深圳市青少年宫spike机器人课程 第十六课 巡线机器人-教学设计

深圳市青少年宫spike机器人课程第十六课巡线机器人-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机器人课程第十六课巡线机器人-教学设计课程基本信息1.课程名称：深圳市青少年宫spike机器人课程第十六课巡线机器人

2.教学年级和班级：六年级2班

3.授课时间：2023年4月10日星期一14:00-15:00

4.教学时数：1课时核心素养目标1.培养学生的创新思维，通过设计巡线机器人，激发学生的创造力和解决问题的能力。

2.增强学生的动手实践能力，通过实际操作和编程，提升学生的实践操作技能。

3.强化学生的团队合作意识，在小组合作中，培养学生的沟通协调能力和团队协作精神。学习者分析1.学生已经掌握了与机器人编程相关的初步知识，如基本编程语言的基础语法、机器人运动控制的基本原理等。他们能够使用spike机器人进行简单的编程和操作。

2.学生对机器人编程表现出浓厚的兴趣，他们通常具备一定的逻辑思维能力和动手操作能力。学习风格上，部分学生可能更倾向于动手实践，通过实际操作来学习和理解知识；而另一部分学生可能更偏好理论学习和分析。

3.学生在学习和操作巡线机器人时可能遇到的困难包括：理解编程逻辑的复杂性、调试程序时的耐心和细致度、以及解决实际操作中遇到的问题。此外，对于初次接触巡线算法的学生来说，理解算法原理和实现方法可能是一个挑战。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：讲解巡线机器人的基本原理和编程步骤，帮助学生建立概念框架。

2.实验法：通过实际操作和编程，让学生在动手实践中掌握巡线机器人的编程技巧。

3.讨论法：鼓励学生分组讨论遇到的问题，培养解决问题的能力和团队合作精神。

教学手段：

1.多媒体教学：使用PPT展示巡线机器人原理图和编程代码，提高教学直观性。

2.实验软件：利用spike机器人配套的编程软件，提供直观的编程环境和实时反馈。

3.在线资源：推荐相关的在线教程和视频，供学生课后自学和巩固知识。教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：通过提问学生关于日常生活中遇到的道路标识和交通规则，引出机器人巡线的重要性。

-回顾旧知：简要回顾之前学习过的机器人编程基础，如运动控制、传感器使用等。

2.新课呈现（约20分钟）

-讲解新知：详细讲解巡线机器人的工作原理，包括红外传感器、循线算法和编程逻辑。

-举例说明：通过展示巡线机器人的实际应用视频，让学生直观理解巡线过程。

-互动探究：组织学生讨论巡线算法的设计和优化，鼓励他们提出自己的改进想法。

3.实践操作（约30分钟）

-学生活动：学生分组，每组一台spike机器人，按照教师指导进行巡线编程。

-教师指导：教师巡视指导，解答学生在编程过程中遇到的问题，确保学生正确理解并应用所学知识。

4.巡线编程（约20分钟）

-学生活动：学生根据所学知识，编写巡线机器人的控制程序。

-教师指导：教师提供编程模板，帮助学生快速入门，并逐步提高编程水平。

5.调试与优化（约20分钟）

-学生活动：学生进行机器人巡线实验，观察巡线效果，并根据反馈进行程序调试。

-教师指导：教师讲解调试技巧，引导学生分析问题原因，并提出优化方案。

6.小组展示（约10分钟）

-学生活动：每组选派代表展示自己的巡线机器人，讲解编程思路和优化过程。

-教师点评：教师对学生的展示进行点评，鼓励学生分享经验和改进方法。

7.总结与反思（约5分钟）

-教师总结：回顾本节课的重点内容，强调巡线机器人的应用价值。

-学生反思：学生回顾学习过程，反思自己在编程和调试中遇到的问题和收获。

8.课后作业（约5分钟）

-教师布置：布置课后作业，要求学生完成巡线机器人的拓展编程任务，如增加避障功能等。

-学生了解：学生了解作业要求，为课后学习做好准备。

整个教学过程注重理论与实践相结合，通过分组讨论、实验操作和小组展示，激发学生的学习兴趣和主动性，培养学生的创新思维和团队协作能力。学生学习效果1.编程能力提升：学生在本节课中学习了巡线机器人的编程方法，掌握了使用红外传感器进行路径检测和控制的编程技巧。学生能够编写简单的循线程序，实现了机器人的基本巡线功能，这无疑提升了他们的编程能力。

2.问题解决能力增强：在调试巡线机器人的过程中，学生遇到了各种问题，如程序运行不正常、机器人无法准确循线等。通过教师的指导和同学之间的讨论，学生学会了分析问题、查找原因和解决问题的方法，增强了他们的问题解决能力。

3.团队合作意识培养：本节课采用小组合作的方式进行，学生在分组讨论和共同完成编程任务的过程中，学会了如何与团队成员沟通、协作，共同克服困难。这有助于培养学生的团队合作意识和集体荣誉感。

4.创新思维激发：学生在学习巡线机器人的基础上，思考如何改进算法，增加机器人的功能，如避障、跟随等。这种创新思维的学习过程，激发了学生对机器人编程的探索欲望，为今后的深入学习打下了基础。

5.理论知识与实践相结合：本节课将理论知识与实际操作相结合，让学生在实际编程过程中理解抽象的概念，加深对知识的理解。这种教学方式有助于学生将所学知识应用到实际生活中，提高学习的实用性。

6.自主学习能力提高：在课后作业中，学生需要完成拓展编程任务，这要求他们在课后自学相关知识，提高自主学习能力。通过自主完成作业，学生能够更好地掌握所学知识，并培养独立解决问题的能力。

7.科学素养提升：学习巡线机器人的过程中，学生不仅学习了编程知识，还了解了红外传感器、循线算法等科学原理。这有助于提高学生的科学素养，激发他们对科学技术的兴趣。板书设计①重点知识点：

-巡线机器人工作原理

-红外传感器原理与应用

-循线算法基础

-编程步骤及注意事项

②关键词句：

-红外发射器与接收器

-信号强度与循线

-编程逻辑：条件判断与循环

-调试方法：观察与调整

③板书布局：

1.巡线机器人简介

-工作原理图

-红外传感器位置

2.红外传感器原理

-发射与接收

-信号强度与距离

3.循线算法基础

-检测线迹

-调整方向

4.编程步骤

-初始化

-循环检测

-调整速度和方向

5.注意事项

-传感器校准

-编程调试技巧课堂小结，当堂检测课堂小结：

在本节课中，我们学习了巡线机器人的基本原理、红外传感器的应用以及循线算法的编程。以下是对本节课内容的简要总结：

1.巡线机器人工作原理：通过红外传感器检测地面上的线条，机器人根据接收到的信号调整运动方向，实现循线行走。

2.红外传感器原理：红外传感器通过发射和接收红外线来检测物体或线条，具有响应速度快、距离测量准确等特点。

3.循线算法基础：巡线算法主要包括检测线迹、调整方向和速度等步骤，通过编程实现机器人的循线功能。

4.编程步骤：初始化、循环检测、调整速度和方向。初始化阶段设置机器人初始状态；循环检测阶段不断检测地面线条，根据检测结果调整方向和速度；调整速度和方向阶段根据检测到的线条位置和信号强度，调整机器人的运动参数。

当堂检测：

为了检测学生对本节课内容的掌握程度，以下是一些检测题目：

1.简述巡线机器人工作原理，并说明红外传感器在其中的作用。

2.解释红外传感器检测线条的原理，以及如何根据信号强度调整机器人运动方向。

3.编写一段巡线程序，实现机器人沿地面线条行走，要求包含初始化、循环检测和调整速度与方向等步骤。

4.分析以下巡线程序中的错误，并提出修改建议：

```python

whileTrue:

ifsensor_value>threshold:

motor_speed=100

else:

motor_speed=0

```

5.请说明在调试巡线机器人时，可能遇到的问题及解决方法。重点题型整理1.题型一：编写巡线机器人初始化程序

-题目：编写一段初始化程序，设置巡线机器人的初始状态，包括速度、方向等。

-答案示例：

```python

#设置初始速度

motor_speed=50

#设置初始方向

motor_direction="forward"

#设置传感器阈值

sensor_threshold=500

#初始化传感器

sensor_value=read_sensor_value()

```

2.题型二：编写循线检测程序

-题目：编写一段循线检测程序，当传感器检测到线条时，调整机器人的运动方向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

else:

motor_speed=100

motor_direction="left"

#更新机器人状态

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

3.题型三：编写避障程序

-题目：在巡线程序中增加避障功能，当机器人检测到障碍物时，停止运动并转向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

else:

#检测到障碍物

motor_speed=0

motor_direction="left"

#延时一段时间后重新检测

delay(1000)

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value<=sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

#更新机器人状态

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

4.题型四：编写巡线机器人速度调整程序

-题目：编写一段程序，根据传感器检测到的线条强度调整机器人的速度。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

else:

motor_speed=50

#更新机器人状态

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

5.题型五：编写巡线机器人方向调整程序

-题目：编写一段程序，根据传感器检测到的线条位置调整机器人的方向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"