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文档简介
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
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