深圳市青少年宫spike机器人课程 第十三课 椭圆漫步机-教学设计

深圳市青少年宫spike机器人课程第十三课椭圆漫步机-教学设计授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间课程基本信息1.课程名称：深圳市青少年宫spike机器人课程第十三课椭圆漫步机-教学设计

2.教学年级和班级：六年级2班

3.授课时间：星期三下午第二节课

4.教学时数：1课时

🌟在这堂课里，我们要一起探索机器人运动的奥秘，将书本上的知识变为现实中机器人运动的生动场景。让我们一起动手，让spike机器人跳起一段“椭圆漫步舞”！🤖🕺💃🌈核心素养目标分析1.创新思维：激发学生对机器人编程的创造力，学会运用编程知识解决实际问题。

2.实践能力：通过动手操作，提高学生的实践操作技能，锻炼学生的动手能力和团队协作能力。

3.问题解决：在课程中，学生将学会分析问题、设计解决方案，并逐步实现目标，培养解决问题的能力。

4.信息技术素养：了解机器人编程的基本原理，提高学生对信息技术的理解和应用能力。重点难点及解决办法重点：

1.椭圆漫步机的编程逻辑：理解并掌握椭圆运动的编程方法，使学生能够将理论知识应用到实际编程中。

2.传感器数据的读取与应用：学习如何使用传感器读取数据，并将其应用于机器人运动控制。

难点：

1.编程的复杂度：对于初学者来说，编程逻辑可能较为复杂，需要学生具备一定的逻辑思维能力。

2.传感器应用技巧：正确使用传感器，使其在机器人运动中发挥预期效果，需要学生掌握一定的实践技巧。

解决办法：

1.通过分步骤讲解和示范，将编程逻辑分解为简单易懂的小步骤，帮助学生逐步掌握。

2.通过实际操作练习，让学生在操作过程中熟悉传感器使用方法，提高应用技巧。同时，鼓励学生之间互相讨论，共同解决问题。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过生动形象的讲解，帮助学生理解椭圆漫步机的编程原理。

2.实验法：引导学生动手实践，通过实际操作加深对编程逻辑的理解。

3.讨论法：鼓励学生分组讨论，共同解决编程过程中遇到的问题，培养团队协作能力。

教学手段：

1.多媒体演示：利用PPT展示椭圆漫步机的运动轨迹，直观展示编程效果。

2.机器人编程软件：使用spike机器人编程软件，让学生在虚拟环境中进行编程练习。

3.传感器操作演示：通过视频或现场演示，让学生直观了解传感器的工作原理和应用方法。教学过程设计**导入环节（5分钟）**

-**情境创设**：播放一段机器人舞蹈视频，引导学生观察机器人的运动轨迹。

-**提出问题**：“同学们，你们知道机器人是如何实现这样优美的运动吗？”

-**激发兴趣**：“今天，我们就来学习如何用编程让我们的spike机器人跳起一段椭圆漫步舞。”

**讲授新课（15分钟）**

1.**椭圆运动原理**：

-讲解椭圆运动的基本原理，介绍椭圆方程。

-用时：5分钟

2.**spike机器人编程**：

-介绍spike机器人的编程环境，展示编程界面。

-讲解如何编写程序使机器人实现椭圆运动。

-用时：5分钟

3.**传感器应用**：

-介绍传感器的作用，讲解如何读取传感器数据。

-展示传感器在椭圆漫步机中的应用。

-用时：5分钟

**巩固练习（20分钟）**

1.**分组练习**：

-将学生分成小组，每组一台spike机器人。

-每组根据所学知识，尝试编写程序使机器人完成椭圆运动。

-用时：10分钟

2.**讨论与反馈**：

-小组内讨论编程过程中遇到的问题，互相帮助解决问题。

-教师巡回指导，提供必要的帮助和反馈。

-用时：10分钟

**课堂提问（5分钟）**

-**提问环节**：

-教师针对椭圆运动原理和编程方法提出问题，检查学生对知识的掌握情况。

-学生回答问题，教师给予点评和指导。

-用时：5分钟

**师生互动环节（5分钟）**

-**互动讨论**：

-教师提出一个与椭圆运动相关的实际问题，让学生分组讨论解决方案。

-学生展示讨论结果，教师点评并总结。

-用时：5分钟

**总结与拓展（5分钟）**

-**总结**：

-教师总结本节课的重点内容，强调椭圆运动原理和编程方法的重要性。

-用时：2分钟

-**拓展**：

-提出一些与椭圆运动相关的拓展问题，鼓励学生课后进一步探索。

-用时：3分钟

**总计用时：45分钟**教学资源拓展1.拓展资源：

-**机器人运动控制原理**：介绍机器人运动控制的基本原理，包括伺服电机、步进电机的工作原理，以及PID控制算法在机器人运动控制中的应用。

-**传感器技术**：探讨不同类型传感器的工作原理和应用场景，如红外传感器、超声波传感器、光电传感器等。

-**编程语言基础**：介绍常用的机器人编程语言，如Python、C++等，以及它们在机器人编程中的应用。

-**机器人历史与发展**：简要介绍机器人技术的发展历程，以及不同时期机器人技术的特点。

2.拓展建议：

-**学生实践项目**：鼓励学生设计并实现一个简单的机器人运动项目，如自动跟随、避障等，以加深对机器人运动控制的理解。

-**传感器应用研究**：让学生选择一种传感器，研究其在机器人运动控制中的应用，如使用红外传感器实现机器人自动寻迹。

-**编程语言学习**：推荐学生利用在线资源或编程书籍学习Python或C++等编程语言，为后续的机器人编程打下基础。

-**机器人竞赛参与**：鼓励学生参加机器人竞赛，如机器人足球赛、机器人舞蹈赛等，通过竞赛提升实践能力和团队协作能力。

-**阅读相关书籍**：推荐阅读《机器人技术基础》、《机器人编程入门》等书籍，以获得更深入的知识和技能。

-**网络课程学习**：推荐学生观看一些在线课程，如Coursera、edX等平台上的机器人编程课程，拓宽知识面。

-**实验室参观**：组织学生参观机器人实验室，了解最新的机器人技术和研究成果。

-**专家讲座**：邀请机器人领域的专家进行讲座，让学生直接了解行业动态和发展趋势。典型例题讲解1.**例题**：编写一个程序，使spike机器人沿着椭圆轨迹运动，椭圆的长半轴为10cm，短半轴为5cm。

**解答**：

-首先，我们需要确定椭圆的长半轴和短半轴长度，这里分别为10cm和5cm。

-使用椭圆方程\(x^2/a^2+y^2/b^2=1\)，其中\(a\)是长半轴，\(b\)是短半轴。

-将\(a\)和\(b\)的值代入方程，得到\(x^2/10^2+y^2/5^2=1\)。

-编写程序时，我们需要根据机器人的移动步长和传感器数据来调整运动轨迹。

-以下是一个简化的程序示例：

```python

importtime

a=10#长半轴长度

b=5#短半轴长度

step_length=1#机器人每步移动的长度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#将角度转换为弧度

x=a*(1-(b**2/(a**2+b**2))*(1-cos(angle)))

y=b*(1-(a**2/(a**2+b**2))*(1-cos(angle)))

move_to(x,y)#假设move_to函数控制机器人移动到指定位置

time.sleep(0.1)#控制运动速度

```

2.**例题**：编写一个程序，使spike机器人从原点开始，沿着一个半径为15cm的圆周运动。

**解答**：

-圆周运动的方程为\(x=r\cdot\cos(\theta)\)，\(y=r\cdot\sin(\theta)\)，其中\(r\)是圆的半径，\(\theta\)是角度。

-以下是一个简单的程序示例：

```python

importtime

r=15#圆的半径

step_length=1#机器人每步移动的长度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#将角度转换为弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

move_to(x,y)#假设move_to函数控制机器人移动到指定位置

time.sleep(0.1)#控制运动速度

```

3.**例题**：编写一个程序，使spike机器人从原点开始，沿着一个半径为20cm的圆周运动，并逐渐减小速度。

**解答**：

-在圆周运动的基础上，增加一个逐渐减小的速度控制，以下是一个示例：

```python

importtime

r=20#圆的半径

step_length=1#机器人每步移动的长度

max_speed=10#最大速度

speed_reduction=0.1#每次循环速度减少的量

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#将角度转换为弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

speed=max_speed-(i*speed_reduction)#逐渐减小速度

move_to(x,y,speed)#假设move_to函数控制机器人移动到指定位置，并接受速度参数

time.sleep(0.1)#控制运动速度

```

4.**例题**：编写一个程序，使spike机器人从原点开始，沿着一个半径为30cm的圆周运动，并在运动到一半时改变方向，继续沿相反方向运动。

**解答**：

-在圆周运动的基础上，增加一个方向改变的条件，以下是一个示例：

```python

importtime

r=30#圆的半径

step_length=1#机器人每步移动的长度

half_angle=180#改变方向的角度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#将角度转换为弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

ifi>=half_angle:

angle=360-angle#改变方向

move_to(x,y)#假设move_to函数控制机器人移动到指定位置

time.sleep(0.1)#控制运动速度

```

5.**例题**：编写一个程序，使spike机器人从原点开始，沿着一个半径为25cm的圆周运动，并在运动到特定角度时停止。

**解答**：

-在圆周运动的基础上，增加一个停止条件，以下是一个示例：

```python

importtime

r=25#圆的半径

step_length=1#机器人每步移动的长度

stop_angle=90#停止运动的角度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#将角度转换为弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

ifi>=stop_angle:

break#达到停止角度时停止运动

move_to(x,y)#假设move_to函数控制机器人移动到指定位置

time.sleep(0.1)#控制运动速度

```教学评价与反馈1.课堂表现：

-**学生参与度**：观察学生在课堂上的参与程度，包括提问、回答问题和参与讨论的积极性。

-**注意力集中**：评估学生在课堂上的注意力集中程度，是否能跟随教师的教学节奏。

-**动手实践**：记录学生在动手实践环节的参与情况和操作熟练度。

2.小组讨论成果展示：

-**合作精神**：评价学生在小组讨论中的合作精神和团队协作能力。

-**创新思维**：观察学生在讨论中提出的创新性观点和解决方案。

-**问题解决**：评估学生是否能有效运用所学知识解决问题，并提出合理的改进建议。

3.随堂测试：

-**基础知识掌握**：通过随堂测试评估学生对椭圆运动原理和编程基础知识的掌握程度。

-**应用能力**：测试学生将理论知识应用到实际问题解决中的能力。

-**错误分析**：分析学生在测试中的错误，了解其对知识的理解和应用上的薄弱环节。

4.个体评价：

-**进步情况**：记录每个学生在课堂上的进步情况，包括知识掌握、技能提升和态度转变。

-**个性化反馈**：根据每个学生的特点，给予个性化的反馈，鼓励学生的长处，指出需要改进的地方。

5.教师评价与反馈：

-**教学目标达成**：针对教学目标达成情况，评价教学效果，包括学生对新知识的理解和掌握程度。

-**教学方法适用性**：根据学生的学习反馈