第2单元第8课《碰撞运动-碰撞传感器和机器人的避碰行走》-教学设计2023-2024学年清华大学版（2012）初中信息技术九年级下册

第2单元第8课《碰撞运动——碰撞传感器和机器人的避碰行走》-教学设计2023—2024学年清华大学版（2012）初中信息技术九年级下册学校授课教师课时授课班级授课地点教具教材分析第2单元第8课《碰撞运动——碰撞传感器和机器人的避碰行走》-教学设计2023—2024学年清华大学版（2012）初中信息技术九年级下册。本课内容结合物理知识，引导学生了解碰撞传感器的工作原理，并通过编程实现机器人的避碰行走，旨在培养学生的逻辑思维和编程能力。核心素养目标分析二、核心素养目标分析。培养学生信息意识，通过碰撞传感器和机器人避碰行走的实践，提升学生的计算思维和问题解决能力。增强学生的创新精神和实践能力，鼓励学生在编程中探索和创造。同时，培养学生的合作意识，通过小组合作完成项目，提高团队协作能力。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：学生在学习本课前，应已具备基本的物理知识，了解力的概念和作用，以及简单的电路原理。在信息技术方面，学生应掌握了基础的编程知识和简单的图形化编程环境使用。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：学生对科技和机器人相关内容通常具有较高的兴趣，愿意动手实践。学生在编程能力方面存在差异，有的学生具备较强的逻辑思维和编程技巧，有的则可能需要更多的指导和帮助。学习风格上，学生可能偏重于动手操作，通过实际操作来学习新知识。

3.学生可能遇到的困难和挑战：学生在理解碰撞传感器的工作原理时可能感到困难，需要教师通过直观演示和实例讲解来辅助理解。编程过程中，学生可能遇到逻辑错误或编程语法问题，需要教师提供及时的反馈和指导。此外，学生在团队合作中可能遇到沟通和分工的问题，需要教师引导他们学会有效沟通和协作。教学资源-硬件资源：碰撞传感器、机器人套件（包括主控板、电机、传感器接口等）、计算机（用于编程和控制）、连接线材

-课程平台：图形化编程软件（如Scratch、MindPlus等）

-信息化资源：在线教程、视频讲解、教学案例库

-教学手段：实物演示、互动问答、小组合作讨论教学过程一、导入

1.教师首先通过展示机器人避障行走的视频，引发学生兴趣，引导学生思考：“机器人是如何避开障碍物的？这背后有什么科学原理？”

2.学生积极回答，教师总结：机器人避开障碍物需要借助碰撞传感器和编程控制。

二、新课讲授

1.教师介绍碰撞传感器的原理和结构，让学生了解传感器如何感知碰撞信号。

-教师展示碰撞传感器的实物，讲解其工作原理。

-学生观察实物，提问并解答疑问。

2.教师通过实例演示，引导学生理解碰撞传感器在机器人避障中的应用。

-展示一个简单的机器人避障程序，分析其核心代码。

-学生分析代码，讨论程序的作用和实现方式。

3.教师讲解机器人编程的基本语法和常用函数，让学生掌握编写避障程序的基本方法。

-通过示例代码，讲解循环、条件语句、变量等基本概念。

-学生跟随教师进行编程练习，巩固所学知识。

三、课堂实践

1.学生分组，每组配备一个机器人套件，开始编程实现机器人避障行走。

-教师强调团队合作的重要性，提醒学生合理分工。

-学生按照程序设计思路，逐步编写避障程序。

2.教师巡视课堂，解答学生编程过程中的疑问，指导学生解决难题。

-教师针对学生提出的问题，给出解决方案。

-学生根据教师的指导，调整程序，完善避障功能。

3.学生展示编程成果，互相交流心得体会。

-学生分组演示机器人避障行走过程，分享编程经验和技巧。

-教师评价学生作品，鼓励学生不断创新。

四、拓展延伸

1.教师引导学生思考：除了碰撞传感器，还有哪些传感器可以实现机器人避障？

-学生列举常见的传感器，如红外传感器、超声波传感器等。

-教师讲解这些传感器的原理和特点，拓展学生的知识面。

2.教师布置课后作业：尝试使用其他传感器实现机器人避障，或设计一个更加复杂的机器人避障场景。

-学生根据教师布置的作业，进一步探索和学习相关知识。

五、课堂总结

1.教师回顾本节课的主要内容，强调碰撞传感器在机器人避障中的作用。

2.学生总结学习心得，分享课堂实践过程中的收获和体会。

3.教师总结评价学生表现，肯定他们的努力和成果。教学资源拓展1.拓展资源：

-碰撞传感器的种类与工作原理：介绍不同类型的碰撞传感器，如光电传感器、压力传感器、超声波传感器等，以及它们在机器人避障中的应用实例。

-机器人编程基础：提供关于编程基础知识的拓展，包括变量、循环、条件语句、函数等编程概念，以及如何在图形化编程环境中使用这些概念。

-机器人避障算法：探讨不同的避障算法，如最近点法、最小距离法、A*算法等，以及如何将这些算法应用于机器人避障程序中。

-机器人控制理论：介绍机器人控制的基本理论，包括PID控制、模糊控制等，以及如何通过控制算法提高机器人避障的稳定性和效率。

2.拓展建议：

-学生可以进一步研究不同类型的传感器，了解它们的优缺点，并设计实验来测试不同传感器的性能。

-鼓励学生尝试使用不同的编程语言和开发环境，如Python、Arduino等，以拓宽编程技能。

-建议学生参与机器人比赛或项目，如机器人足球、无人驾驶小车等，通过实际操作来加深对避障算法和控制理论的理解。

-组织学生进行小组讨论，分享各自在编程和机器人设计中的经验和挑战，促进知识的交流和技能的提升。

-建议学生阅读相关的科普书籍或在线教程，以获得更深入的知识和启发。

-鼓励学生参与社区活动或工作坊，与其他对机器人技术感兴趣的学生和专家交流，拓宽视野。

-提供一些开放源代码的机器人项目，让学生可以下载并修改，以了解实际项目中的编程和设计过程。教学评价与反馈1.课堂表现：

-学生在课堂上的参与度较高，积极回答问题，对碰撞传感器和机器人避障的概念有较好的理解。

-学生在编程练习中表现出良好的合作精神，能够互相帮助解决问题。

2.小组讨论成果展示：

-小组讨论环节中，学生能够围绕碰撞传感器的工作原理和编程实现进行深入讨论，提出多种解决方案。

-学生在展示成果时，能够清晰地阐述自己的思路和设计，得到其他同学的认可。

3.随堂测试：

-进行随堂测试，评估学生对碰撞传感器原理、编程知识和避障算法的掌握程度。

-测试结果显示，大部分学生能够正确理解碰撞传感器的工作原理，并能运用所学知识编写简单的避障程序。

4.学生自评与互评：

-学生在课后进行自评，反思自己在课堂上的表现和学习成果。

-学生之间进行互评，互相指出优点和不足，共同进步。

5.教师评价与反馈：

-针对课堂表现：教师对学生的积极参与和合作精神给予肯定，同时指出部分学生在编程过程中存在逻辑错误，需要加强编程能力的培养。

-针对小组讨论成果展示：教师鼓励学生继续深入探讨，提出更多创新性的解决方案，并强调团队合作的重要性。

-针对随堂测试：教师对学生的测试成绩进行分析，指出学生在哪些知识点上存在不足，并针对性地进行讲解和辅导。

-针对学生自评与互评：教师肯定学生的自我反思和互评能力，鼓励学生在今后的学习中更加注重自我提升和团队合作。

-教师将根据学生的表现，调整教学内容和方法，确保学生能够更好地掌握碰撞传感器和机器人避障的相关知识。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.实践导向：在教学中，我注重将理论知识与实际操作相结合，让学生通过动手实践来加深对碰撞传感器和机器人避障的理解。例如，通过让学生亲自动手搭建机器人，他们能够更直观地感受到传感器的工作原理。

2.跨学科融合：我尝试将物理、信息技术和编程知识进行融合，让学生在解决实际问题的过程中，综合运用多学科知识。这种跨学科的教学方式有助于培养学生的综合能力。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生编程基础参差不齐：在课堂上，我发现学生的编程基础存在较大差异，这导致部分学生在编程练习中遇到困难。为了解决这个问题，我需要提供更具针对性的辅导。

2.课堂互动不足：虽然学生参与度较高，但课堂互动环节仍有提升空间。我需要设计更多互动性的教学活动，如小组竞赛、角色扮演等，以激发学生的学习兴趣。

3.教学评价方式单一：目前的教学评价主要依赖于随堂测试和作业完成情况，缺乏对学生实际操作能力的评估。我需要引入更多样化的评价方式，如现场演示、项目报告等。

反思改进措施（三）

1.针对学生编程基础参差不齐的问题，我将提供分层教学，为编程基础较弱的学生提供额外的辅导和练习，同时为编程能力较强的学生提供更具挑战性的任务。

2.为了增加课堂互动，我将设计更多小组合作项目和角色扮演活动，鼓励学生积极参与讨论和分享。此外，我还会利用在线平台，让学生在课后也能进行交流和讨论。

3.在教学评价方面，我将引入更多实际操作的评价方式，如让学生展示他们的机器人避障程序，或者要求他们撰写项目报告，以全面评估学生的综合能力。同时，我也会鼓励学生进行自我评价和互评，以促进他们的自我反思和成长。板书设计①碰撞传感器原理

-传感器类型：光电传感器、压力传感器、超声波传感器

-工作原理：检测碰撞信号，输出控制信号

-应用场景：机器人避障、自动门、停车场管理等

②机器人避障编程

-编程语言：图形化编程（如Scratch、MindPlus）

-基本语法：变量、循环、条件语句、函数

-避障算法：最近点法、最小距离法、A*算法

③机器人避障实践

-机器人搭建：主控板、电机、传感器接口

-编程步骤：初始化、检测碰撞、控制转向

-测试与优化：调整程序参数，提高避障性能典型例题讲解1.例题：

编写一个简单的机器人避障程序，要求机器人遇到障碍物时停止前进，并在障碍物移开后继续前进。

答案：

```plaintext

初始化：

设置传感器为输入模式

设置电机为输出模式

循环：

如果传感器检测到碰撞信号

停止电机

否则

推进电机

```

2.例题：

机器人需要在直线上避开一个障碍物，障碍物距离机器人初始位置2米。编写程序，使机器人以1米/秒的速度前进，当检测到障碍物时停止，并在障碍物移开后继续前进。

答案：

```plaintext

初始化：

设置传感器为输入模式

设置电机为输出模式

设置距离传感器为测量模式

循环：

如果距离传感器检测到距离小于2米

停止电机

否则

推进电机

```

3.例题：

机器人需要在T形路口避开左侧的障碍物，障碍物距离路口1米。编写程序，使机器人以0.5米/秒的速度前进，当检测到左侧障碍物时停止，并在障碍物移开后继续前进。

答案：

```plaintext

初始化：

设置传感器为输入模式

设置电机为输出模式

设置方向传感器为检测模式

循环：

如果方向传感器检测到左侧有障碍物

停止电机

否则

推进电机

```

4.例题：

机器人需要在圆形轨道上避开一个固定位置的障碍物，障碍物距离圆形轨道中心2米。编写程序，使机器人以0.3米/秒的速度前进，当检测到障碍物时停止，并在障碍物移开后继续前进。

答案：

```plaintext