王相瑞

本課節(jié)選自廣東高等教育出版社《信息技術(shù)》七年級下冊B版第二章“智能機器人程序設(shè)計初步”第七節(jié)“制作循跡機器人”。主要知識點是利用軌跡識別傳感器、多重判斷的選擇結(jié)構(gòu)實現(xiàn)“機器人自動按軌跡線行走”的程序。這節(jié)課旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)、探索機器人技術(shù)的興趣，在積極探索問題的過程中，養(yǎng)成善于思考分析、歸納總結(jié)、動手創(chuàng)新的習(xí)慣和能力。

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會了畫流程圖、認(rèn)識循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)、仿真界面調(diào)試等知識，具備了基本的編寫程序的能力。但是根據(jù)不同的情境靈活運用所學(xué)知識進行編程和調(diào)試的技巧還不熟練。通過本課的程序流程分析，鞏固算法設(shè)計、循環(huán)結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、多重判斷、仿真調(diào)試等知識并進行綜合運用。通過一個新的傳感器——軌跡識別傳感器的學(xué)習(xí)，進一步理解傳感器在機器人技術(shù)中的作用和應(yīng)用。

教學(xué)目標(biāo)

知識與技能：初步了解軌跡識別傳感器的構(gòu)成和工作原理，能夠編寫出“自動按軌跡行走的循跡機器人”程序并在仿真界面調(diào)試成功。

過程與方法：通過自主學(xué)習(xí)，小組合作探究，了解軌跡識別傳感器的構(gòu)成和工作原理;通過圖片、順口溜策略，理解軌跡變量4個返回值的含義并能正確應(yīng)用到程序編寫中;通過任務(wù)驅(qū)動、問題引導(dǎo)、小組討論、思維導(dǎo)圖策略，理清循跡機器人程序設(shè)計的思路，學(xué)會綜合使用循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)編寫程序，體驗和感悟探究的一般過程。

情感、態(tài)度與價值觀：學(xué)會把大任務(wù)分解成多個子任務(wù)解決問題，培養(yǎng)編程思維;在探索過程中，善于思考和分析，并能歸納總結(jié)，體驗成功與失敗;在與他人交流中，感受創(chuàng)新的樂趣。

教學(xué)重點、難點

重點：理解軌跡識別傳感器4個返回值分別代表的含義;實現(xiàn)循跡機器人的程序設(shè)計。

難點：使用多重條件判斷讓機器人檢測軌跡識別傳感器的狀態(tài)，明確左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和直行。

教學(xué)過程

1. ?激趣導(dǎo)入

播放視頻（學(xué)校正在進行長跑比賽，操場上你追我趕，加油聲此起彼伏，好熱鬧呀！突然出現(xiàn)了一個奇怪的運動員——機器人，它也來參加長跑了。）教師請學(xué)生觀察這個機器人有什么特點。（板書：探秘循跡機器人）

生：機器人沿著軌跡線走。

教師提示學(xué)生注意軌跡線的顏色與周圍顏色的差別。

設(shè)計意圖：通過運動會情境創(chuàng)設(shè)，喚醒學(xué)生情緒體驗，激活學(xué)生思維，把學(xué)生帶入到問題思考中來，引出所要學(xué)習(xí)的主要知識點。

2. ?任務(wù)分析

師：想一想，機器人如何能識別軌跡，從而沿著軌跡線行走呢？（板書：軌跡識別傳感器）

師：機器人如何能做到沿著軌跡線行走而不會偏離軌跡線呢？要想弄明白這個問題，我們還得從了解軌跡識別傳感器開始。

設(shè)計意圖：通過兩個關(guān)鍵問題，把機器人循跡任務(wù)分解為兩個子任務(wù)，引出新知的學(xué)習(xí)，為學(xué)生探究機器人循跡技術(shù)提供方向指引。

3. ?自主學(xué)習(xí)，認(rèn)識軌跡識別傳感器

教師出示自學(xué)任務(wù)：可以利用微課“認(rèn)識軌跡識別傳感器”、學(xué)案或課本P64-P66自主學(xué)習(xí)軌跡識別傳感器。

自學(xué)任務(wù)及要求：（1）軌跡識別傳感器有哪些構(gòu)成？（2）請說出軌跡識別傳感器的功能，并在RC軟件界面對模塊進行正確設(shè)置。（3）軌跡變量4個返回值分別代表與軌跡線有怎樣的位置關(guān)系？你是用何種方法記住它們的？（提示圖片策略和順口溜策略）

教師提問自學(xué)情況。

師：盲道與我們走的道路有什么不同？盲人走盲道時，手中的棍子起到探測障礙物的作用，那么盲人的雙腳起到什么作用？它與軌跡識別傳感器的功能有什么相似之處？

盲人走盲道與軌跡識別傳感器工作原理類比

圖片策略：

師：下列表達(dá)式寫法正確的是？

A.軌跡變量1==0 ? B.軌跡變量=1

C.軌跡變量==1 ? ? ?D.1軌跡變量==1

設(shè)計意圖：考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)習(xí)慣、認(rèn)知風(fēng)格的差異，提供不同類型的學(xué)習(xí)支架服務(wù)于學(xué)生的學(xué)。與學(xué)案、教材相比，微課通過視頻動畫更生動、形象、立體、逼真地展現(xiàn)了軌跡識別傳感器的工作原理，體現(xiàn)了其作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)資源的優(yōu)勢。通過實際生活中盲人走盲道的實例類比軌跡識別傳感器的工作原理，加強理解。建議學(xué)生用順口溜和圖片策略學(xué)習(xí)知識，滲透學(xué)習(xí)方法。通過一道選擇題，提醒學(xué)生表達(dá)式的正確寫法，與已經(jīng)學(xué)過的紅外避障變量表達(dá)式對比理解記憶，厘清易混淆知識點，突破難點。

4. ?頭腦風(fēng)暴

怎樣編寫程序?qū)崿F(xiàn)機器人沿著軌跡“走”呢？教師請各小組頭腦風(fēng)暴，討論編程思路，鼓勵學(xué)生利用思維導(dǎo)圖策略，最后由小組代表匯報結(jié)果。

教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識各組方案共同點：偏左，則右拐;偏右，則左拐;不偏的話就直行。

思維導(dǎo)圖策略示例

師：用什么模塊、怎樣實現(xiàn)機器人左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直行功能？（引出高速電機與轉(zhuǎn)彎模塊的區(qū)別）

教師雙手模擬車輪游戲，啟發(fā)學(xué)生如何設(shè)置高速電機模塊。

（1）下列哪種設(shè)置可以讓機器人執(zhí)行右轉(zhuǎn)動作？

A.左速2，右速8 ? ?B.左速0，右速10

C.左速10，右速0 ? D.左速10，右速10

討論總結(jié)出軌跡變量返回值與機器人執(zhí)行動作的關(guān)系。（板書）

（2）當(dāng)軌跡變量==2時，機器人在什么位置，將如何行動？

A.機器人在軌跡線上，需直行;B.機器人在軌跡線右側(cè)，需左轉(zhuǎn);C.機器人在軌跡線的左側(cè)，需右轉(zhuǎn);D.沒有檢測到軌跡線，需轉(zhuǎn)圈去找。

師生整理總結(jié)編程思路。

設(shè)計意圖：通過頭腦風(fēng)暴，打開學(xué)生思維的大門，碰撞智慧火花，滲透“先思后行”解決問題的思想。運用思維導(dǎo)圖策略滲透學(xué)習(xí)方法。通過雙手模擬車輪游戲，幫助學(xué)生理解如何設(shè)置高速電機以實現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和直行功能，突破難點。通過一道選擇題深化鞏固理解高速電機設(shè)置。最后總結(jié)完善思維過程，理清思路，為實施編程做充分鋪墊。

5. ?程序設(shè)計

探究任務(wù)：根據(jù)任務(wù)分析方案或思路，完成機器人走軌跡程序設(shè)計。

鼓勵學(xué)生先獨立設(shè)計程序。最先完成程序的學(xué)生，當(dāng)“小老師”幫助本組有困難的同學(xué)。有困難的同學(xué)也可以自行觀看微課來學(xué)習(xí)。教師巡回指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計程序，發(fā)現(xiàn)問題，適時個別評價，并就發(fā)現(xiàn)的共性問題進一步講解。鼓勵學(xué)生自愿上臺演示，適時評價。

設(shè)計意圖：小組內(nèi)互幫互助，組長起到協(xié)調(diào)示范作用，培養(yǎng)團隊協(xié)作意識。“小老師”“微課”策略體現(xiàn)了教學(xué)差異分層。微課滿足了個體差異化學(xué)習(xí)需求。

6. ?深化拓展

拓展任務(wù)：機器人在循跡時，如果前方軌跡出現(xiàn)了障礙物，機器人如何能避開障礙物再次回到軌跡呢？

請同學(xué)們嘗試修改程序，進入仿真環(huán)境調(diào)試。

設(shè)計意圖：任務(wù)難度遞增，為能力強的學(xué)生提供深化探究的空間;體現(xiàn)了差異分層、關(guān)注每位學(xué)生發(fā)展的理念。

7. ?評價展示

小組代表展示程序及仿真效果，師生評價、組間評價、代表點評貫穿始終。根據(jù)小組得分，師生評選出優(yōu)勝小組;根據(jù)個人評價標(biāo)準(zhǔn)進行自我評價。

設(shè)計意圖：評價主體的多元化有助于團隊意識的培養(yǎng)，有助于學(xué)生自我反思和發(fā)展。

8. ?課堂小結(jié)

師：循跡技術(shù)能幫助我們解決很多讓機器自動按照指定路線行走的問題，在生產(chǎn)和運輸中有著廣泛的應(yīng)用。在揭秘了機器人的循跡技術(shù)后，大家是不是還有很多想法呢？歡迎大家登錄班級微博群、微信群或者QQ群，在網(wǎng)上發(fā)布你的觀點和想法，和其他同學(xué)進一步分享、探討和交流！

教學(xué)反思

機器人程序設(shè)計教學(xué)應(yīng)該教給學(xué)生什么？絕不僅僅是把程序圖完成，在仿真界面運行成功就行了。更為重要的是對學(xué)生思維的訓(xùn)練，特別是教給學(xué)生在面對陌生領(lǐng)域問題時分析問題、解決問題的能力。具體如何在課堂教學(xué)中實施呢？本節(jié)課不是由教師講出編程思路，學(xué)生按照教師的思路或者課本思路將程序補充完整，在仿真環(huán)境運行成功即可;而是從任務(wù)分析展開，引導(dǎo)學(xué)生利用學(xué)習(xí)資源自主學(xué)習(xí)新知，利用思維導(dǎo)圖進行小組頭腦風(fēng)暴，將大任務(wù)分解為子任務(wù)，在此基礎(chǔ)上剝洋蔥式地分解、分析、解決問題，到最后形成編程思路。之后才是具體的編程實施，注重學(xué)生思維訓(xùn)練，注重問題解決能力目標(biāo)的達(dá)成。

新課標(biāo)強調(diào)學(xué)習(xí)的過程與方法，本節(jié)課很好地向?qū)W生滲透了學(xué)習(xí)策略意識，如在講解軌跡變量4個返回值與軌跡線位置關(guān)系時所探討的圖片策略和順口溜策略等。

如何檢驗學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況？除了提問學(xué)生，還可以通過題目設(shè)計來厘清易混易錯知識點，鞏固理解，加深記憶，突破重難點。實踐證明：與檢測題目通常放在新課結(jié)尾相比，本節(jié)課新知學(xué)習(xí)過程中幾道題目的設(shè)計和運用恰到好處地對易錯易混知識點起到了警示、強化作用。在本節(jié)課中，微課一方面作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的資源，通過視頻動畫更生動、形象、立體、逼真地展現(xiàn)了新知軌跡識別傳感器的工作原理，與學(xué)案、課本這些學(xué)習(xí)資源相比，學(xué)生學(xué)習(xí)效率更高，效果更好，其優(yōu)勢明顯;另一方面作為分層教學(xué)資源，微課可以高效再現(xiàn)知識重難點以及操作細(xì)節(jié)，對學(xué)生個性化學(xué)習(xí)起到了很好的支持作用。學(xué)生個性化差異是客觀存在的，特別是在一個班級幾十名學(xué)生一位教師的狀況下，教師無暇顧及每位有困難的學(xué)生時，微課可以幫助學(xué)生越過障礙，繼續(xù)前行。當(dāng)然，關(guān)于微課其他方面的運用還是有待進一步實踐挖掘的。

（作者單位：廣東深圳市龍崗區(qū)平湖街道外國語學(xué)校）