深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程第十六課巡線機(jī)器人-教學(xué)設(shè)計(jì)科目授課時(shí)間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級(jí)、授課課時(shí)授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程第十六課巡線機(jī)器人-教學(xué)設(shè)計(jì)課程基本信息1.課程名稱：深圳市青少年宮spike機(jī)器人課程第十六課巡線機(jī)器人

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：六年級(jí)2班

3.授課時(shí)間：2023年4月10日星期一14:00-15:00

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，通過(guò)設(shè)計(jì)巡線機(jī)器人，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和解決問(wèn)題的能力。

2.增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，通過(guò)實(shí)際操作和編程，提升學(xué)生的實(shí)踐操作技能。

3.強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，在小組合作中，培養(yǎng)學(xué)生的溝通協(xié)調(diào)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了與機(jī)器人編程相關(guān)的初步知識(shí)，如基本編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)語(yǔ)法、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基本原理等。他們能夠使用spike機(jī)器人進(jìn)行簡(jiǎn)單的編程和操作。

2.學(xué)生對(duì)機(jī)器人編程表現(xiàn)出濃厚的興趣，他們通常具備一定的邏輯思維能力和動(dòng)手操作能力。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生可能更傾向于動(dòng)手實(shí)踐，通過(guò)實(shí)際操作來(lái)學(xué)習(xí)和理解知識(shí)；而另一部分學(xué)生可能更偏好理論學(xué)習(xí)和分析。

3.學(xué)生在學(xué)習(xí)和操作巡線機(jī)器人時(shí)可能遇到的困難包括：理解編程邏輯的復(fù)雜性、調(diào)試程序時(shí)的耐心和細(xì)致度、以及解決實(shí)際操作中遇到的問(wèn)題。此外，對(duì)于初次接觸巡線算法的學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解算法原理和實(shí)現(xiàn)方法可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：

1.講授法：講解巡線機(jī)器人的基本原理和編程步驟，幫助學(xué)生建立概念框架。

2.實(shí)驗(yàn)法：通過(guò)實(shí)際操作和編程，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中掌握巡線機(jī)器人的編程技巧。

3.討論法：鼓勵(lì)學(xué)生分組討論遇到的問(wèn)題，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

教學(xué)手段：

1.多媒體教學(xué)：使用PPT展示巡線機(jī)器人原理圖和編程代碼，提高教學(xué)直觀性。

2.實(shí)驗(yàn)軟件：利用spike機(jī)器人配套的編程軟件，提供直觀的編程環(huán)境和實(shí)時(shí)反饋。

3.在線資源：推薦相關(guān)的在線教程和視頻，供學(xué)生課后自學(xué)和鞏固知識(shí)。教學(xué)過(guò)程1.導(dǎo)入（約5分鐘）

-激發(fā)興趣：通過(guò)提問(wèn)學(xué)生關(guān)于日常生活中遇到的道路標(biāo)識(shí)和交通規(guī)則，引出機(jī)器人巡線的重要性。

-回顧舊知：簡(jiǎn)要回顧之前學(xué)習(xí)過(guò)的機(jī)器人編程基礎(chǔ)，如運(yùn)動(dòng)控制、傳感器使用等。

2.新課呈現(xiàn)（約20分鐘）

-講解新知：詳細(xì)講解巡線機(jī)器人的工作原理，包括紅外傳感器、循線算法和編程邏輯。

-舉例說(shuō)明：通過(guò)展示巡線機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用視頻，讓學(xué)生直觀理解巡線過(guò)程。

-互動(dòng)探究：組織學(xué)生討論巡線算法的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，鼓勵(lì)他們提出自己的改進(jìn)想法。

3.實(shí)踐操作（約30分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生分組，每組一臺(tái)spike機(jī)器人，按照教師指導(dǎo)進(jìn)行巡線編程。

-教師指導(dǎo)：教師巡視指導(dǎo)，解答學(xué)生在編程過(guò)程中遇到的問(wèn)題，確保學(xué)生正確理解并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

4.巡線編程（約20分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，編寫(xiě)巡線機(jī)器人的控制程序。

-教師指導(dǎo)：教師提供編程模板，幫助學(xué)生快速入門，并逐步提高編程水平。

5.調(diào)試與優(yōu)化（約20分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人巡線實(shí)驗(yàn)，觀察巡線效果，并根據(jù)反饋進(jìn)行程序調(diào)試。

-教師指導(dǎo)：教師講解調(diào)試技巧，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題原因，并提出優(yōu)化方案。

6.小組展示（約10分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：每組選派代表展示自己的巡線機(jī)器人，講解編程思路和優(yōu)化過(guò)程。

-教師點(diǎn)評(píng)：教師對(duì)學(xué)生的展示進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，鼓勵(lì)學(xué)生分享經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)方法。

7.總結(jié)與反思（約5分鐘）

-教師總結(jié)：回顧本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)巡線機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值。

-學(xué)生反思：學(xué)生回顧學(xué)習(xí)過(guò)程，反思自己在編程和調(diào)試中遇到的問(wèn)題和收獲。

8.課后作業(yè)（約5分鐘）

-教師布置：布置課后作業(yè)，要求學(xué)生完成巡線機(jī)器人的拓展編程任務(wù)，如增加避障功能等。

-學(xué)生了解：學(xué)生了解作業(yè)要求，為課后學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

整個(gè)教學(xué)過(guò)程注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)分組討論、實(shí)驗(yàn)操作和小組展示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)生學(xué)習(xí)效果1.編程能力提升：學(xué)生在本節(jié)課中學(xué)習(xí)了巡線機(jī)器人的編程方法，掌握了使用紅外傳感器進(jìn)行路徑檢測(cè)和控制的編程技巧。學(xué)生能夠編寫(xiě)簡(jiǎn)單的循線程序，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的基本巡線功能，這無(wú)疑提升了他們的編程能力。

2.問(wèn)題解決能力增強(qiáng)：在調(diào)試巡線機(jī)器人的過(guò)程中，學(xué)生遇到了各種問(wèn)題，如程序運(yùn)行不正常、機(jī)器人無(wú)法準(zhǔn)確循線等。通過(guò)教師的指導(dǎo)和同學(xué)之間的討論，學(xué)生學(xué)會(huì)了分析問(wèn)題、查找原因和解決問(wèn)題的方法，增強(qiáng)了他們的問(wèn)題解決能力。

3.團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)培養(yǎng)：本節(jié)課采用小組合作的方式進(jìn)行，學(xué)生在分組討論和共同完成編程任務(wù)的過(guò)程中，學(xué)會(huì)了如何與團(tuán)隊(duì)成員溝通、協(xié)作，共同克服困難。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和集體榮譽(yù)感。

4.創(chuàng)新思維激發(fā)：學(xué)生在學(xué)習(xí)巡線機(jī)器人的基礎(chǔ)上，思考如何改進(jìn)算法，增加機(jī)器人的功能，如避障、跟隨等。這種創(chuàng)新思維的學(xué)習(xí)過(guò)程，激發(fā)了學(xué)生對(duì)機(jī)器人編程的探索欲望，為今后的深入學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

5.理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合：本節(jié)課將理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，讓學(xué)生在實(shí)際編程過(guò)程中理解抽象的概念，加深對(duì)知識(shí)的理解。這種教學(xué)方式有助于學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中，提高學(xué)習(xí)的實(shí)用性。

6.自主學(xué)習(xí)能力提高：在課后作業(yè)中，學(xué)生需要完成拓展編程任務(wù)，這要求他們?cè)谡n后自學(xué)相關(guān)知識(shí)，提高自主學(xué)習(xí)能力。通過(guò)自主完成作業(yè)，學(xué)生能夠更好地掌握所學(xué)知識(shí)，并培養(yǎng)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

7.科學(xué)素養(yǎng)提升：學(xué)習(xí)巡線機(jī)器人的過(guò)程中，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了編程知識(shí)，還了解了紅外傳感器、循線算法等科學(xué)原理。這有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣。板書(shū)設(shè)計(jì)①重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：

-巡線機(jī)器人工作原理

-紅外傳感器原理與應(yīng)用

-循線算法基礎(chǔ)

-編程步驟及注意事項(xiàng)

②關(guān)鍵詞句：

-紅外發(fā)射器與接收器

-信號(hào)強(qiáng)度與循線

-編程邏輯：條件判斷與循環(huán)

-調(diào)試方法：觀察與調(diào)整

③板書(shū)布局：

1.巡線機(jī)器人簡(jiǎn)介

-工作原理圖

-紅外傳感器位置

2.紅外傳感器原理

-發(fā)射與接收

-信號(hào)強(qiáng)度與距離

3.循線算法基礎(chǔ)

-檢測(cè)線跡

-調(diào)整方向

4.編程步驟

-初始化

-循環(huán)檢測(cè)

-調(diào)整速度和方向

5.注意事項(xiàng)

-傳感器校準(zhǔn)

-編程調(diào)試技巧課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)課堂小結(jié)：

在本節(jié)課中，我們學(xué)習(xí)了巡線機(jī)器人的基本原理、紅外傳感器的應(yīng)用以及循線算法的編程。以下是對(duì)本節(jié)課內(nèi)容的簡(jiǎn)要總結(jié)：

1.巡線機(jī)器人工作原理：通過(guò)紅外傳感器檢測(cè)地面上的線條，機(jī)器人根據(jù)接收到的信號(hào)調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)循線行走。

2.紅外傳感器原理：紅外傳感器通過(guò)發(fā)射和接收紅外線來(lái)檢測(cè)物體或線條，具有響應(yīng)速度快、距離測(cè)量準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

3.循線算法基礎(chǔ)：巡線算法主要包括檢測(cè)線跡、調(diào)整方向和速度等步驟，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的循線功能。

4.編程步驟：初始化、循環(huán)檢測(cè)、調(diào)整速度和方向。初始化階段設(shè)置機(jī)器人初始狀態(tài)；循環(huán)檢測(cè)階段不斷檢測(cè)地面線條，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整方向和速度；調(diào)整速度和方向階段根據(jù)檢測(cè)到的線條位置和信號(hào)強(qiáng)度，調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

當(dāng)堂檢測(cè)：

為了檢測(cè)學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容的掌握程度，以下是一些檢測(cè)題目：

1.簡(jiǎn)述巡線機(jī)器人工作原理，并說(shuō)明紅外傳感器在其中的作用。

2.解釋紅外傳感器檢測(cè)線條的原理，以及如何根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向。

3.編寫(xiě)一段巡線程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿地面線條行走，要求包含初始化、循環(huán)檢測(cè)和調(diào)整速度與方向等步驟。

4.分析以下巡線程序中的錯(cuò)誤，并提出修改建議：

```python

whileTrue:

ifsensor_value>threshold:

motor_speed=100

else:

motor_speed=0

```

5.請(qǐng)說(shuō)明在調(diào)試巡線機(jī)器人時(shí)，可能遇到的問(wèn)題及解決方法。重點(diǎn)題型整理1.題型一：編寫(xiě)巡線機(jī)器人初始化程序

-題目：編寫(xiě)一段初始化程序，設(shè)置巡線機(jī)器人的初始狀態(tài)，包括速度、方向等。

-答案示例：

```python

#設(shè)置初始速度

motor_speed=50

#設(shè)置初始方向

motor_direction="forward"

#設(shè)置傳感器閾值

sensor_threshold=500

#初始化傳感器

sensor_value=read_sensor_value()

```

2.題型二：編寫(xiě)循線檢測(cè)程序

-題目：編寫(xiě)一段循線檢測(cè)程序，當(dāng)傳感器檢測(cè)到線條時(shí)，調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

else:

motor_speed=100

motor_direction="left"

#更新機(jī)器人狀態(tài)

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

3.題型三：編寫(xiě)避障程序

-題目：在巡線程序中增加避障功能，當(dāng)機(jī)器人檢測(cè)到障礙物時(shí)，停止運(yùn)動(dòng)并轉(zhuǎn)向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

else:

#檢測(cè)到障礙物

motor_speed=0

motor_direction="left"

#延時(shí)一段時(shí)間后重新檢測(cè)

delay(1000)

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value<=sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

#更新機(jī)器人狀態(tài)

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

4.題型四：編寫(xiě)巡線機(jī)器人速度調(diào)整程序

-題目：編寫(xiě)一段程序，根據(jù)傳感器檢測(cè)到的線條強(qiáng)度調(diào)整機(jī)器人的速度。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

else:

motor_speed=50

#更新機(jī)器人狀態(tài)

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

5.題型五：編寫(xiě)巡線機(jī)器人方向調(diào)整程序

-題目：編寫(xiě)一段程序，根據(jù)傳感器檢測(cè)到的線條位置調(diào)整機(jī)器人的方向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"