《第六节 传感器综合应用》名师教案

学而优教有方第六节传感器综合应用——消防灭火机器人一、教材分析（一）内容分析现实生活中，人们身边不免发生火灾，而火灾无情，为保护消防人员的人身安全，科学家研究出了消防灭火机器人。教师在教学中要结合教学内容对学生进行珍爱生命的教育。（二）教学目标（1）通过消防灭火机器人程序设计实践活动和练习提升活动，让学生进一步掌握运用“红外测障”和“亮度检测”模块来设计程序，完成指定灭火任务。（2）通过对比，让学生能读懂并学会根据JC语言代码设置灭火机器人流程图程序中的参数。（三）教学重点和难点1.教学重点综合运用“红外测障”“亮度检测”模块完成灭火机器人的程序设计。2.教学难点“练习提升”第1题的算法。二、学情分析“红外测障”“亮度检测”模块可让机器人检测周边环境，使机器人有了判断能力，从而实现机器人的自动化、智能化。在前几节学习的基础上，学生认知水平不存在障碍，本节需要综合运用这两种传感器进行程序设计。在教学中，要突出学生综合运用能力的提升，课堂中要以培养学生的学习兴趣为抓手，通过“实践活动”“练习提升”，培养学生的程序设计能力。要让学生在练习中掌握传感器模块参数的设置技巧，不应由教师直接告诉学生结果，只有这样才能在教学中培养学生的研究探索能力，让学生通过自主学习探究建构自己的知识体系，也可以通过协作学习方式让学生互相帮助，在研讨中获得知识。三、教学建议（一）课前准备设备：多媒体教学设备，提前安装好VJC1.5仿真版软件。学生：了解消防灭火机器人程序设计思路。教师：提前准备好课堂中的三个仿真场地文件；下载机器人灭火视频，供课堂中导入新课使用；准备好课堂竞赛奖品，如红纸喜报、小小奖品等，用于充分调动学生的学习积极性。（二）过程设计1.创设情境,导入新课本节课可以用机器人灭火比赛的视频，创设情境，导入新课。在这个过程中重点是让学生观察与分析机器人追光算法。2.消防灭火机器人的用途消防灭火机器人的用途在教材上已经有了较为详细的介绍。在教学中，教师可以从网上查找并下载这方面应用的文字、图片、视频等，并通过这些资料的展示，激发学生的学习兴趣，让学生从这些资料中受到更深层次的珍爱生命教育。但是，资料中如果有画面比较恐怖，教师要事前进行删减，以免给学生造成不良的心理影响。3.消防灭火机器人的灭火步骤教材讲述的是机器人灭火仿真实验的算法与程序设计实现，教学中教师要抓住学生的好奇心理，引导学生采用协作学习、小组讨论等方式，探讨研究机器人的灭火步骤。对于灭火的方式，实验室的机器人和仿真实验中的机器人灭火方式基本相同，都是用风扇的风把蜡烛火焰熄灭。这点与现实生活中的灭火方式不同，学生可能会提出异议，但是在实验室通过喷水进行灭火在机器人装备上有些困难：一方面，机器人是电子元件，内有电池和电路板等，这些都是怕水的；另一方面，用液体进行喷射这一物理器件制作与控制都比较麻烦。因此，通常都用风扇的风熄灭蜡烛火焰。4.消防灭火机器人程序设计思路（1）实践活动。设计程序是综合运用“左（右）手规则”算法与“亮度检测”模块的研究探索，机器人不仅要进行“左（右）手规则”沿墙边走，还要在发现火源并且接近火源时，停止运动，启动机器人的电机3扑灭火源。如果机器人能正常完成任务，表示程序设计和调试成功。（2）练习提升。练习提升第1题用的场地图，是VJC1.5系统自带的标准灭火场地，这一场地是根据早些年的真实机器人灭火比赛实际场地而制作的仿真场地。本题在程序算法上，要求学生用“右手规则”设计程序。找到火源时，用风扇吹灭蜡烛的火焰，发现火源可用“亮度检测”模块实现。在设计程序的难度上比练习提升第2题要容易得多。“练习提升”第2题的程序是教材所有章节最难的一个。设计程序时，既要用到“左手规则”沿墙走，又要在行走过程中去感知火源，当机器人感知到火源时，进行追光接近火源。题目还要求找到火源时，机器人要先停止运动，再启动电机3扑灭火源。这些条件的限定，对学生来说是具有挑战性的。四、实践活动指导加载如图4-6-2所示的“机器人灭火场地”，图中共有六个房间，其中有一个房间发生了火灾，以燃烧的蜡烛表示着火点，白色圆形图带处是消防车位置。运用“左手规则”设计程序，让机器人从白色圆形图带的起始点出发，沿墙壁行走，发现火源后启动扩展电机把燃烧的蜡烛熄灭，但不允许碰倒蜡烛。解析：本“实践活动”的场地是根据真实机器人灭火比赛场地改进而来的，真实机器人灭火比赛的标准场地是四个房间，本实践活动扩充到六个房间，但是在算法上是完全相同的。在设计程序时，注意要让机器人距蜡烛一定的距离时启动电机3吹灭火焰，而不能让机器人去撞倒蜡烛。实现这一动作可利用亮度传感器，当感知到光线达到一定强度时（距离蜡烛比较近了），停止运动，启动灭火风扇，并延长动作一定时间。五、练习提升参考答案第1题：加载“标准灭火场地”，如图4-6-3所示。进入仿真环境，让机器人从白色圆形图带的起始点出发，用“右手规则”寻找火源，找到火源后，机器人停止运动，启动扩展电机熄灭蜡烛，完成灭火任务。解析：参考流程图程序如图4.6.1所示。图4.6.1“练习提升”第1题流程图程序参考JC语言代码参考程序如下。第2题：在如图4-6-4所示的场地中发生了火灾，火灾所处位置用燃烧的蜡烛表示。设计程序完成消防灭火任务，把机器人放在白色圆形图带处，让机器人根据“左手规则”去寻找火源，当发现火源时靠近火源（追光），接近火源时机器人停止运动，启动扩展电机，熄灭蜡烛表示灭火成功。解析：参考流程图程序如图4.6.2所示。图4.6.2“练习提升”第2题流程图程序参考JC语言代码程序如下。六、教师知识延伸1.智能消防灭火机器人智能消防灭火机器人是特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中发挥着举足轻重的作用。消防灭火机器人适用于石油化工、油罐区、大型仓库、小型森林火灾等大面积场所的A、B类火灾以及有毒气体、液体泄漏的稀释和冷却，适用于消防队员无法靠近的灭火救援场所。我国消防灭火机器人发展简史。面对无情的火灾，应急管理部上海消防研究所、上海交通大学、上海市消防局共同制定了研制消防机器人的计划。经过3年的研究，于2001年研究生产出中国第一台消防机器人，这是由国家科学技术委员会正式立项的国家“863”高科技研究发展项目——“消防机器人”研究课题，在公安部上海消防科学研究所通过专家组验收。这款消防机器人可以行走、爬坡、跨障、喷射灭火，可以进行火场侦察。2.智能灭火机器人通常所说的智能灭火机器人主要指实验室或学校创客空间教学用的机器人。它是由控制器、