《有趣的超聲波傳感器》教學(xué)設(shè)計(jì)--郝勁峰

1、綜合實(shí)踐研究性學(xué)習(xí)開(kāi)展創(chuàng)新性活動(dòng) 品位創(chuàng)新的快樂(lè)有趣的超聲波傳感器北京市豐臺(tái)區(qū)豐臺(tái)第五小學(xué)郝勁峰一、指導(dǎo)思想與理論依據(jù)（一）指導(dǎo)思想綜合實(shí)踐的總目標(biāo)是密切學(xué)生與生活的聯(lián)系，推進(jìn)學(xué)生對(duì)自然、社會(huì)和自我之內(nèi)在聯(lián)系的整體認(rèn)識(shí)與體驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力以及良好的個(gè)性品質(zhì)。（二）理論依據(jù)1 .堅(jiān)持學(xué)生的自主選擇和主動(dòng)參與，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力綜合實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施要以學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)或體驗(yàn)為基礎(chǔ)，將學(xué)生的需要、動(dòng)機(jī)和興趣置于核心地位，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，鼓勵(lì)學(xué)生自主選擇活動(dòng)主題，積極開(kāi)展活動(dòng)，在活 動(dòng)中發(fā)展創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。2 .面向?qū)W生完整的生活領(lǐng)域，為學(xué)生提供開(kāi)放的個(gè)性發(fā)展空

2、間綜合實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施是面向?qū)W生完整的生活領(lǐng)域，引領(lǐng)學(xué)生走向現(xiàn)實(shí)的社會(huì)生活，促進(jìn)學(xué)生與生活的聯(lián)系，為學(xué)生的個(gè)性發(fā)展提供開(kāi)放的空間。3 .注重學(xué)生的親身體驗(yàn)和積極實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的變革綜合實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施強(qiáng)調(diào)學(xué)生樂(lè)于探究、勤于動(dòng)手和勇于實(shí)踐，注重學(xué)生在實(shí)踐性學(xué)習(xí) 活動(dòng)過(guò)程中的體驗(yàn)和感受，要求學(xué)生超越單一的接受學(xué)習(xí)，親身經(jīng)歷實(shí)踐過(guò)程，體驗(yàn)實(shí)踐活 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的變革。二、教材分析1 .教學(xué)內(nèi)容：有趣的超聲波傳感器是我校自主開(kāi)發(fā)的機(jī)器人校本課程中的四年級(jí)部分。本課共分 為兩課時(shí)，第一課時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)超聲波的概念，理解超聲波傳感器測(cè)距的原理，并能夠 使用超聲波進(jìn)行實(shí)際距離的測(cè)量。本節(jié)課重點(diǎn)在與超聲波

3、在程序中的應(yīng)用，通過(guò)超聲波等待 模塊的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車(chē)，機(jī)器人避障的效果，讓學(xué)生感受程序與傳感器共用所帶來(lái)的神 奇與樂(lè)趣。2 .知識(shí)背景：（1）聲 波：發(fā)聲體產(chǎn)生的振動(dòng)在空氣或其他物質(zhì)中的傳播叫做聲波。根據(jù)震動(dòng)頻率及人耳朵能夠聽(tīng)到的范圍分為次聲波（震動(dòng)頻率 20赫茲一下），聲波（震動(dòng)頻率在 20-20000赫茲 之間），超聲波（震動(dòng)頻率在 20000赫茲以上）（2）超聲波：聲音的震動(dòng)頻率在 20000赫茲以上，超出人耳朵能夠聽(tīng)到的范圍的聲波。超 聲波具有良好的指向性、傳導(dǎo)性。（3）超聲波傳感器：將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）的傳感器。，多用 于測(cè)距、醫(yī)療檢查、金屬探傷、雷達(dá)等

4、設(shè)計(jì)，為人們的工作和生活提供了方便。自主課堂呈現(xiàn)精彩實(shí)踐研究成就幸福型次聲灑一 聲被 _ 超聲波波*rk1IO1 IO2 1OJ 104 IO5 1 ?10 燦作為教師，選擇的活動(dòng)載體，一定要既具有普遍性，同時(shí)又能夠突顯出教育目標(biāo)。在活 動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生的主要精力應(yīng)放在對(duì)方法的掌握和運(yùn)用上，盡量避免過(guò)難的知識(shí)對(duì)主要教學(xué) 目標(biāo)的達(dá)成產(chǎn)生較大的干擾和阻礙。本次活動(dòng)方案選擇“超聲波”作為活動(dòng)的載體，有兩層含 義：從生活中看，超聲波是聲音的一種，源于學(xué)生的生活；從科學(xué)上看超聲波又具有很多有 神奇的特性，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣和求知欲。三、學(xué)情分析本課是四年級(jí)的活動(dòng)內(nèi)容，學(xué)生具備一定的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。在

5、進(jìn)行這一課前，學(xué) 生已經(jīng)掌握了機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)與技能，對(duì)機(jī)器人的搭建和程序的編寫(xiě)有了一年的基礎(chǔ)，并 理解認(rèn)識(shí)了超聲波的概念及測(cè)距原理，并能夠使用超聲波傳感器進(jìn)行正確測(cè)距。我校地處豐臺(tái)腹地，2008年就將機(jī)器人引入學(xué)校，學(xué)校有豐富的科技活動(dòng)，學(xué)生受學(xué)校 家庭熏陶和環(huán)境的影響，從小就有強(qiáng)烈的好奇心、創(chuàng)造能力和參與意識(shí)。四、教學(xué)流程示意圖復(fù)習(xí)超聲波傳感器測(cè)距原理挑戰(zhàn)任務(wù)一：自動(dòng)剎車(chē)機(jī)器人超聲波等待模塊的初步使挑戰(zhàn)任務(wù)二：有效距離測(cè)試培養(yǎng)學(xué)生勇于嘗試和探索挑戰(zhàn)任務(wù)三：避障機(jī)器人初級(jí)挑戰(zhàn)任務(wù)四：避障機(jī)器人進(jìn)階組內(nèi)分工、討論、調(diào)試具體問(wèn)題的解決能力評(píng)估、記錄其他組作品總結(jié)提高、反思拓展五、教學(xué)目標(biāo)1 .理

6、解超聲波測(cè)距的原理2 .能夠使用超聲波傳感器測(cè)量距離，并認(rèn)識(shí)了解超聲波在生活中的應(yīng)用3 .掌握超聲波傳感器等待模塊的應(yīng)用，并利用此模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)程序?qū)嵗? .養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的研究作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生善于思考、積極解決問(wèn)題的科學(xué)精神。六、教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：本課的重點(diǎn)是超聲波傳感器應(yīng)用的原理及等待模塊的使用，要求學(xué)生能夠熟練使用超聲波 傳感器的等待模塊完成課堂中的最終避障機(jī)器人的調(diào)試。教學(xué)難點(diǎn)：超聲波傳感器等待模塊的理解，學(xué)生以前所學(xué)習(xí)的都是順序程序，超聲波傳感器的等待模 塊可以認(rèn)為是分支程序的另一種形式，即當(dāng)條件達(dá)成后如何執(zhí)行，當(dāng)條件未達(dá)成時(shí)如何執(zhí)行，學(xué)生 如何理解是本課的關(guān)鍵。七、教具準(zhǔn)備樂(lè)高公司生產(chǎn)

7、的EV3教育機(jī)器人，它是一套具有很高科技含量的智能化科學(xué)教育系統(tǒng)。特點(diǎn)是用計(jì)算機(jī)編程，單板機(jī)控制，多種傳感器，電動(dòng)機(jī)、燈泡、喇叭輸出的智能化系統(tǒng)。課堂中每一個(gè)小組使用一套包含 700多個(gè)積木零件及各種傳感器的教學(xué)材料。現(xiàn)在學(xué)生不缺乏創(chuàng)新精神，而他們少的是將創(chuàng)新思路轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際物品的載體，而樂(lè)高機(jī)器人中種類繁多的零部件就可以很好地達(dá)成學(xué)生將設(shè)想轉(zhuǎn)為實(shí)際的目的。使用樂(lè)高，“只有想不到的，沒(méi)有做不到的?！彪娊淘O(shè)備：計(jì)算機(jī)、視頻投影、實(shí)物展臺(tái)。九、教學(xué)過(guò)程實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主成長(zhǎng)的思路與方法一、導(dǎo)入問(wèn)題導(dǎo)入，我們?cè)谏弦还?jié)課對(duì)超聲波傳感器有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)了解。其中超聲波傳感器一個(gè)最重要的功能就是測(cè)量距離，郝老師

8、前幾天帶領(lǐng)機(jī)器人小組的同學(xué)剛參加完創(chuàng)客競(jìng)賽，他們做了一個(gè)自動(dòng)升降吸收臺(tái)，大家觀察一下，這個(gè)自動(dòng)升降洗手臺(tái)能夠根據(jù)來(lái)的人的身高自動(dòng)調(diào)節(jié)洗手臺(tái)的高度，那么你觀察一下它最上面的超聲波傳感器能夠起什么作用？它的工作原理是什么呢?二、新授我們利用超聲波傳感器測(cè)距的功能可以實(shí)現(xiàn)很多有意思的程序設(shè)計(jì)。今天我們就一起嘗試體驗(yàn)一 下超聲波傳感器的神奇.任務(wù)一：自動(dòng)剎車(chē)機(jī)器人在我們的生活中超聲波傳感器的應(yīng)用非常廣泛，最常見(jiàn)的比如我們汽車(chē)的倒車(chē)?yán)走_(dá)，當(dāng)汽車(chē)倒車(chē)的 時(shí)候它可以幫助檢測(cè)后方障礙物，通過(guò)聲音做出提醒。汽車(chē)安全配置中現(xiàn)在出現(xiàn)了一個(gè)非常人性化的高科技配置，并且已經(jīng)開(kāi)始廣泛配置在咱們的家用汽 車(chē)上，那就是自動(dòng)剎

9、車(chē)系統(tǒng)，當(dāng)檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)就能自動(dòng)剎停。車(chē)頭的前方也安裝了一個(gè)類似 超聲波傳感器的設(shè)備，時(shí)刻監(jiān)測(cè)前方的情況，一旦前方出現(xiàn)了障礙物，它就能夠幫助你把車(chē)剎停！它是如何實(shí)現(xiàn)的呢？我們今天就通過(guò)我們的機(jī)器人來(lái)體會(huì)這一神奇的功能。教師出示任務(wù)一：制作自動(dòng)剎車(chē)機(jī)器人，要求機(jī)器人前進(jìn)，在障礙物前20厘米處停車(chē)。教師黑板演示黑板右側(cè)畫(huà)一個(gè)長(zhǎng)方形障礙物，教師拿機(jī)器人為學(xué)生演示機(jī)器人行進(jìn)的過(guò)程，一邊演示一邊出示板 書(shū)：1、機(jī)器人首先要前進(jìn)，這次的前進(jìn)還是一圈兩圈嗎？不是，是一直前進(jìn)，所以一會(huì)我們所使用的 模塊是移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊中的開(kāi)啟。板書(shū)出示：一前進(jìn)2、機(jī)器人在前進(jìn)的過(guò)程中一直要等待超聲波傳感器來(lái)檢測(cè)前方障礙物

10、的距離。板書(shū)出示：一等待 超聲波檢測(cè)距離3、機(jī)器人一直向前走，當(dāng)距離障礙物的距離小于安全距離時(shí)，（板書(shū)虛線，作為安全距離），停 止，使用移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊選擇關(guān)閉。教師演示，拖動(dòng)一個(gè)移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊，選擇開(kāi)啟。引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)該是一直往前走，等待超聲波檢測(cè)到前方的障礙物。所以移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊設(shè)置為開(kāi)啟。今天我們將學(xué)習(xí)一個(gè)新的模塊，等待模塊，在流程控制選項(xiàng)卡中， 有一個(gè)小沙漏，它叫做等待模塊,可以等待時(shí)間，比如說(shuō)我們的大眼睛持續(xù)顯示5秒，也可以是等待某種條件，如今天我們將要選擇的超神波傳感器 一比較一距離為了我們的機(jī)器人能在一個(gè)安全距離停下來(lái)，我們將距離設(shè)置為小于20厘米，當(dāng)機(jī)器人檢測(cè)到距離小于20厘米后，該讓機(jī)器

11、人干什么了？停車(chē)，所以我們需要在第二個(gè)模塊的后面添加一個(gè)停車(chē)的模 塊，停車(chē)的模塊如何來(lái)制作呢，在這里老師給一個(gè)提醒，可以用移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊來(lái)做，該如何做呢？自 己試試看吧。比一比誰(shuí)的小車(chē)能夠自動(dòng)停下來(lái)。任務(wù)二：自動(dòng)剎車(chē)機(jī)器人進(jìn)階如果能夠停車(chē)成功，可以挑戰(zhàn)高難度任務(wù)，看看能夠在多少厘米距離停下。并思考以下問(wèn)題：1 .我們的超聲波傳感器能夠精確測(cè)量的最近距離是多少呢？2 .如果低于這個(gè)距離會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？3 .為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？任務(wù)三：避障機(jī)器人初級(jí)隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的汽車(chē)駕駛也有了新的進(jìn)步，并且很多公司都已經(jīng)研制出來(lái)并進(jìn)行試驗(yàn)了,你們知道這個(gè)技術(shù)是什么嗎？我們利用我們今天所學(xué)習(xí)的知識(shí)也可以完

12、成一個(gè)最簡(jiǎn)單的自動(dòng)駕駛機(jī)器 人，我們稱之為避障機(jī)器人。我們的機(jī)器人不僅僅在遇到障礙物的時(shí)候可以停下來(lái)，甚至可以轉(zhuǎn)彎自動(dòng)躲避障礙，該如何制作程序呢？教師演示，機(jī)器人前進(jìn)、等待超聲波、停止后需要做什么動(dòng)作？學(xué)生回答“左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)”，教師板書(shū)匚 跟問(wèn)：轉(zhuǎn)彎之后又該怎么樣了？學(xué)生回答：繼續(xù)前進(jìn)，等待超聲波檢測(cè)教師跟問(wèn)：機(jī)器人在一次次的重復(fù)相同的動(dòng)作，所以我們要在最外面加上一個(gè)循環(huán)模塊教師板書(shū)學(xué)生實(shí)踐操作，制作避障機(jī)器人。比一比誰(shuí)的機(jī)器人能夠在桌子上行走二十秒鐘而不撞到障礙物,提示，因?yàn)樽雷拥倪叡容^低，所以可以用手在桌邊外攔擋。任務(wù)四：提問(wèn)：我們?nèi)绾巫屛覀兊谋苷蠙C(jī)器人更穩(wěn)定呢？對(duì)照程序，與學(xué)生一起分析提高

13、避障機(jī)器人穩(wěn)定性可行的方法：可以前進(jìn)的速度，檢測(cè)的距離、轉(zhuǎn)彎的角度都可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。給大家五分鐘調(diào)整測(cè)試時(shí)間，五分鐘后我們進(jìn)行比賽。任務(wù)五：學(xué)生調(diào)整對(duì)應(yīng)參數(shù)后進(jìn)行兩輪比賽，避障機(jī)器人20秒競(jìng)賽，看誰(shuí)能夠堅(jiān)持住 20秒不碰到桌子的邊沿。三、總結(jié)你都進(jìn)行了哪些調(diào)整，說(shuō)一說(shuō)你成功的經(jīng)驗(yàn)。延展，超聲波傳感器除了制作壁障機(jī)器人和自動(dòng)剎車(chē)機(jī)器人外還可以有很多應(yīng)用，如自動(dòng)門(mén)，如 自動(dòng)上水系統(tǒng)為學(xué)生演示一些超聲波應(yīng)用的作品。希望你能夠通過(guò)機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)，使用超聲波 傳感器發(fā)明創(chuàng)造出屬于你的作品來(lái)！同時(shí)為大家留一個(gè)作業(yè)：思考一下，真正的自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)是分幾種情況的，當(dāng)比較遠(yuǎn)的時(shí)候發(fā)出 警報(bào)，并開(kāi)始減速，當(dāng)接

14、近物體時(shí)停車(chē)，這個(gè)程序我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)。課下留給同學(xué)們思考，我們下次 課一起繼續(xù)探討。板書(shū)設(shè)計(jì)有趣的超聲波傳感器廣,障礙物前進(jìn)等待超聲波檢測(cè)停止10厘米十、課后反思超聲波傳感器是機(jī)器人課程中比較重要的一課內(nèi)容，四年級(jí)作為程序的進(jìn)階學(xué)習(xí)，要求通過(guò)一年的機(jī)器人課程學(xué)習(xí)，能夠?qū)W習(xí)認(rèn)識(shí)程序設(shè)計(jì)的三大結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)掌握四種EV3傳感器的原理及作用，并能夠簡(jiǎn)單的程序應(yīng)用。超聲波傳感器在本次教學(xué)中共分為兩課時(shí)，第一課時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)理解超聲波的概念，及使用控制器進(jìn) 行超聲波測(cè)量距離的方法，第二課時(shí)，學(xué)習(xí)掌握超聲波等待模塊的應(yīng)用，掌握基本的超聲波傳感器的使用 方法。第一課時(shí)通過(guò)測(cè)量桌子、椅子及同學(xué)之間的身高，讓學(xué)生理解超聲波傳感器的作用及方法，第二課時(shí) 通過(guò)自動(dòng)剎車(chē)機(jī)器人