12/12暢游金陵文脈——灰度傳感器課題：暢游金陵文脈——灰度傳感器（第2章第2節）一、教材分析本課是第2章第2節，也是機器人教學中知識螺旋上升的一節綜合性應用課，在前幾節課中我們學習了部分單片機控制板、傳感器的知識，在此基礎上，為了加快學習的步伐，需要學生利用所學知識去探究并模擬智能化機器人的應用，幫助學生在搭建、編程、調試機器人的過程中對相關知識有更深入的了解和掌握，最終讓學生學有所獲，學以致用，學會創新。二、學情分析本課的教學對象是九年級的學生，經過前幾節課的學習，他們已經熟練掌握了“學生機器人”控制板相關知識，基本掌握了幾個常見傳感器的使用方法，也熟悉了“學生機器人”的編程環境。通過學習過程中的知識積累，學生對“學生機器人”產生了濃厚的興趣，但動手實踐與編程能力方面還有待加強，創新意識也有待提高。三、教學目標與要求了解循線機器人的工作原理，掌握灰度傳感器黑色與白色的測值方法；理解循線程序語句，能獨立完成“學生機器人”的循線任務，并學會總結循線問題，提出機器人循線的優化方案；能夠利用灰度傳感器與各傳感器之間的組合，完善“導游機器人”的功能；學會分享自己的學習經驗，能大膽實踐、勇于創新。四、教學重點與難點1.重點（1）理解循線機器人的工作原理與掌握灰度傳感器的測值方法。（2）理解選擇結構的程序設計思想。（3）學會調整程序中的參數，幫助“學生機器人”完成循線任務。2.難點（1）學會程序的編寫，實現利用灰度傳感器完成循線任務。（2）利用各傳感器之間的搭配及程序的編輯與調試，完善“導游機器人”的功能。五、教學方法范例教學法、自主探究與小組合作學習、任務驅動教學法、討論法。六、教學過程1.創設情境，問題漸引（1）教師活動與學生活動我們外出參觀旅游的時候一般都能看到導游的身影，不過隨著科技迅猛發展，我們眼中的導游也發生了變化！a.播放一段介紹“導游機器人”的視頻。b.展示圖片，感慨機器人時代的到來。圖1機器人教師：你們看視頻中的它能說會道，真神奇！如果我們能擁有一個屬于自己的導游機器人那該多有趣啊！那么請同學們根據前幾節課所學的內容思考一下：導游機器人的行走、發音等行為，需要哪些元件呢？學生：回憶所學，提出部分答案：直流電機、輪胎、紅外傳感器、液晶屏、LED燈、聲音傳感器、主控板等。教師：同學們回答得真好！作為古城金陵的一名小主人，我們是不是應該為外來的朋友們介紹一下南京的古跡名勝，共同探尋金陵文脈，感受古城的文化底蘊呢？（2）設計意圖a.激發學生興趣，促使學生發現生活中的變化并思考變化的原因。b.通過感知，激發學生興趣，調動學生回憶前面所學的知識，并幫助學生在頭腦中建立機器人模型及運用模型的思維。2.新知新會（1）教師活動與學生活動a.教師展開金陵文脈的地圖，引導學生發現問題。圖2金陵文脈地圖教師：地圖中標識了很多景點，不過景點之間連接著彎曲的黑線，如何設計一個機器人讓它按照地圖上預設的線路完成金陵文脈探尋之旅呢？教師等待，靜聽學生思考后給出的答案，暗示學生給機器人裝上能分辨黑白的“眼睛”，由此引入新知。圖3學生機器人教師展示循線法寶——灰度傳感器，介紹灰度傳感器的工作原理和使用方法。教師：相信大家看完了灰度傳感器的介紹，對完成導游機器人的制作充滿了信心，下面我們就開動腦筋去創造吧！b.小試牛刀成立2人小組，為循線小車上的灰度傳感器測值。教師巡視并指導，提示學生多測試地圖上不同的地方，看看數值是否一樣或接近，學生認真測值，記錄所測得的數據，驗證顏色深則數值低，顏色淺則數值高，最終計算幾次數據的平均值(black<=400)，作為灰度傳感器在循線過程中的分界值。圖4測試程序（3）設計意圖a.激發學生興趣，提升學生對解決問題的憧憬。b.樹立學生信心，潛移默化培養學習習慣。3.初巡黑白（1）教師活動與學生活動a.在順利完成灰度傳感器的測值后，請大家思考以下問題：要想機器人按照黑線的路徑行走，兩個傳感器與黑線之間會產生哪些位置關系呢？教師根據學生的回答，擬畫出小車上兩個灰度傳感器與黑線之間位置關系的圖形（如圖5），引導學生分析機器人沿線走的判斷過程。圖5b.根據上述分析與判斷，教師展示“機器人沿線走”過程圖，介紹單分支語句結構（如圖6）圖6教師：在掌握以上幾個知識點后，同學們開始設計程序，讓機器人小車帶領游客環游金陵的幾個景點吧！任務一：“環游金陵文脈”學生打開“環游金陵文脈”程序文件，在實踐過程中注意記錄問題，嘗試修改程序，解決問題，可以和預先安排好的小組同學交流經驗。（學生自主操作，教師巡視輔導，給予糾錯。）圖7任務圖一c.教師呈現學生記錄的問題：小車循線過程中會發生沖出循線軌跡的情況，轉彎處觸發概率較高。學生仔細觀察圖片（如圖8），交流經驗，找出小車偏移的原因，給出解決建議：①降低小車兩個直流電機的轉速。②給予小車轉彎循線的緩沖期，讓其定向循線。圖8學生根據解決方案，在程序中調整直流電機轉速，再次實踐“機器人環線走”，直至成功完成任務。圖9(2)設計意圖a.引導學生學會思考總結，鍛煉他們使用過程圖的方式來表達設計思想，為下面的編程奠定基礎。b.以小組合作的形式完成任務，通過收集信息、交流探討、篩選和總結，讓學生更多了解任務對象的相關知識，做到知己知彼，百戰百勝。4.智選黑白(1)教師活動與學生活動a.“指點六朝形勝地，惟有山如壁。”這句詩很好地展現了“石城懷古”氣韻。下面讓我們跟隨機器人尋跡石頭城，感受石城虎踞龍盤之勢。教師將地圖上的白色膠帶撕開，形成新的地圖，讓學生觀察并思考讓小車機器人從棲霞寺出發尋訪石頭城的路徑。圖10任務圖二分析：小車行走路徑中有出現分岔路口，根據前面任務的經驗，我們完成該任務，要編寫的程序比較多，有什么提高編程效率的辦法呢？教師列舉程序并加以說明。圖11b.學生根據教師的講解，嘗試調用子程序完成任務。任務二：“智訪石頭城”學生打開“智訪石頭城”程序文件，嘗試調用子程序，優化循線程序，調試過程中將遇到的問題記錄下來，最終完成循線任務。整個過程教師從旁引導和助學，及時收集學生設計中出現的共性問題，必要時給予解答，并做好反饋工作。學生反饋的問題：①交叉路口循線容易出錯；②如何將機器人小車停止在“石頭城”。解決方法：①調用子程序時，注意調整電機的數值，嘗試處理岔路口轉彎問題（圖12）。②添加子程序“停止”，測出灰線數值，根據老師繪制的圖形理解停止循線的方法（圖13）。圖12圖13學生認真調試程序，改進小車循線的方法，先完成任務的小組，可以分享自己的經驗。(2)設計意圖a.培養學生分析與判斷能力，讓學生了解子程序在整個程序中的高效應用，體會程序設計的魅力。b.通過合作完善程序，集各家所長，讓學生吃透知識，熟悉操作。c.鍛煉學生自主學習能力及合作能力，培養勤于檢測程序的好習慣，告誡他們優化程序的必要性、關鍵性。5.暢游黑白(1)教師活動與學生活動至此，我們跟隨機器人小車初步探尋了金陵文脈，現在需要深入了解，詳探鼓樓及玄武湖兩處景點。請讓小車機器人在這兩處景點停留并能“繪聲繪色”介紹景點。圖14任務圖任務三：“暢游青山綠水”a.明確任務，利用顯示屏、蜂鳴器模塊或語音模塊等元器件，完成“智能導游機器人”的最終搭建。圖15學生以單位小組進行設計方案的實現及相關程序的編輯，可以分工合作，一人編程，一人組裝搭建。①根據設計方案，準確安裝所需的元器件。②測試語音模塊、LCD屏與主控板之間的電路連接是否正常，注意LCD屏只能顯示英文與符號，無法顯示中文。③根據任務要求，進行程序的編寫，注意合理調用子程序，高效完成任務。④思考程序中是否有重復無效的語句，并嘗試優化。b.教師巡視各小組，及時解決小組編寫程序過程中出現的問題。c.展示學生的優秀程序樣例，分享給其他同學作為參考，提高各組效率。d.教師將學生制作過程中收集到的程序問題進行反饋，總結程序設計中出現的問題，思考如何優化程序語句。(2)設計意圖分享優秀小組的成果，促進學生之間的經驗交流，激發后繼學習的需求。6.完善功能，自我展示(1)教師活動與學生活動a.認真調試，加強穩定性教師列舉學生編寫的程序作為示范，指導學生修改及完善“智能導游機器人”的功能。b.自我展示，再接再厲抽選部分完成任務的小組，分派代表上臺分享經驗，師生共同評價。①認真調試，優化程序，進行測試。②展示小組作品，并針對個小組作品給予評價，將評價意見填寫在導學案的表格中。(2)設計意圖提供展示平臺，讓學生在賞評中加深認識，體驗創作活動的樂趣。7.小車尋跡過程完整圖例圖16任務圖三8.課堂小結強調灰度傳感器使用時需要注意的問題：1．適合色彩相差較大的情況，（如黑色和白色）；2．多測幾次不同區域的數據，防止檢測結果的造成循線影響；3．防止環境光線過強和電池電量不足等問題對小車循線的結果造成影響；4．回顧單分支選擇語句結構。9.課堂板書位置灰度1灰度2動作Max電機左電機右標準情況黑黑直走Max=0正轉正轉偏左白黑右轉Max=1正轉停止完全偏左