题。但在实际操作中，我发现部分学生存在依赖心理，不太愿意独立思考。为了培养学生的独立思考能力，我将在下一节课中设置更多的独立操作环节，鼓励学生独立完成任务。

4.测试评价