信息技术九年级下机器人教案 清华版.docx

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信息技术九年级下机器人教案清华版

第1课人类伙伴

（一）本课教学目标

1．了解机器人一词的由来。

2．了解能力风暴机器人的分类。

3．通过机器人“走直线”的任务逐步学会机器人仿真系统的使用。

（二）教学设计与教学建议

1．课堂教学分析

机器人作为信息技术学习的新载体，会给学生带来神秘和好奇的感觉，建议教师先选择有利于学生了解机器人发展的视频资料短片，让学生观看，有条件的话用真实机器人为学生简单介绍能力风暴机器人的功能与结构，以此激发学生进一步学习的愿望和学习兴趣。

在结合能力风暴真实机器人结构时，要体现信息的处理过程，建议对照表1.1结合机器人讲解。

（一）本课教学目标

1．了解机器人一词的由来。

2．了解能力风暴机器人的分类。

3．通过机器人“走直线”的任务逐步学会机器人仿真系统的使用。

（二）教学设计与教学建议

1．课堂教学分析

机器人作为信息技术学习的新载体，会给学生带来神秘和好奇的感觉，建议教师先选择有利于学生了解机器人发展的视频资料短片，让学生观看，有条件的话用真实机器人为学生简单介绍能力风暴机器人的功能与结构，以此激发学生进一步学习的愿望和学习兴趣。

在结合能力风暴真实机器人结构时，要体现信息的处理过程，建议对照表1.1结合机器人讲解。

我们知道机器人是信息技术的结晶，而机器人处理信息的装置就是完成信息处理的，信息处理与机器人的装置有以下关系：

信息处理过程中的各环节是通过信息技术实现的，信息技术中的4项技术（感测技术、控制技术、智能技术、通讯技术）在信息处理过程中的作用和关系的体现如图1.1所示。

2.重点内容分析

引导学生完成机器人“走直线”的任务。

此任务本身虽然简单，但是体现了仿真机器人任务实施的全过程，是进一步学习的基础。

通过本课教材的学习，教师要逐步引导学生揭开操控机器人的神秘面纱。

在教学中建议教师注意把握以下几个环节，以较好地完成教学设计：

（1）进入仿真系统。

双击桌面快捷方式进入仿真编辑环境；检查机器人的型号设置，如果不符合要求需要重新设置，退出系统后，重新进入系统后新的设置生效。

（2）了解编程环境。

在完成机器人“走直线”程序的过程中了解编辑环境中的各组成部分，利用以往知识的迁移掌握程序的存储方法。

（3）了解仿真环境。

在调试机器人“走直线”程序的过程中学会仿真环境的进入、程序的运行、行走轨迹的设置、初始角度的设置和仿真环境的退出。

（4）了解模块编辑的一般方法。

通过调试机器人的行走距离和行走速度了解利用鼠标右键进入模块编辑窗口的方法，学会“直行”模块的编辑方法。

3.难点内容分析

（1）流程图模块拖入编辑区时流程线要与上一模块连接。

（2）右击模块进入模块编辑窗口后，通过改变功率大小和时间体会参数变化与机器人所走直线的关系。

（3）使学生学会整个操作过程，这一操作过程在今后的学习中具有举一反三的作用。

（三）教学补充

在创作天地中的活动希望学生能够通过自己的操作实践发挥创造力和想像力，该活动需要增加“转向”模块完成，这与第2课的学习内容有一定的联系，具有承前启后的作用。

教学反思：

给他们演示了走直线时修改“速度和时间

“可以处长走直线的长度，速度*时间值越大，走的越长。

结果有些学生做走图形时加两个”直行“模块让机器人走的更长些，哈哈

第2课方圆之间

（一）本课教学目标

1．学会使用“转向”模块，会调整转向角度。

2．学会使用“多次循环”控制模块，理解循环的作用。

3．通过活动项目进一步体会仿真机器人的操作过程。

4．观察程序代码与流程图模块的对应关系，逐步学会从程序代码中了解模块参数设置的方法。

（二）教学设计与教学建议

1．课堂教学分析

本课是在第1课创作天地的基础上展开的，建议教师在让学生讨论第1课程序设计方法的基础上按照以下环节实施教学过程：

（1）完成机器人走正方形一条边的程序设计。

该活动包括走直线和转直角两个动作，需要在走直线程序的基础上增加一个“转向”模块，经过反复调试找到合适的机器人转90度的时间和速度。

（2）在“单边”程序的基础上引入机器人走正方形的任务。

通过四个重复动作的需求引入循环控制的含义，从而导入“多次循环”模块的使用。

（3）通过增加边数引入正多边形任务。

通过讨论正多边形的特点引入机器人走正多边形需求，分析正多边形各内角的度数及与外角的关系，通过反复调试让机器人走出一个较为理想的正多边形。

随着边数的增加体会正多边形与圆形的关系。

2.重点内容分析

（1）学会使用“转向”模块。

（2）学会使用“多次循环”模块。

（3）对循环控制功能理解。

3.难点内容分析

（1）转角的调试。

转角大小的设置与转角的速度和时间有关，所以需要通过讨论、反复调试摸索总结出比较好的转角调试方法，建议方法：

•确定转速，调试转角时间。

•利用二分法测算转角时间，逼近最佳调试角度。

•利用估算法测算转角时间，逼近最佳调试角度。

（2）使学生理解循环的控制。

让学生理解循环的判断，即当循环次数小于控制次数（设置的次数）时执行循环，否则退出循环。

（3）熟悉代码与模块的对应关系。

用正四边形的流程图程序和正六边形的流程图程序比较发现它们的外观是一样的，此时如果有代码显示窗口显示代码就可以不进入模块编辑状态看出模块的设置。

（三）教学补充

图2.1是“正六边形”的参考流程图程序。

教学反思：

让学生做让机器人转90度的流程图，他们很聪明，很快发现了速度和时间的关系，当速度*时间约等于25时就可以转90度了，结果让他们做机器人走三角形，他们每个直行模块都改速度和时间，改的数值都不一样，有些同学还知道直行和转弯用一样的参数，看他们试的很开心也就没管他们，如果下节课讲循环时告诉他们只能是一样的参数，他们可能也会高兴自己发现一些不一样的事情的，有时学生的行为不会按计划来走，这才是挖掘他们的能力

学生总结出一些规律：

走四边形时，速度*时间的值约为25。

走三角形时，速度*时间的值约为32。

走五角形时，速度*时间的值约为40。

走五边形时，速度*时间的值约为20。

走六边形时，速度*时间的值约为16。

第3课美图设计

（一）本课教学目标

1．通过机器人走图形的活动，使学生理解循环嵌套的控制。

2．在设计图形程序的过程中体会算法分析对程序设计的意义。

3.逐步具备举一反三的能力，发挥想像力编写出多种走图形的程序。

（二）教学设计与教学建议

1．课堂教学分析

（1）建议引导学生通过观察机器人走“8个正方形”的图形，并结合走正方形程序分析解决问题的方法。

分析：

①机器人走“8个正方形”的图形，可以考虑把正方形的程序循环8次实现。

②运行后观察结果会发现8个正方形重合为一个正方形。

分析运行结果，我们可以看出只要每次循环前若先让机器人转一个45度角再让机器人走正方形，就会得到项目要求的效果了。

（2）建议引导学生分析“一大三小的正三角形”的图形特点。

①图形轨迹是由一个大的正三角形和与三个顶点相连的三个小正三角形组成。

②可以采取循环三次，每循环一次机器人走一个小三角形，接着走大三角形的一个边。

本活动的实施方案不止一个，建议同学们自己分析，并采用自己的方法完成活动项目，然后讨论、介绍自己解决问题的方法。

2.重点内容分析

在分析图形行走的算法时，建议采用由粗到细、逐步求精的方法。

所谓粗，就是由问题引入循环嵌套的结构，如描述第一个活动为循环8次，每循环一次机器人走一个正方形，而每个正方形又是由一个边和转角90度循环4次得到的，所以采用循环嵌套结构。

所谓细，就是分析添加每次循环的转角。

逐步求精主要体现在分解调试，如单边、直角的调试、正方形的调试、添加的转角45度的调试。

（三）教学补充

图3.1是“一大三小的正三角形”的参考流程图程序。

图3.2是创作天地的“一大六小的正六边形”的参考流程图程序。

教学反思：

要求参照书上第15页的流程图，学生自己尝试让机器人走8个正方形，有些同学“直行模块”的参数修改不到位或“左转模块”的参数修改不到位造成走出“荷花样”的图形和“带角的多边形”图形，看上去也很可爱呢，学生自已尝试的兴趣很高，效果很好。

第4课绕标比赛

（一）本课教学目标

1．知识目标：

学习“启动电机”模块、“延时等待”模块、“停止电机”模块。

2．能力目标：

学习在仿真环境下用设置障碍物、和图带。

学习在仿真环境下保场地和加载场地。

3.情感目标：

通过相关的、由易到难的活动体会分析、解决问题的方法。

（二）教学重点和难点

1．教学重点：

学会使用“启动电机”模块、“延时等待”模块和“停止电机”模块

2．教学难点：

使用“启动电机”模块、“延时等待”模块和“停止电机”模块

（三）教学设计

本课由相互关联的3个活动项目构成：

（1）单标绕标。

机器人绕标的半径由两标的距离决定，两标的距离为60公分时，机器人绕标的半径为30公分。

引导学生分析两轮速度与转弯半径之间的关系，即两轮速度之差越小转弯半径越大；两轮速度之差越大，转弯半径越小。

绕标时起点和终点要求重合，为双标绕标做一个铺垫，因为机器人绕标一圈所用时间的一半，是机器人绕双标时走半圆所用的时间。

单标绕标调试的成功是后面活动的基础。

（2）双标绕标。

结合单标绕标，引导学生分析双标绕标的方法。

即从起点出发先走一个顺时针的半圆，绕过一个标再走一个逆时针的半圆，到达终点。

另外绕标的方法不止一个，也可以引导学生讨论不同的方法。

由于机器人行走时各种因素产生的误差，可能需要反复调试才能达到理想的绕标结果，从按照解决问题的方法编成到反复调试达到成功，也是一个由粗到细，逐步求精的过程。

在此活动中要注意比赛场地的建立、保存和加载的学习和使用。

（3）三标绕标。

由于前面的铺垫三标绕标的实施将是水到渠成的。

（四）小结

学会使用“启动电机”模块、“延时等待”模块和“停止电机”模块是本课的重点。

在使用以上三个模块时要注意仅有“启动电机”模块而没有延时等待模块的配合使用，机器人是不会停下的，建议运行图4.1、图4.2和图4.3所示的程序体会以上三个模块的功能。

（五）上机练习

1．设计并编写机器人绕三个标的程序。

（六）教学反思

本课学生较感兴趣，在编写绕双标程序时都能顺利完成，有个别同学对于电机功率的设置值还不能很好的把握，所以费时较多。

第5课歌声嘹亮

（一）本课教学目标

1．知识目标：

学会用“发音”模块编写简单的乐曲，让机器人唱歌。

了解子程序与主程序的关系，体会子程序的作用。

2．能力目标：

学会用“设置眼睛”模块，为机器人设置闪烁的眼睛。

学习子程序的新建、编辑和存储。

3.情感目标：

培养自主创作精神，提高审美能力。

（二）教学重点和难点

1．教学重点：

新建子程序

2．教学难点：

子程序的新建，子程序与主程序的关系

（三）教学设计

机器人的发声装置是机器人的执行器之一。

建议让学生自己选择一首喜欢的短曲，并以循环控制多次吟唱的方式唱歌，逐步引入子程序调用的方法完成让机器人唱歌的任务，并同过要求机器人能够一边唱歌一边眨眼，在唱歌程序中加入“设置眼睛”模块。

子程序是本课的重要学习内容，要使学生学会子程序的新建，建议学生观察子程序新建操作前后程序模块库的变化。

学会右键单击子程序模块编辑子程序，单击编辑菜单中的主程序命令或单击主程序按钮返回主程序。

理解子程序与主程序的关系，子程序的调用过程。

（四）教学补充

创作天地中的绕标、唱歌活动的参考程序如图5.1、图5.2和图5.3所示。

（五）上机练习

1．通过机器人防真系统“执行器模块库”中的“发音”模块可以编写动听的乐曲，用设置“眼睛”模块可以将机器人的眼睛设置为红、黄、绿及闪烁的方式。

（六）教学反思

本课对于“发音”模块，“眼睛“模块的使用掌握的很好，在子程序设计和应用上还不是很好，需要在今后的练习中多讲讲子程序的设计和调用。

第6课走向光明

（一）本课教学目标

1．知识目标：

理解亮度传感器的功能，学会用亮度传感器获取亮度信息。

学习使用变量百宝箱为传感器获取的信息设置存储变量

2．能力目标：

学会亮度传感器的检测，。

学会使用条件循环控制模块、永远循环控制模块。

学会使用条件判断模块。

学会在仿真环境下设置光源。

3.情感目标：

培养学生的逻辑判断能力，培养学生的耐心

（二）教学重点和难点

1．教学重点：

理解传感器的功能，百宝箱设置变量的一般方法

2．教学难点：

理解传感器的功能，百宝箱设置变量的一般方法

1．

（三）教学设计

本课是传感器学习的第一课，由于需要对传感器获取的信息进行判断，所以需要循环和条件判断知识的支持，由于本课包括存储传感器获得的信息需要通过百宝箱设置变量的操作，所以本课新的知识点比较多，教学难点也比较多。

本课通过传感器的检测引入“亮度检测”模块（传感器），通过亮度检测值的存储引入变量百宝箱，通过反复检测的需求引入“永远循环”控制模块。

通过“机器人追光”的活动要求，引入“条件循环”模块，即循环条件要满足“没有达到光源亮度”时循环的判断，若该条件不成立就退出循环。

通过对左右亮度的比较判断，引入“条件判断”模块，即“左侧亮度小于或等于右侧亮度”时条件成立，机器人左转；否则机器人右转。

2.重点内容分析

（1）理解传感器的功能。

传感器是机器人获取外界信息的装置，亮度传感器是学习的第一个传感器。

（2）理解循环控制中的永远循环是条件循环中循环条件永远成立时的特例。

（3）在对亮度变量设置时，要注意百宝箱设置变量的一般方法。

（4）传感器检测结果是通过“显示”模块显示的，其显示内容是传感器的检测值，所以要熟悉不同传感器的检测值的表达和意义。

（四）教学补充

本课创作天地的参考程序与第10课中机器人绕月中的“入轨绕月”子程序类似。

本课创作天地的活动项目也是对“机器人绕月”的铺垫。

（五）上机练习

完成机器人追光的程序设计

（六）教学反思

对于亮度检测值有些同学还很模糊，“条件循环”模块初次使用掌握的还不是很好，上机练习能完成的只有少数同学，出现的问题较多，主要有，1、变量百宝箱的变量应用出现错误较多。

2、设计条件判断时，条件一和条件二给值不清楚。

第7课昂首阔步

（一）本课教学目标

1．知识目标：

理解红外传感器的工作原理

2．能力目标：

学习“红外测障”模块的使用。

了解红外传感器获取信息的检测值。

能够使用“条件判断”模块编写的条件嵌套控制程序。

3．情感目标：

培养学生探究思考的能力。

（二）教学设计与教学建议

1．课堂教学分析

通过修改第6课的检测程序，编写出红外检测程序，在检测调试的过程中通过观察仿真环境的显示频率调整检测周期。

使学生体会检测周期对机器人反应速度的影响，了解影响检测周期的环节。

通过对来自不同方位障碍的处理需要，引出条件判断的嵌套，在使用条件判断模块时要注意变量的选择与设置，鼓励学生逐步习惯通过代码显示窗口，了解程序的具体设置。

2.重点内容分析

（1）知道三个不同方位红外检测的障碍状态对应的四个检测值。

（2）在操作过程中体会循环控制在障碍处理过程中的作用。

（3）在调试过程中体会红外探测距离的调整方法。

（三）教学补充

本课创作天地的参考程序与第11课中机器人灭火中的“避障寻火”子程序类似。

本课创作天地的活动项目也是对“机器人灭火”项目的铺垫。

（五）上机练习

完成机器人避障寻光程序设计

（六）教学反思

本课掌握的较好，在课堂任务中大部分同学能够完成避障程序设计。

在上机任务避障寻光程序设计上，只有少部分同学能完成，对于子程序的设计还不能很好的运用。

第8课躲避碰撞

（一）本课教学目标

1．知识目标：

了解碰撞开关的工作原理。

2.能力目标：

学会碰撞检测程序的编写，能够识别获取的碰撞信息。

3．情感目标：

掌握碰撞开关的方位及碰撞信息获得的方位和对应的检测值。

4．掌握机器人避开碰撞的方法。

（二）教学重点和难点

1．教学重点：

碰撞时检测值，

2．教学难点：

机器人避开碰撞的方法

（三）教学设计与教学建议

从其他传感器的检测程序引入碰撞检测程序的编写，由学生自己测试不同方位的检测值。

讨论检测值的特点：

即来自相邻两个碰撞开关之间的碰撞，其碰撞值为这两个碰撞开关遇到碰撞时检测值的和。

机器人各方位的碰撞检测值如图8.1所示。

结合机器人避障程序，讨论机器人避开碰撞程序的编写，体会避开障碍动作与避开碰撞动作的区别，即避开障碍是没有碰到时的避让，而避开碰撞是碰上障碍以后的避让，所以前者的避让是直接的避让，而后者的避让是后退后的避让。

（四）教学补充

1.DIY中“机器人碰撞警示音”活动项目的参考程序如图8.2所示。

（五）上机练习

完成机器人避开碰撞的程序。

（六）教学反思

在上两节课的基础上，本课的学习和操作已经较顺利，学生的完成作业能力有所提高。

在检测碰撞值的时候，出现无法找到正右方，正左方的检测值。

第9课循线而行

（一）本课教学目标

1．知识目标：

了解地面灰度传感器的工作原理。

2.能力目标：

学会地面检测程序的编写，能用检测程序检测地面的灰度。

3．情感目标：

能利用“地面检测”模块实施相关的机器人项目。

（二）教学重点和难点

1．教学重点：

检测程序检测地面的灰度

2．教学难点：

利用“地面检测”模块实施相关的机器人项目

（三）教学设计与教学建议

1．课堂教学分析

建议由学生自己编写地面检测程序，并在仿真环境中加载地面检测场地，并将不同颜色的检测值记录下来以备后面的项目使用，特别是黑色和白色的地面检测值要记录下来。

在本课中虽然需要完成的任务比较多，但是各任务的实施方法都有一定的联系，希望教师引导学生注意一些任务的共同点和任务间的联系。

2.重点内容分析

教师可以引导学生对问题解决方法做出描述。

例如对于机器人在草地中的行走过程可以描述为：

在反复检测地面灰度的过程中，不断判断地面是否为绿色，如果是绿色机器人前进，否则机器人后退、右转。

例如对机器人沿白线边沿行走的过程可以描述为：

在反复检测地面灰度的过程中，不断判断地面是否为白色，如果是白色机器人前进，否则机器人右转，如图9.1所示。

观察以上两个活动问题解决的描述，不难看出他们的共同点。

例如对于机器人在红色地毯边沿行走过程可以描述为：

在反复检测地面灰度的过程中，不断判断地面是否为红色，如果是红色机器人前进，否则机器人右转。

不难看出程序流程与前面的程序基本相同，只要修改一下地面检测判断的颜色代码就可以了。

例如对于机器人循线回家行走的过程可以描述为：

循环检测地面颜色，当地面颜色不是红色时，机器人执行沿白线行走的循环程序段，否则机器人退出循环，前进适当的距离后停下。

参考程序如图9.2所示。

（四）教学补充

创作天地中机器人“城市”行活动项目的参考程序如图9.3所示。

（五）上机练习

1、完成机器人沿单色地毯边沿行走的程序。

2、完成机器人沿红色地毯边沿行走的程序。

3、完成机器人循线回家的程序。

（六）教学反思

本课同学们掌握的较好，作业完成率相对较高。

出现问题较多的是机器人循线回家的程序，速度值给的太大，致使机器人冲出轨迹然后打转，在讲解指导之后，完成的很好。

第10课绕月飞行

（一）本课教学目标

1．知识目标：

逐步提高项目分析的能力

2．能力目标：

逐步提高程序设计的能力。

3．情感目标：

逐步提高综合任务的实施能力。

（二）教学重点和难点

1、教学重点：

用流程图为程序搭建框架，调试子程序

2、教学难点：

用流程图为程序搭建框架，调试子程序

（三）教学设计与教学建议

建议引导学生按照以下过程完成学习任务：

（1）分析项目要求。

（2）将任务分为三个模块。

（3）编写有三个子程序模块构成的主程序。

（4）分别编写三个子程序。

（5）调试程序、编辑程序。

在编写子程序的时候建议引导学生，先用流程图为程序搭建框架，再编辑模块中的具体参数，养成由粗到细，逐步求精的程序设计习惯。

在调试程序的时候建议先调试第一个子程序，再调试第二个子程序，……，最后将整个程序合在一起调试。

（四）教学补充

（1）“避障寻光”子程序模块的参考程序及对应代码见图10.1。

（2）“追光寻轨”子程序模块的参考程序及对应代码见图10.2。

（3）“入轨绕月”子程序模块的参考程序及对应代码见图10.3。

（五）上机练习

编写程序，绕月飞行。

（六）教学反思

第11课赶赴火场

（一）本课教学目标

1.知识目标：

逐步提高项目分析的能力

2.能力目标：

逐步提高程序设计的能力。

3.情感目标：

提高综合任务的实施能力

（二）教学重点和难点

1、教学重点：

用流程图为程序搭建框架，调试子程序

2、教学难点：

用流程图为程序搭建框架，调试子程序

（三）教学设计

本课的“避障寻火”子程序的编写可参考机器人“绕月卫星”中的“避障寻光”子程序。

“趋光追火”子程序的编写可参考机器人“绕月卫星”中的“追光寻轨”子程序。

在本课的主程序中增加了系统时间模块，以统计机器人灭火使用的时间。

创作天地中在“单房间场地”的灭火任务，只要将本课编写的程序稍作调试修改即可完成。

本课内容的学习为今后的标准场地灭火项目的完成打下了基础。

（四）上机练习

编写程序，赶赴火场。

（五）教学反思：