深圳市青少年宮spike機器人課程第十三課橢圓漫步機-教學設計授課內容授課時數授課班級授課人數授課地點授課時間課程基本信息1.課程名稱：深圳市青少年宮spike機器人課程第十三課橢圓漫步機-教學設計

2.教學年級和班級：六年級2班

3.授課時間：星期三下午第二節課

4.教學時數：1課時

??在這堂課里，我們要一起探索機器人運動的奧秘，將書本上的知識變為現實中機器人運動的生動場景。讓我們一起動手，讓spike機器人跳起一段“橢圓漫步舞”！????????核心素養目標分析1.創新思維：激發學生對機器人編程的創造力，學會運用編程知識解決實際問題。

2.實踐能力：通過動手操作，提高學生的實踐操作技能，鍛煉學生的動手能力和團隊協作能力。

3.問題解決：在課程中，學生將學會分析問題、設計解決方案，并逐步實現目標，培養解決問題的能力。

4.信息技術素養：了解機器人編程的基本原理，提高學生對信息技術的理解和應用能力。重點難點及解決辦法重點：

1.橢圓漫步機的編程邏輯：理解并掌握橢圓運動的編程方法，使學生能夠將理論知識應用到實際編程中。

2.傳感器數據的讀取與應用：學習如何使用傳感器讀取數據，并將其應用于機器人運動控制。

難點：

1.編程的復雜度：對于初學者來說，編程邏輯可能較為復雜，需要學生具備一定的邏輯思維能力。

2.傳感器應用技巧：正確使用傳感器，使其在機器人運動中發揮預期效果，需要學生掌握一定的實踐技巧。

解決辦法：

1.通過分步驟講解和示范，將編程邏輯分解為簡單易懂的小步驟，幫助學生逐步掌握。

2.通過實際操作練習，讓學生在操作過程中熟悉傳感器使用方法，提高應用技巧。同時，鼓勵學生之間互相討論，共同解決問題。教學方法與手段教學方法：

1.講授法：通過生動形象的講解，幫助學生理解橢圓漫步機的編程原理。

2.實驗法：引導學生動手實踐，通過實際操作加深對編程邏輯的理解。

3.討論法：鼓勵學生分組討論，共同解決編程過程中遇到的問題，培養團隊協作能力。

教學手段：

1.多媒體演示：利用PPT展示橢圓漫步機的運動軌跡，直觀展示編程效果。

2.機器人編程軟件：使用spike機器人編程軟件，讓學生在虛擬環境中進行編程練習。

3.傳感器操作演示：通過視頻或現場演示，讓學生直觀了解傳感器的工作原理和應用方法。教學過程設計**導入環節（5分鐘）**

-**情境創設**：播放一段機器人舞蹈視頻，引導學生觀察機器人的運動軌跡。

-**提出問題**：“同學們，你們知道機器人是如何實現這樣優美的運動嗎？”

-**激發興趣**：“今天，我們就來學習如何用編程讓我們的spike機器人跳起一段橢圓漫步舞。”

**講授新課（15分鐘）**

1.**橢圓運動原理**：

-講解橢圓運動的基本原理，介紹橢圓方程。

-用時：5分鐘

2.**spike機器人編程**：

-介紹spike機器人的編程環境，展示編程界面。

-講解如何編寫程序使機器人實現橢圓運動。

-用時：5分鐘

3.**傳感器應用**：

-介紹傳感器的作用，講解如何讀取傳感器數據。

-展示傳感器在橢圓漫步機中的應用。

-用時：5分鐘

**鞏固練習（20分鐘）**

1.**分組練習**：

-將學生分成小組，每組一臺spike機器人。

-每組根據所學知識，嘗試編寫程序使機器人完成橢圓運動。

-用時：10分鐘

2.**討論與反饋**：

-小組內討論編程過程中遇到的問題，互相幫助解決問題。

-教師巡回指導，提供必要的幫助和反饋。

-用時：10分鐘

**課堂提問（5分鐘）**

-**提問環節**：

-教師針對橢圓運動原理和編程方法提出問題，檢查學生對知識的掌握情況。

-學生回答問題，教師給予點評和指導。

-用時：5分鐘

**師生互動環節（5分鐘）**

-**互動討論**：

-教師提出一個與橢圓運動相關的實際問題，讓學生分組討論解決方案。

-學生展示討論結果，教師點評并總結。

-用時：5分鐘

**總結與拓展（5分鐘）**

-**總結**：

-教師總結本節課的重點內容，強調橢圓運動原理和編程方法的重要性。

-用時：2分鐘

-**拓展**：

-提出一些與橢圓運動相關的拓展問題，鼓勵學生課后進一步探索。

-用時：3分鐘

**總計用時：45分鐘**教學資源拓展1.拓展資源：

-**機器人運動控制原理**：介紹機器人運動控制的基本原理，包括伺服電機、步進電機的工作原理，以及PID控制算法在機器人運動控制中的應用。

-**傳感器技術**：探討不同類型傳感器的工作原理和應用場景，如紅外傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器等。

-**編程語言基礎**：介紹常用的機器人編程語言，如Python、C++等，以及它們在機器人編程中的應用。

-**機器人歷史與發展**：簡要介紹機器人技術的發展歷程，以及不同時期機器人技術的特點。

2.拓展建議：

-**學生實踐項目**：鼓勵學生設計并實現一個簡單的機器人運動項目，如自動跟隨、避障等，以加深對機器人運動控制的理解。

-**傳感器應用研究**：讓學生選擇一種傳感器，研究其在機器人運動控制中的應用，如使用紅外傳感器實現機器人自動尋跡。

-**編程語言學習**：推薦學生利用在線資源或編程書籍學習Python或C++等編程語言，為后續的機器人編程打下基礎。

-**機器人競賽參與**：鼓勵學生參加機器人競賽，如機器人足球賽、機器人舞蹈賽等，通過競賽提升實踐能力和團隊協作能力。

-**閱讀相關書籍**：推薦閱讀《機器人技術基礎》、《機器人編程入門》等書籍，以獲得更深入的知識和技能。

-**網絡課程學習**：推薦學生觀看一些在線課程，如Coursera、edX等平臺上的機器人編程課程，拓寬知識面。

-**實驗室參觀**：組織學生參觀機器人實驗室，了解最新的機器人技術和研究成果。

-**專家講座**：邀請機器人領域的專家進行講座，讓學生直接了解行業動態和發展趨勢。典型例題講解1.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人沿著橢圓軌跡運動，橢圓的長半軸為10cm，短半軸為5cm。

**解答**：

-首先，我們需要確定橢圓的長半軸和短半軸長度，這里分別為10cm和5cm。

-使用橢圓方程\(x^2/a^2+y^2/b^2=1\)，其中\(a\)是長半軸，\(b\)是短半軸。

-將\(a\)和\(b\)的值代入方程，得到\(x^2/10^2+y^2/5^2=1\)。

-編寫程序時，我們需要根據機器人的移動步長和傳感器數據來調整運動軌跡。

-以下是一個簡化的程序示例：

```python

importtime

a=10#長半軸長度

b=5#短半軸長度

step_length=1#機器人每步移動的長度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉換為弧度

x=a*(1-(b**2/(a**2+b**2))*(1-cos(angle)))

y=b*(1-(a**2/(a**2+b**2))*(1-cos(angle)))

move_to(x,y)#假設move_to函數控制機器人移動到指定位置

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```

2.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人從原點開始，沿著一個半徑為15cm的圓周運動。

**解答**：

-圓周運動的方程為\(x=r\cdot\cos(\theta)\)，\(y=r\cdot\sin(\theta)\)，其中\(r\)是圓的半徑，\(\theta\)是角度。

-以下是一個簡單的程序示例：

```python

importtime

r=15#圓的半徑

step_length=1#機器人每步移動的長度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉換為弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

move_to(x,y)#假設move_to函數控制機器人移動到指定位置

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```

3.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人從原點開始，沿著一個半徑為20cm的圓周運動，并逐漸減小速度。

**解答**：

-在圓周運動的基礎上，增加一個逐漸減小的速度控制，以下是一個示例：

```python

importtime

r=20#圓的半徑

step_length=1#機器人每步移動的長度

max_speed=10#最大速度

speed_reduction=0.1#每次循環速度減少的量

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉換為弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

speed=max_speed-(i*speed_reduction)#逐漸減小速度

move_to(x,y,speed)#假設move_to函數控制機器人移動到指定位置，并接受速度參數

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```

4.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人從原點開始，沿著一個半徑為30cm的圓周運動，并在運動到一半時改變方向，繼續沿相反方向運動。

**解答**：

-在圓周運動的基礎上，增加一個方向改變的條件，以下是一個示例：

```python

importtime

r=30#圓的半徑

step_length=1#機器人每步移動的長度

half_angle=180#改變方向的角度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉換為弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

ifi>=half_angle:

angle=360-angle#改變方向

move_to(x,y)#假設move_to函數控制機器人移動到指定位置

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```

5.**例題**：編寫一個程序，使spike機器人從原點開始，沿著一個半徑為25cm的圓周運動，并在運動到特定角度時停止。

**解答**：

-在圓周運動的基礎上，增加一個停止條件，以下是一個示例：

```python

importtime

r=25#圓的半徑

step_length=1#機器人每步移動的長度

stop_angle=90#停止運動的角度

foriinrange(360):

angle=i*3.14159/180#將角度轉換為弧度

x=r*cos(angle)

y=r*sin(angle)

ifi>=stop_angle:

break#達到停止角度時停止運動

move_to(x,y)#假設move_to函數控制機器人移動到指定位置

time.sleep(0.1)#控制運動速度

```教學評價與反饋1.課堂表現：

-**學生參與度**：觀察學生在課堂上的參與程度，包括提問、回答問題和參與討論的積極性。

-**注意力集中**：評估學生在課堂上的注意力集中程度，是否能跟隨教師的教學節奏。

-**動手實踐**：記錄學生在動手實踐環節的參與情況和操作熟練度。

2.小組討論成果展示：

-**合作精神**：評價學生在小組討論中的合作精神和團隊協作能力。

-**創新思維**：觀察學生在討論中提出的創新性觀點和解決方案。

-**問題解決**：評估學生是否能有效運用所學知識解決問題，并提出合理的改進建議。

3.隨堂測試：

-**基礎知識掌握**：通過隨堂測試評估學生對橢圓運動原理和編程基礎知識的掌握程度。

-**應用能力**：測試學生將理論知識應用到實際問題解決中的能力。

-**錯誤分析**：分析學生在測試中的錯誤，了解其對知識的理解和應用上的薄弱環節。

4.個體評價：

-**進步情況**：記錄每個學生在課堂上的進步情況，包括知識掌握、技能提升和態度轉變。

-**個性化反饋**：根據每個學生的特點，給予個性化的反饋，鼓勵學生的長處，指出需要改進的地方。

5.教師評價與反饋：

-**教學目標達成**：針對教學目標達成情況，評價教學效果，包括學生對新知識的理解和掌握程度。

-**教學方法適用性**：根據學生的學習反饋