第2單元第8課《碰撞運動——碰撞傳感器和機器人的避碰行走》-教學設計2023—2024學年清華大學版（2012）初中信息技術九年級下冊學校授課教師課時授課班級授課地點教具設計意圖本節課旨在通過《碰撞傳感器和機器人的避碰行走》的學習，讓學生了解碰撞傳感器的工作原理，掌握機器人的避碰行走編程方法，培養學生動手實踐能力和創新思維。教學內容與課本緊密關聯，貼近實際，旨在提高學生的信息技術素養。核心素養目標分析培養學生信息意識，通過學習碰撞傳感器原理和機器人編程，使學生認識到信息技術在現實生活中的應用。提升計算思維，通過分析碰撞問題，鍛煉邏輯推理和算法設計能力。增強問題解決能力，通過編程實現機器人避障，讓學生學會運用技術解決實際問題。同時，培養創新精神和實踐能力，鼓勵學生嘗試不同的編程方法，提高技術實踐能力。學習者分析1.學生已經掌握了哪些相關知識：

學生在九年級下冊的信息技術課程中，已經學習了基礎的編程知識，包括簡單的控制語句、變量和函數的使用。此外，對機器人編程的基礎概念也有所了解，如傳感器、電機和編程環境的使用。

2.學生的學習興趣、能力和學習風格：

學生對信息技術課程普遍保持較高的興趣，尤其是對機器人編程等實踐性強的內容。他們的學習能力較強，能夠較快地掌握新知識。學習風格上，多數學生偏好動手操作和團隊合作，但也有部分學生更傾向于獨立思考和深入研究。

3.學生可能遇到的困難和挑戰：

學生在理解碰撞傳感器的工作原理時可能會遇到困難，因為涉及到物理和電子學知識。編程實現避障功能時，學生可能面臨邏輯設計和代碼調試的挑戰。此外，不同學生的學習進度和能力差異可能導致部分學生難以跟上課程進度。教學資源-硬件資源：碰撞傳感器模塊、機器人套件（含底盤、電機、電池等）、計算機或平板電腦

-軟件資源：機器人編程軟件（如Scratch、ArduinoIDE等）

-課程平臺：學校內部網絡教學平臺

-信息化資源：在線教程、編程示例代碼、視頻教學資源

-教學手段：實物演示、小組合作、項目式學習、課堂討論教學流程1.導入新課

-詳細內容：首先，展示一段關于機器人在日常生活中應用的視頻，如自動清潔機器人、工業機器人等，激發學生的興趣。然后，提出問題：“你們知道機器人是如何識別和避開障礙物的嗎？”以此引出本節課的主題——碰撞傳感器和機器人的避碰行走。

2.新課講授

-詳細內容：

1.碰撞傳感器原理講解：介紹碰撞傳感器的工作原理，包括傳感器類型、工作原理、輸出信號等，并展示實物傳感器讓學生直觀了解。

2.機器人編程基礎：簡要回顧機器人編程的基礎知識，如控制語句、變量、函數等，重點講解如何使用編程語言實現碰撞檢測和避障功能。

3.編程示例分析：展示一個簡單的機器人避障程序，分析程序的結構、關鍵代碼和實現方法，幫助學生理解編程思路。

3.實踐活動

-詳細內容：

1.編程練習：學生根據所學知識，嘗試編寫一個簡單的機器人避障程序，并在計算機上運行測試。

2.傳感器連接：學生將碰撞傳感器連接到機器人套件上，確保傳感器能夠正確檢測到障礙物。

3.機器人調試：學生調試機器人，使其能夠根據碰撞傳感器的信號實現避障功能。

4.學生小組討論

-三方面內容舉例回答：

1.傳感器類型及其優缺點：學生討論不同類型碰撞傳感器的特點，如紅外傳感器、超聲波傳感器等，并分析其優缺點。

2.編程技巧：學生分享編程過程中的技巧，如如何優化代碼、提高程序效率等。

3.遇到的問題及解決方法：學生討論在編程和調試過程中遇到的問題，如傳感器信號不穩定、程序運行速度慢等，并分享解決方法。

5.總結回顧

-內容：首先，回顧本節課所學內容，強調碰撞傳感器在機器人避障中的應用。然后，總結學生在實踐活動中的表現，肯定他們的努力和成果。最后，提出下一步學習計劃，鼓勵學生在課后繼續探索和嘗試。

教學流程具體安排如下：

1.導入新課（5分鐘）

2.新課講授（15分鐘）

-碰撞傳感器原理講解（5分鐘）

-機器人編程基礎（5分鐘）

-編程示例分析（5分鐘）

3.實踐活動（20分鐘）

-編程練習（10分鐘）

-傳感器連接（5分鐘）

-機器人調試（5分鐘）

4.學生小組討論（10分鐘）

5.總結回顧（5分鐘）

總用時：45分鐘教學資源拓展1.拓展資源：

-機器人避障算法研究：介紹不同的避障算法，如墻Following、S曲線、隨機漫步等，并探討它們的優缺點和應用場景。

-傳感器應用案例：收集和展示使用碰撞傳感器的實際案例，如無人車、無人機、智能家居等，讓學生了解傳感器在實際項目中的應用。

-編程拓展：提供一些編程拓展練習，如使用不同的編程語言實現機器人避障功能，或者設計更復雜的機器人行為。

-物理原理探究：探討碰撞傳感器背后的物理原理，如壓力傳感、聲波傳感等，讓學生了解傳感器技術的基礎。

2.拓展建議：

-鼓勵學生閱讀關于機器人技術和傳感器技術的書籍，如《機器人編程入門》或《傳感器技術與應用》。

-建議學生參加機器人相關的競賽或工作坊，以提升實踐技能和團隊合作能力。

-推薦學生訪問在線教育平臺，如Coursera或edX，尋找相關的在線課程進行深入學習。

-鼓勵學生進行跨學科學習，如結合物理、數學和計算機科學的知識，來理解和解決更復雜的機器人問題。

-提供一些開放源代碼的項目，讓學生嘗試修改和優化，以增強編程和調試技能。

-建議學生參與社區論壇和博客，如RoboticsStackExchange或RoboticsStackOverflow，以獲取更多實踐經驗和解決問題的方法。

-組織學生參觀當地的機器人展覽或研討會，以激發他們對機器人技術的興趣，并了解最新的技術發展。

-建議學生嘗試使用不同的編程環境，如ArduinoIDE、Scratch或ROS，以拓寬他們的編程視野。內容邏輯關系①碰撞傳感器原理：

-知識點：傳感器的工作原理、信號處理、輸出形式

-詞句：傳感器如何檢測碰撞、信號如何轉換為機器可讀的輸出、傳感器的響應時間

②機器人編程基礎：

-知識點：編程語言的基本控制結構、變量和函數的使用、條件語句和循環語句

-詞句：如何編寫程序控制機器人行動、如何使用變量存儲數據、如何使用條件語句進行決策

③機器人避障編程實現：

-知識點：碰撞檢測邏輯、避障策略、程序調試技巧

-詞句：如何編寫代碼讓機器人檢測到障礙物、如何設計避障算法、如何通過調試優化程序性能教學反思今天上了《碰撞運動——碰撞傳感器和機器人的避碰行走》這一節課，我覺得收獲頗豐，但也發現了一些可以改進的地方。

首先，我覺得學生對碰撞傳感器的工作原理很感興趣，尤其是在看到傳感器如何通過物理變化來檢測碰撞時，他們的眼神中充滿了好奇。我在講解傳感器原理時，盡量用簡單的語言和生動的例子，比如用手指敲擊桌面來模擬傳感器檢測碰撞的過程，這樣學生更容易理解。

然后，在講解機器人編程基礎時，我發現有些學生對于編程的概念和邏輯還是有些吃力。我意識到，雖然我們在之前的課程中已經接觸過基礎的編程知識，但對于一些概念和語法，學生可能還需要更多的練習和鞏固。因此，我決定在接下來的課程中增加一些編程練習，讓學生通過實際操作來加深理解。

在實踐活動環節，我安排了三個小任務：編程練習、傳感器連接和機器人調試。我發現，學生們在編程練習時遇到了一些困難，尤其是編寫碰撞檢測的代碼。這讓我意識到，我在講解編程示例時可能沒有足夠地考慮到學生的接受程度。我決定在接下來的教學中，提供更多層次的學習材料，以滿足不同學生的學習需求。

在學生小組討論環節，我看到了學生們積極參與討論的場景。他們分享了自己的編程技巧，討論了遇到的問題和解決方法。這讓我很高興，因為這說明學生們不僅學會了知識，還學會了如何合作和學習。不過，我也發現有些學生不太敢于表達自己的觀點，這可能是因為他們對自己的能力不夠自信。因此，我計劃在未來的教學中，更多地鼓勵學生表達自己的想法，并給予他們積極的反饋。

總的來說，這節課讓我對學生的接受能力和學習習慣有了更深的了解。我發現，學生對于實踐性和互動性強的教學內容更感興趣，而對于理論性的內容，他們可能需要更多的引導和幫助。在今后的教學中，我會更加注重以下幾點：

1.確保教學內容與學生的實際水平相匹配，避免過難或過易。

2.增加實踐環節，讓學生通過動手操作來加深理解。

3.鼓勵學生積極參與討論，提高他們的表達能力和團隊合作精神。

4.提供多樣化的學習資源，滿足不同學生的學習需求。

5.定期進行教學反思，不斷調整和優化教學策略。

我相信，通過不斷地改進和努力，我能夠更好地幫助學生掌握知識，培養他們的信息技術素養。課堂小結，當堂檢測課堂小結：

今天我們學習了《碰撞運動——碰撞傳感器和機器人的避碰行走》這一課，主要內容包括以下幾個方面：

1.碰撞傳感器原理：我們了解了碰撞傳感器的工作原理，包括其檢測機制、信號處理和輸出形式。這些知識對于我們理解機器人如何避障至關重要。

2.機器人編程基礎：回顧了編程語言的基本控制結構，包括變量、函數、條件語句和循環語句，這些都是編寫機器人避障程序的基礎。

3.機器人避障編程實現：學習了如何將碰撞傳感器與編程相結合，實現機器人的避障功能。我們通過編程示例，了解了如何編寫代碼讓機器人檢測到障礙物并做出相應的避障動作。

4.實踐活動：在課堂上，我們進行了編程練習、傳感器連接和機器人調試等實踐活動，學生們通過實際操作，加深了對理論知識的理解。

當堂檢測：

為了檢驗學生對本節課內容的掌握情況，我們將進行以下當堂檢測：

1.選擇題：請從以下選項中選擇正確答案。

a.碰撞傳感器的主要作用是什么？

1.控制機器人移動方向

2.檢測機器人是否遇到障礙物

3.控制機器人速度

4.以上都是

b.以下哪個不是編程語言的基本控制結構？

1.變量

2.函數

3.程序

4.循環

2.填空題：請根據所學知識，完成以下句子。

-機器人避障程序中，使用