深圳市青少年宫spike机器人课程 第十九课 游泳的鱼-教学设计

深圳市青少年宫spike机器人课程第十九课游泳的鱼-教学设计科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）深圳市青少年宫spike机器人课程第十九课游泳的鱼-教学设计设计意图本课以“游泳的鱼”为主题，旨在通过Spike机器人课程，让学生了解并运用传感器进行数据采集，实现机器人的游动控制。通过实际操作，锻炼学生的动手能力和编程思维，提高他们对科学技术的兴趣和认知。核心素养目标分析本节课旨在培养学生的计算思维、问题解决能力和创新实践能力。通过机器人编程，学生将学习如何将实际问题转化为可执行的程序，培养逻辑推理和算法设计能力。同时，通过团队协作完成项目，提升学生的沟通合作和团队精神。重点难点及解决办法重点：1.传感器数据读取与处理；2.机器人游动路径规划。

难点：1.传感器数据与机器人动作的同步控制；2.游动路径的精确计算与调整。

解决办法：

1.重点：通过实际操作演示和逐步引导，让学生熟悉传感器的工作原理和编程方法。

2.难点：提供示例程序和实验指导，引导学生逐步调整参数，实现传感器数据与机器人动作的同步。对于路径规划，采用逐步分解的方法，先实现基础动作，再逐步增加复杂度，让学生在实践中掌握算法设计。教学资源-软硬件资源：Spike机器人、连接线、USB充电线

-课程平台：青少年宫Spike机器人课程专用软件

-信息化资源：教学视频、学生编程手册、案例库

-教学手段：多媒体投影仪、教师示范机器人、学生实验操作台教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

-发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求，例如让学生预习Spike机器人的基本构造和编程环境。

-设计预习问题：围绕“游泳的鱼”主题，设计问题如“如何使用传感器检测水位变化？”和“如何编写程序控制机器人的游动？”引导学生自主思考。

-监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

学生活动：

-自主阅读预习资料：学生阅读关于Spike机器人和编程基础的相关资料，理解机器人编程的基本概念。

-思考预习问题：学生针对预习问题进行独立思考，记录自己的理解和疑问，例如尝试思考如何通过编程让机器人模拟鱼类的游动。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：通过预习任务，培养学生的自主学习能力。

-信息技术手段：利用在线平台和微信群，实现预习资源的共享和监控。

2.课中强化技能

教师活动：

-导入新课：通过展示机器人游泳的视频，引出“游泳的鱼”主题，激发学生的学习兴趣。

-讲解知识点：详细讲解传感器使用和编程逻辑，结合实例如“如何使用触碰传感器检测障碍物？”帮助学生理解。

-组织课堂活动：设计小组讨论，让学生尝试编写程序控制机器人模拟游泳动作。

学生活动：

-听讲并思考：学生认真听讲，积极思考老师提出的问题，如“如何让机器人根据传感器数据调整游动速度？”

-参与课堂活动：学生积极参与小组讨论，共同解决问题，如“如何让机器人模拟鱼类的侧身游动？”

教学方法/手段/资源：

-讲授法：通过讲解，帮助学生理解传感器使用和编程逻辑。

-实践活动法：通过小组讨论和编程实践，让学生在实践中掌握技能。

-合作学习法：通过小组合作，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

-布置作业：布置编程作业，要求学生编写程序让机器人完成特定的游泳路径。

-提供拓展资源：提供与机器人编程相关的书籍和在线教程，供学生进一步学习。

学生活动：

-完成作业：学生根据作业要求，编写程序并测试机器人，巩固所学知识。

-拓展学习：学生利用拓展资源，学习更高级的编程技巧和机器人控制方法。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：通过完成作业和拓展学习，培养学生的自主学习能力。

-反思总结法：通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议。

作用与目的：

-通过课前预习，让学生对课程内容有初步了解，为课堂学习打下基础。

-通过课堂活动，让学生在实践中掌握编程技能，理解传感器在机器人控制中的应用。

-通过课后作业和拓展学习，巩固所学知识，提升学生的编程能力和创新思维。教学资源拓展1.拓展资源：

-机器人编程基础：介绍机器人编程的基本概念，如编程语言、编程环境、编程逻辑等，帮助学生建立对机器人编程的整体认识。

-传感器原理与应用：详细讲解不同类型传感器的原理和特点，如触碰传感器、红外传感器、超声波传感器等，以及它们在机器人中的应用。

-机器人控制算法：介绍常见的机器人控制算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等，帮助学生理解机器人控制的原理和方法。

-机器人编程实例：提供一些经典的机器人编程实例，如避障机器人、跟随机器人、搬运机器人等，让学生通过实例学习编程技巧。

-机器人竞赛与活动：介绍国内外机器人竞赛和活动，如RoboCup、FIRST机器人挑战赛等，激发学生对机器人编程的兴趣和热情。

2.拓展建议：

-阅读相关书籍：推荐学生阅读《机器人编程入门》、《机器人控制算法》等书籍，深入学习机器人编程和控制的原理。

-参加线上课程：推荐学生参加在线平台（如Coursera、edX等）上的机器人编程和人工智能相关课程，拓宽知识面。

-参与实验室项目：鼓励学生加入学校的机器人实验室或参加科研项目，亲身体验机器人编程的实际应用。

-参加机器人竞赛：鼓励学生参加机器人竞赛，锻炼编程能力和团队合作精神，提升综合素质。

-学习开源机器人平台：引导学生了解并学习开源机器人平台（如ROS、Arduino等），掌握更多编程技巧和工具。

-关注机器人行业动态：鼓励学生关注机器人行业的最新动态，了解行业发展趋势，为未来职业规划做好准备。

-实践项目开发：鼓励学生自主开发机器人项目，如智能家居、环境监测等，提高实践能力和创新思维。

-学习编程语言：推荐学生学习Python、C++等编程语言，掌握更多编程工具，为机器人编程打下坚实基础。

-参加讲座和研讨会：鼓励学生参加机器人领域的讲座和研讨会，与行业专家交流，拓宽视野。

-建立学习小组：鼓励学生组建学习小组，共同学习、讨论和解决问题，提高学习效果。课后作业1.编程实践：

-任务描述：编写一个程序，使用Spike机器人的触碰传感器来检测是否有障碍物，当检测到障碍物时，机器人应停止前进并后退一小段距离。

-答案示例：

```python

fromspikeimportMotion,Sensor

motion=Motion()

touch_sensor=Sensor.S1

whileTrue:

iftouch_sensor.is_pressed():

motion.stop()

motion.backward(50)

motion.wait(1000)

motion.forward()

else:

motion.forward()

```

2.传感器数据记录：

-任务描述：编写一个程序，记录Spike机器人的红外传感器在一定时间内检测到的障碍物数量，并显示在屏幕上。

-答案示例：

```python

fromspikeimportMotion,Sensor,Screen

motion=Motion()

ir_sensor=Sensor.S2

screen=Screen()

obstacle_count=0

record_time=30000#30seconds

start_time=motion.get_time()

whilemotion.get_time()-start_time<record_time:

ifir_sensor.get_value()<10:#Assumingvaluebelow10indicatesanobstacle

obstacle_count+=1

screen.clear()

screen.draw_string(0,0,"Obstacles:"+str(obstacle_count))

motion.stop()

```

3.游戏编程：

-任务描述：编写一个简单的游戏程序，使用Spike机器人的触碰传感器控制角色的移动。角色在屏幕上左右移动，触碰传感器控制方向。

-答案示例：

```python

fromspikeimportMotion,Sensor,Screen

motion=Motion()

touch_sensor=Sensor.S1

screen=Screen()

direction=0#0forleft,1forright

whileTrue:

iftouch_sensor.is_pressed():

direction=1-direction#Toggledirection

ifdirection==0:

motion.left(50)

else:

motion.right(50)

screen.clear()

screen.draw_string(0,0,"PresstoChangeDirection")

screen.update()

```

4.传感器数据过滤：

-任务描述：编写一个程序，使用Spike机器人的触碰传感器检测障碍物，但要求过滤掉短时间内的多次触碰，只记录第一次触碰。

-答案示例：

```python

fromspikeimportMotion,Sensor,Screen

motion=Motion()

touch_sensor=Sensor.S1

screen=Screen()

last_pressed_time=0

whileTrue:

iftouch_sensor.is_pressed()andmotion.get_time()-last_pressed_time>500:#500msdebounce

motion.stop()

motion.backward(50)

motion.wait(1000)

motion.forward()

last_pressed_time=motion.get_time()

else:

motion.forward()

```

5.机器人路径规划：

-任务描述：编写一个程序，使用Spike机器人的触碰传感器和红外传感器，让机器人沿着一条预设的路径移动，路径由触碰传感器检测的连续障碍物组成。

-答案示例：

```python

fromspikeimportMotion,Sensor,Screen

motion=Motion()

touch_sensor=Sensor.S1

ir_sensor=Sensor.S2

screen=Screen()

whileTrue:

iftouch_sensor.is_pressed():

motion.forward()

elifir_sensor.get_value()<10:#Assumingvaluebelow10indicatesanobstacle

motion.right(90)#Turnrighttoavoidobstacle

else:

motion.left(90)#Turnlefttocontinuealongthepath

screen.clear()

screen.draw_string(0,0,"PathFollowing")

screen.update()

```教学反思与改进亲爱的同事们，大家好！今天我想和大家分享一下我对这节课的反思与改进的想法。

首先，我觉得这节课的导入做得还可以。通过视频展示了机器人的精彩瞬间，激发了学生的兴趣。但是，我发现有些学生对于机器人的理解还不够深入，他们在回答问题的时候，有时候只能说出表面的现象，缺乏对原理的思考。因此，我打算在未来的教学中，增加一些机器人基本原理的讲解，让学生对机器人的工作原理有一个更全面的认识。

在课堂活动环节，我设计了一些小组讨论和角色扮演，旨在培养学生的团队合作能力和沟通能力。不过，我发现部分学生在这个环节显得有些被动，可能是由于他们不太熟悉这种教学方式。所以，我计划在下一节课中，提前给学生一些小组讨论的指导，帮助他们更好地融入团队。

在课后作业方面，我布置了一些编程实践题，目的是让学生巩固课堂所学。但是，我收到一些学生的反馈，说作业难度较大，不太容易完成。我意识到，我可能需要根据学生的实际情况调整作业的难度，或者提供一些更详细的解答过程，帮助学生更好地理解。

此外，我还发现一些学生在课堂上不太敢提问，可能是由于担心自己的问题太简单