深圳市青少年宫spike机器人课程 第十课 平衡车-教学设计

深圳市青少年宫spike机器人课程第十课平衡车-教学设计主备人备课成员课程基本信息1.课程名称：深圳市青少年宫spike机器人课程第十课平衡车

2.教学年级和班级：八年级1班

3.授课时间：2023年3月15日星期三14:00-15:00

4.教学时数：1课时核心素养目标分析学情分析本节课针对八年级1班的学生，学生整体学习热情较高，对机器人课程充满好奇心和探索欲。在知识层面，学生们已具备一定的计算机操作基础和逻辑思维能力，能够理解和运用基本的编程概念。在能力方面，学生的动手操作能力较强，但个别学生在编程逻辑上存在一定的困难，需要教师引导和帮助。在素质方面，学生们具有较强的团队协作精神，但在时间管理和自我约束方面有待提高。

对于平衡车这一课程内容，学生们在之前的学习中已经接触过简单的机器人搭建和编程，对机械结构和基本编程指令有一定的了解。然而，平衡车涉及到的传感器读取、PID控制算法等概念对学生来说较为陌生，需要教师通过实际操作和案例讲解帮助学生理解和掌握。

学生在行为习惯上表现出良好的学习态度，但在课堂纪律上有时会出现分心的现象，这可能会影响课程的学习效果。因此，在教学过程中，教师需要通过互动和小组合作等方式激发学生的学习兴趣，同时加强课堂管理，确保每个学生都能专注于课程内容。学具准备Xxx课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源1.软硬件资源：Spike机器人套件，包括平衡车模块、传感器、编程控制器、连接线等。

2.课程平台：青少年宫机器人课程专用教学平台，用于在线资源访问和作业提交。

3.信息化资源：平衡车工作原理动画、编程案例视频、相关技术文档。

4.教学手段：实物展示、分组讨论、互动问答、编程实践操作。教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：通过展示平衡车在实际生活中的应用场景，如无人配送、家庭娱乐等，引发学生对平衡车的兴趣。

-回顾旧知：回顾上节课所学的机器人编程基础，包括传感器读取、基本编程指令等。

2.新课呈现（约20分钟）

-讲解新知：详细讲解本节课的主要知识点，包括平衡车的工作原理、传感器类型、PID控制算法等。

-举例说明：通过具体例子，如平衡车如何通过调整电机转速来保持平衡，帮助学生理解理论知识。

-互动探究：组织学生进行小组讨论，探讨如何运用所学知识解决平衡车编程中的实际问题。

3.实物操作（约15分钟）

-学生活动：让学生分组进行平衡车的搭建和编程实践，要求学生根据所学知识编写程序，实现平衡车的稳定运行。

-教师指导：教师在学生操作过程中巡回指导，解答学生在搭建和编程过程中遇到的问题。

4.固定练习（约20分钟）

-学生活动：学生根据教师提供的编程任务，独立完成平衡车的编程练习，加深对PID控制算法的理解。

-教师指导：教师对学生的编程作品进行点评，指出优点和不足，并提供改进建议。

5.创新实践（约15分钟）

-学生活动：鼓励学生发挥创意，设计自己的平衡车项目，如增加音乐播放、灯光效果等。

-教师指导：教师提供必要的资源和技术支持，帮助学生实现创意。

6.总结与反思（约5分钟）

-教师总结：对本节课所学内容进行总结，强调平衡车编程中的关键知识点。

-学生反思：引导学生回顾本节课的学习过程，反思自己在学习中的收获和不足。

7.课后作业（约5分钟）

-布置作业：要求学生完成以下任务：

1.撰写一篇关于平衡车编程的心得体会。

2.设计一个简单的平衡车项目，并编写相应的程序。

-作业要求：作业需在下次课程前提交，教师将对学生的作业进行批改和点评。学生学习效果学生学习效果主要体现在以下几个方面：

1.知识掌握：

-学生能够理解并描述平衡车的工作原理，包括传感器如何感知倾斜角度、PID控制算法如何调节电机转速等。

-学生能够识别和运用不同的传感器，如加速度计、陀螺仪等，在编程中实现数据的读取和分析。

-学生掌握了编程基础，能够使用编程语言编写控制平衡车运动的程序。

2.技能提升：

-学生在搭建平衡车模型时，提升了动手操作能力和精细动作技能。

-通过编程实践，学生的逻辑思维能力和问题解决能力得到增强。

-学生在团队合作中，学会了如何分工合作，共同完成任务。

3.思维发展：

-学生在探究平衡车运动规律时，培养了科学探究精神和创新思维。

-通过分析问题和设计解决方案，学生的批判性思维和创造性思维得到锻炼。

4.实践应用：

-学生能够将所学知识应用于实际项目中，如设计具有附加功能的平衡车。

-学生通过项目实践，了解了机器人技术在实际生活中的应用，增强了学习的实用性和针对性。

5.自我效能感：

-学生在完成平衡车编程项目后，感受到了成功的喜悦，增强了自我效能感。

-通过克服困难，学生学会了坚持和耐心，这些品质对未来的学习和生活都具有积极意义。

6.课堂表现：

-学生在课堂上积极参与讨论，提出问题，表现出对知识的渴望和探索精神。

-学生能够遵守课堂纪律，认真听讲，与同学互动，形成了良好的学习氛围。

7.情感态度：

-学生对机器人课程产生了浓厚的兴趣，表现出对科学技术的热爱和好奇心。

-学生在课程中学会了尊重他人，乐于分享，形成了积极向上的学习态度。板书设计①平衡车工作原理

-传感器类型：加速度计、陀螺仪

-信号读取与处理

-PID控制算法

②编程基础

-编程语言简介

-基本编程指令：变量、条件语句、循环语句

-编程结构：顺序结构、分支结构、循环结构

③平衡车编程实践

-编程步骤：初始化、数据读取、PID计算、电机控制

-调试与优化：代码调试、参数调整

④实践项目

-项目设计：功能需求、技术实现

-项目实施：搭建、编程、测试

⑤学习总结

-知识点回顾

-技能提升

-思维发展

-实践应用典型例题讲解1.例题：

编写一个程序，使用加速度计读取平衡车的倾斜角度，并通过PID控制算法调整电机转速，使平衡车保持水平状态。

答案：

```python

#初始化PID参数

Kp=1.0

Ki=0.1

Kd=0.05

setpoint=0#目标倾斜角度

error=0

integral=0

derivative=0

whileTrue:

#读取倾斜角度

angle=read_accelerometer_angle()

error=angle-setpoint

integral+=error

derivative=error-previous_error

#PID计算

output=Kp*error+Ki*integral+Kd*derivative

#控制电机转速

control_motor_speed(output)

#更新前一次误差

previous_error=error

```

2.例题：

设计一个程序，使平衡车在遇到障碍物时能够自动减速并停止。

答案：

```python

#初始化障碍物检测传感器

obstacle_sensor=initialize_obstacle_sensor()

whileTrue:

#检测障碍物

ifobstacle_sensor.is_obstacle_detected():

#减速并停止

decrease_speed_and_stop()

else:

#正常运行

run_at_full_speed()

```

3.例题：

编写一个程序，使平衡车在特定时间内完成一段预设的路径。

答案：

```python

#初始化路径规划算法

path_planning_algorithm=initialize_path_planning_algorithm()

#获取预设路径

path=path_planning_algorithm.get_path()

whilenotpath.is_empty():

#获取下一个路径点

next_point=path.get_next_point()

#移动到下一个路径点

move_to_point(next_point)

#更新路径

path.update()

```

4.例题：

设计一个程序，使平衡车在遇到紧急情况时能够立即启动紧急制动系统。

答案：

```python

#初始化紧急制动系统

emergency_brake_system=initialize_emergency_brake_system()

whileTrue:

#检测紧急情况

ifemergency_condition_detected():

#启动紧急制动系统

emergency_brake_system.activate()

else:

#正常运行

run_at_full_speed()

```

5.例题：

编写一个程序，使平衡车能够根据环境光线强度自动调整灯光亮度。

答案：

```python

#初始化环境光线传感器

light_sensor=initialize_light_sensor()

whileTrue:

#读取环境光线强度

light_intensity=light_sensor.get_light_intensity()

#根据光线强度调整灯光亮度

adjust_light_brightness(light_intensity)

```教学反思教学反思

今天上了关于平衡车的机器人课程，总体来说，我觉得这节课进行得还算顺利。但是，在回顾和总结这节课的时候，我也发现了一些可以改进的地方。

首先，我觉得在导入环节，我可以通过更加生动有趣的方式来激发学生的兴趣。虽然我用了平衡车在实际生活中的应用场景来吸引学生，但可能还需要更多的互动和参与，比如让学生自己来展示他们之前的学习成果，或者通过一个小游戏来引入今天的主题。

接着，我在新课呈现部分，对PID控制算法的讲解可能有些过于理论化。我发现有些学生对于PID参数的调整和算法的具体实现还是有些困惑。或许我可以在讲解的过程中加入更多的实际案例，让学生看到PID控制算法在实际操作中的效果，这样可能更容易让他们理解。

在实践操作环节，我发现学生们在搭建平衡车和编写程序时遇到了一些困难。这让我意识到，我在之前的课程中可能没有足够地强调基础知识的重要性。今后，我会在课程中更加注重基础知识的巩固，确保学生们有足够的背景知识来应对实践操作。

另外，我也注意到在小组讨论和合作学习的过程中，有些学生显得比较被动。这可能是因为他们对机器人编程还不够熟悉，缺乏自信。为了解决这个问题，我打算在接下来的课程中提供更多的个别辅导，帮助学生克服困难，增强他们的自信心。

在评价学生作业的时候，我发现有些学生的程序存在逻辑错误，这说明我在讲解编程技巧时可能没有做到位。我需要更加细致地讲解编程细节，并且提供更多的编程练习，让学生有更多的机会练习和巩固。

最后，我觉得在课堂管理上，我还可以做得更好。有时候，课堂上的纪律问题会分散学生的注意力，影响学习效果。我需要更加灵活地运用课堂管理技巧，比如通过设置明确的规则和奖励机制来维持课堂秩序。课堂小结，当堂检测课堂小结：

今天我们学习了平衡车的机器人课程，主要涵盖了以下几个方面的内容：

1.平衡车的工作原理，包括传感器类型、信号读取与处理、PID控制算法等。

2.编程基础，包括编程语言简介、基本编程指令、编程结构等。

3.平衡车编程实践，包括编程步骤、调试与优化、项目设计等。

-理解平衡车的工作原理，能够描述传感器的工作方式和PID控制算法的应用。

-掌握基本的编程技能，能够编写简单的控制程序。

-能够根据实际需求设计简单的平衡车项目。