主講人：聞迪

聞迪

北京市西城區(qū)康樂(lè)里小學(xué)信息科技教師，北京市骨干教師，現(xiàn)任西城（南）區(qū)小學(xué)信息科技兼職教研員，曾獲得全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課活動(dòng)一等獎(jiǎng)，論文、案例等在全國(guó)、市、區(qū)各類比賽中獲獎(jiǎng)或公開(kāi)發(fā)表。

設(shè)計(jì)依據(jù)

“以興趣為起點(diǎn)，以活動(dòng)為主線”是小學(xué)信息科技教材內(nèi)容設(shè)置的重要特點(diǎn)之一。興趣對(duì)學(xué)習(xí)者有著神奇的內(nèi)驅(qū)作用，能變無(wú)效為有效，化低效為高效。國(guó)務(wù)院于2017年下發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，要在中小學(xué)普及人工智能編程教育。機(jī)器人教育作為人工智能技術(shù)領(lǐng)域中的重要一環(huán)，逐漸得到小學(xué)教師和家長(zhǎng)們的重視，小學(xué)生對(duì)機(jī)器人的學(xué)習(xí)也有著濃厚的興趣。小學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的定位是了解、認(rèn)識(shí)和簡(jiǎn)單編程，本節(jié)課從學(xué)生學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，對(duì)身邊的機(jī)器人應(yīng)用進(jìn)行認(rèn)知和模擬。

課例特點(diǎn)

本課的教學(xué)背景來(lái)自學(xué)生的日常生活，讓學(xué)生觀察生活中的具體應(yīng)用激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而愿意體驗(yàn)機(jī)器人編程學(xué)習(xí)以及了解機(jī)器人傳感器的工作原理。教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)需求，利用已經(jīng)掌握的相關(guān)圖形化編程的知識(shí)，運(yùn)用樂(lè)高EV3機(jī)器人編程平臺(tái)中提供的編程技術(shù)，自主探索、自主編程模擬機(jī)器人超聲波傳感器的工作過(guò)程，掌握?qǐng)D形化編程中機(jī)器人超聲波傳感器的編程方法，根據(jù)新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，進(jìn)一步了解傳感器的工作原理，理解機(jī)器人工作的具體過(guò)程。學(xué)生們?cè)诰幊痰倪^(guò)程中感受到科技進(jìn)步給生活帶來(lái)的變化和便利，體驗(yàn)到學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的成就感，進(jìn)一步激發(fā)了探究科學(xué)技術(shù)的興趣。

教學(xué)目標(biāo)

1.了解EV3機(jī)器人超聲波傳感器的工作原理和工作過(guò)程；2.掌握?qǐng)D形化編程中雙分支結(jié)構(gòu)的嵌套編程方法，理解相關(guān)算法，培養(yǎng)計(jì)算思維；3.感知機(jī)器人技術(shù)給生活帶來(lái)的變化，激發(fā)學(xué)習(xí)編程和機(jī)器人相關(guān)知識(shí)的興趣，體驗(yàn)學(xué)習(xí)編程的成就感。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：掌握?qǐng)D形化編程中雙分支結(jié)構(gòu)的嵌套編程方法，理解相關(guān)算法，培養(yǎng)計(jì)算思維。

教學(xué)難點(diǎn)：了解EV3機(jī)器人超聲波傳感器的工作原理和工作過(guò)程。

教學(xué)過(guò)程

一、激趣導(dǎo)入，明確任務(wù)

教師通過(guò)展示提前準(zhǔn)備好的視頻，引導(dǎo)學(xué)生了解傳感器技術(shù)在日常生活中的具體應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)教師提出以下問(wèn)題：1.視頻中，跟隨主人行走的機(jī)器人運(yùn)用了什么技術(shù)？2.機(jī)器人是通過(guò)什么方式實(shí)現(xiàn)這樣的技術(shù)？

學(xué)生通過(guò)新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，進(jìn)一步了解超聲波傳感器在機(jī)器人編程中的應(yīng)用。教師揭示本節(jié)課的研究主題：通過(guò)編程來(lái)學(xué)習(xí)“智能超聲波跟蹤機(jī)器人”，了解超聲波傳感器的工作原理和工作過(guò)程。

二、合作探究，思維訓(xùn)練

1.了解超聲波傳感器的工作原理

教師幫助學(xué)生回顧學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)，梳理日常生活中的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)例讓學(xué)生了解超聲波傳感器的工作原理，并提出“什么是超聲波測(cè)距定位”這一問(wèn)題讓學(xué)生思考。學(xué)生根據(jù)圖示和自己的理解，解釋超聲波測(cè)距定位的工作過(guò)程。

超聲波傳感器工作原理：由機(jī)器人主體發(fā)出超聲波作為信號(hào)源，探測(cè)到目標(biāo)后，接收并返回信號(hào)，計(jì)算與目標(biāo)的距離，定位目標(biāo)位置，控制馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到跟蹤目的。（如圖1）

2.分組合作展示硬件搭建

教師進(jìn)行機(jī)器人搭建的示范后，學(xué)生代表展示自己組的成果。（如圖2）

3.描述工作過(guò)程，培養(yǎng)計(jì)算思維

進(jìn)行編程前的準(zhǔn)備工作。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)機(jī)器人的行動(dòng)，描述它的工作過(guò)程。學(xué)生描述機(jī)器人兩個(gè)超聲波傳感器檢測(cè)后的四種情況：第一種，左右超聲波傳感器均檢測(cè)到前方有物體，機(jī)器人直行；第二種，左側(cè)傳感器檢測(cè)到前方有物體，而右側(cè)沒(méi)有檢測(cè)到，機(jī)器人左轉(zhuǎn)；第三種，右側(cè)傳感器檢測(cè)到前方有物體，而左側(cè)沒(méi)有檢測(cè)到，機(jī)器人右轉(zhuǎn)；第四種，兩個(gè)傳感器都沒(méi)有檢測(cè)到前方有物體，機(jī)器人停止。教師展示流程圖如圖3所示。

三、深入研究，編程驗(yàn)證

學(xué)生觀察機(jī)器人超聲波傳感器的工作過(guò)程，發(fā)現(xiàn)此程序?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)中的選擇結(jié)構(gòu)，但卻是一個(gè)不同于以往學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)。以前學(xué)習(xí)的選擇結(jié)構(gòu)，分支之后就各自執(zhí)行自己的指令，一般只有兩種選擇。在圖3的流程圖中，我們發(fā)現(xiàn)程序分支后，又進(jìn)行了分支，產(chǎn)生了四種不同的情況。

教師適時(shí)進(jìn)行教學(xué)，告訴學(xué)生們?cè)谏钪谢蛘咴诰幊讨?，不是所有的事情都只有兩種選擇，多種選擇的情況是常見(jiàn)的，這里要用到選擇結(jié)構(gòu)的嵌套。本節(jié)課學(xué)習(xí)的是選擇結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)的嵌套。教師進(jìn)行程序展示和講解，學(xué)生進(jìn)行模仿編程設(shè)計(jì)。

1.在“流程控制”選項(xiàng)卡中拖拽“切換”指令到流程線上。

2.將兩個(gè)“切換”指令分別放入“是”執(zhí)行槽和“否”執(zhí)行槽，搭建好選擇結(jié)構(gòu)嵌套的基本框架。（如圖4）

3.設(shè)置指令。首先設(shè)置最外層的“切換”指令，設(shè)置傳感器類型為“超聲波傳感器”，比較類型設(shè)置為“<”，距離為50厘米，端口為左邊傳感器接線的端口“4”。（如圖5、圖6）注意：端口的選擇一定是左邊超聲波傳感器的接線端口，將接線插在4號(hào)端口，因此端口選擇“4”。

4.用同樣的方法設(shè)置選擇結(jié)構(gòu)嵌套中的兩個(gè)“切換”命令。注意：這兩個(gè)“切換”命令都是針對(duì)右側(cè)超聲波傳感器的，接線在1號(hào)端口，因此將端口設(shè)置為“1”。

5.分別在四種不同的情況中設(shè)置電機(jī)不同的反應(yīng)。第一種：左右超聲波傳感器均可以探測(cè)到前方物體，從“動(dòng)作”模塊中拖拽“移動(dòng)轉(zhuǎn)向”指令到執(zhí)行槽中，設(shè)置“移動(dòng)轉(zhuǎn)向”為開(kāi)啟狀態(tài)。左側(cè)電機(jī)插在“B”端口，右側(cè)電機(jī)插在“C”端口，因此端口選擇為“B+C”。（如圖7）第二種：左側(cè)傳感器探測(cè)到物體，而右側(cè)沒(méi)有探測(cè)到，右側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，左側(cè)不動(dòng)，使機(jī)器人向左側(cè)轉(zhuǎn)向。將“動(dòng)作”模塊中的“移動(dòng)槽”指令拖拽到相應(yīng)的執(zhí)行槽中，并設(shè)置成開(kāi)啟狀態(tài)，左功率為0，右功率為50。（如圖8）第三種：右側(cè)傳感器探測(cè)到物體，左側(cè)傳感器沒(méi)有探測(cè)到，機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎。設(shè)置的方法和第二種相同，左功率為50，右功率為0。（如圖9）第四種：左右兩個(gè)傳感器都沒(méi)有檢測(cè)到物體，則機(jī)器人不行走。將開(kāi)啟狀態(tài)設(shè)置為“停止”。

6.由于機(jī)器人要持續(xù)行走、判斷，需要在最外圍加上無(wú)限制的循環(huán)。

四、總結(jié)提升，助力發(fā)展

學(xué)生上傳程序并進(jìn)行機(jī)器人測(cè)試，教師進(jìn)行總結(jié)提升，引導(dǎo)學(xué)生思考在這個(gè)程序上增加功能性的模塊，讓智能超聲波跟蹤機(jī)器人功能更強(qiáng)大。為下節(jié)課的學(xué)習(xí)做好鋪墊工作。

實(shí)踐反思

筆者通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，有如下幾點(diǎn)反思：1.以貼近生活的任務(wù)情境來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓知識(shí)學(xué)以致用。2.以多層次的學(xué)習(xí)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。3.通過(guò)EV3機(jī)器人圖形化程序設(shè)計(jì)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)以及圖形化編程方法，培養(yǎng)計(jì)算思維，體驗(yàn)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)和機(jī)器人編程的成就感。