給機(jī)器人裝眼睛

給機(jī)器人裝“眼睛”——看物體》教學(xué)設(shè)計(jì)深圳市龍崗區(qū)平湖中心小學(xué)胡玉珍一、教材分析《給機(jī)器人裝“眼睛”——看物體》是深圳版《信息技術(shù)》五年級(jí)上冊(cè)第二單元《機(jī)器人開(kāi)始行動(dòng)》的第一課。在前一個(gè)單元，學(xué)生了解了人類智能與人工智能的區(qū)別與聯(lián)系，學(xué)習(xí)了用諾寶器材如何拼裝一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人，理解了機(jī)器人的思維流程，掌握了簡(jiǎn)單的編程。本課起到承上啟下的作用，要求學(xué)生認(rèn)識(shí)紅外避障傳感器的組成及其工作原理，學(xué)習(xí)在程序中如何應(yīng)用紅外避障傳感器，掌握用流程控制模塊庫(kù)中的條件判斷循環(huán)模塊編寫程序的方法，能夠在仿真界面中設(shè)置仿真環(huán)境并測(cè)試機(jī)器人程序。基本對(duì)本課核心內(nèi)容的認(rèn)真研究與分析，本課教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)圍繞設(shè)計(jì)機(jī)器人避開(kāi)障礙物的程序而展開(kāi)。教材在內(nèi)容設(shè)置順序上，先是了解紅外避障傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理，接著為機(jī)器人設(shè)計(jì)避障程序，最后在仿真環(huán)境中測(cè)試程序。我在權(quán)衡了教學(xué)內(nèi)容的主次后，把本課的重點(diǎn)放在程序流程圖的設(shè)計(jì)與仿真障礙物環(huán)境設(shè)置兩個(gè)方面，簡(jiǎn)單處理紅外避障傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。二、學(xué)情分析五年級(jí)的學(xué)生在第一個(gè)單元的學(xué)習(xí)中已經(jīng)對(duì)諾寶機(jī)器人的硬件和軟件有了初步認(rèn)識(shí)。他們通過(guò)拼裝簡(jiǎn)單的輪式行走機(jī)器人，認(rèn)識(shí)了紅外避障傳感器、電機(jī)、主控盒等部件，也了解了機(jī)器人的工作原理——傳感器接收到的信號(hào)，傳給微電腦，微電腦經(jīng)過(guò)分析、判斷，發(fā)出指令，指揮機(jī)器人完成相應(yīng)的任務(wù)；他們通過(guò)編寫機(jī)器人畫圖的簡(jiǎn)單程序，熟悉了諾寶RC軟件的操作使用，知道如何添加模塊、設(shè)置模塊屬性以及在仿真界面讓機(jī)器人行走起來(lái)；他們通過(guò)對(duì)智能機(jī)器人一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，養(yǎng)成了閱讀課本、交流體會(huì)的習(xí)慣，學(xué)會(huì)了參照教材編寫的操作流程在計(jì)算機(jī)上完成程序的設(shè)計(jì)。三、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1．了解紅外避障傳感器的組成、工作原理；2．學(xué)會(huì)在程序中應(yīng)用紅外避障傳感器；3．學(xué)會(huì)用流程控制模塊中的條件判斷模塊編寫程序；4．學(xué)會(huì)在仿真界面中設(shè)置具有障礙物的仿真環(huán)境。（二）過(guò)程與方法1．視頻貫穿教學(xué)的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生理解概念、創(chuàng)設(shè)深入探究的情境。2．通過(guò)教師演示、引導(dǎo)，讓學(xué)生知道紅外避障傳感器的組成及工作原理；3．通過(guò)自主學(xué)習(xí)、師生共同探究，讓學(xué)生正確設(shè)計(jì)紅外避障機(jī)器人的程序流程圖，理解參數(shù)設(shè)置的作用；4．通過(guò)教師演示、引導(dǎo)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)在仿真平臺(tái)設(shè)置具有障礙物的仿真環(huán)境。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀仿真平臺(tái)測(cè)試避障機(jī)器人的趣味激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；程序設(shè)計(jì)的邏輯思維逐漸養(yǎng)成。四、教學(xué)重點(diǎn)1.學(xué)會(huì)避障程序流程圖的編寫，理解參數(shù)設(shè)置的作用；2.創(chuàng)建有障礙物的仿真環(huán)境。五、教學(xué)難點(diǎn)條件判斷模塊的參數(shù)設(shè)置及其作用；設(shè)置合理的有障礙物的仿真環(huán)境。六、教學(xué)關(guān)鍵條件判斷模塊的學(xué)習(xí)，采取學(xué)生自主學(xué)習(xí)與老師巧妙的引導(dǎo)及板書相結(jié)合的辦法，理解參數(shù)設(shè)置的作用；仿真障礙物設(shè)置時(shí)，老師先演示避障環(huán)境的設(shè)置，再讓學(xué)生設(shè)置，測(cè)試。教師不斷巡視，展示學(xué)生出現(xiàn)的一些不合理設(shè)置，從而讓學(xué)生設(shè)置出合理的障礙物環(huán)境。七、教學(xué)準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備：諾寶機(jī)器人一個(gè)，視頻三個(gè)，教學(xué)PPT，板書紙塊。學(xué)生準(zhǔn)備：課前預(yù)習(xí)第6課八、教學(xué)過(guò)程環(huán)節(jié)一：課堂導(dǎo)入PPT出示兩張機(jī)器人圖片:問(wèn)題1：讓學(xué)生觀察甲乙兩個(gè)機(jī)器人有什么不同并交流。問(wèn)題2：現(xiàn)在甲、乙兩個(gè)機(jī)器人，在走廊的通道上行走。請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察，它們行走時(shí)有什么特點(diǎn)？為什么？視頻1：（機(jī)器人巡邏——甲乙兩機(jī)器人，甲沒(méi)裝紅外避障傳感器，乙有裝。在巡邏時(shí)，甲橫沖直闖，四處碰壁；乙卻能夠自由行走，不會(huì)撞到墻壁。）學(xué)生交流，說(shuō)出自己認(rèn)為合理的答案。教師小結(jié)（機(jī)器人裝了眼睛才能看見(jiàn)物體），引出課題。（教師板書：第6課給機(jī)器人裝“眼睛”——看物體）。環(huán)節(jié)二：紅外避障的組成及工作原理1．紅外避障的組成。PPT出示乙機(jī)器人。教師引導(dǎo)：乙機(jī)器人的前方安裝的“眼睛”是紅外避障傳感器（如圖）。關(guān)于紅外避障傳感器的介紹，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)閱讀P20-P21頁(yè)的內(nèi)容，并完成下面的填空題：PPT出示：紅外避障傳感器相當(dāng)于機(jī)器人的 。它是由 和 組成，主要功能是 。學(xué)生閱讀之后進(jìn)行交流。2、紅外避障的工作原理。教師引導(dǎo)：猜猜哪只代表發(fā)射管，哪只代表接收管？

學(xué)生交流。教師PPT演示并講解：紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光，遇到物體反射給接收管，接收管把這個(gè)信息轉(zhuǎn)為電信號(hào)傳給微電腦，微電腦接收到信號(hào)后就開(kāi)始工作了，首先判斷前方有物體，并根據(jù)這個(gè)信息進(jìn)行思考，然后準(zhǔn)確地判斷物體所在的位置，指揮機(jī)器人在行走當(dāng)中巧妙地避開(kāi)物體。一紅外接收管紅外發(fā)射管環(huán)節(jié)三：編寫機(jī)器人避障程序1．PPT出示甲機(jī)器人。問(wèn)題3：甲機(jī)器人因?yàn)闆](méi)安裝紅外避障所以會(huì)撞墻?，F(xiàn)在我給它安裝一個(gè)紅外避障傳感器，看看它的行走情況。視頻2：甲裝上紅外避障，但是在巡邏當(dāng)中還是碰撞到墻壁。學(xué)生交流。老師幫助學(xué)生分析其中的原因：紅外避障只負(fù)責(zé)把信息傳給微電腦，微電腦能不能象人的大腦一樣進(jìn)行思考判斷，還必須要給它編寫程序才能發(fā)揮作用。（讀：編寫程序才能讓機(jī)器人的“大腦“一樣發(fā)揮作用）2．自主學(xué)習(xí)PPT出示：今天，我們的任務(wù)就是給“甲機(jī)器人”編寫程序，讓它在行走當(dāng)中巧妙地避開(kāi)前方的的物體，能夠自由地在走廊通道里行走。教師說(shuō)明學(xué)習(xí)的要求：仔細(xì)閱讀P21-22，認(rèn)真操作每一個(gè)步驟，添加模塊，正確地設(shè)置每個(gè)模塊的參數(shù)。同桌之間可以互相討論和幫助。教師課堂巡查，目測(cè)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的操作進(jìn)度和存在的問(wèn)題，及時(shí)幫助偏離學(xué)習(xí)任務(wù)的學(xué)生把注意力轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)中來(lái)。師生探究程序的流程圖。

問(wèn)題4：同學(xué)們添加的第一個(gè)模塊是什么？有什么作用？學(xué)生發(fā)表自己的見(jiàn)解——添加永久循環(huán)模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)限重復(fù)的智能目標(biāo)（如下圖）（教師板書：永久循環(huán)）?塞餌??塞餌?拮束實(shí)現(xiàn)無(wú)限重復(fù)的智能目標(biāo)問(wèn)題5：第二個(gè)模塊是什么？有什么作用？同上，——紅外避障傳感器，讓它看見(jiàn)物體（如下圖）。教師板書：紅外避障）教師引導(dǎo)學(xué)生雙擊設(shè)置參數(shù)（如下圖），并幫且學(xué)生分析：變量表示安裝的位置，紅外避障變量1表示安裝在前面，變量2表示左邊，變量3表示右邊，變量4表示后面；端口表示與微電腦的連接。問(wèn)題6：第三模塊是什么？什么作用？

同上，——條件判斷模塊，判斷傳感器是否有信號(hào)。（教師板書：條件判斷）教師演示：雙擊條件判斷模塊（如下圖），添加“紅外避障變量1==1”，讀作：紅外避障變量1等于等于1。教師板書：紅外避障變量1==1教師板書：紅外避障變量1==1）教師再次指導(dǎo)學(xué)生正確添加表達(dá)式，鼓勵(lì)同桌互相檢查。問(wèn)題7：紅外避障變量1==1，表示什么意思？引導(dǎo)學(xué)生理解：“紅外避障變量1”表示安裝在前面的紅外避障傳感器，==1表示有信號(hào)連起來(lái)就是前面的紅外避障傳感器有信號(hào)（如下圖）。判斷傳感器是否有信號(hào)＞紅外避障變量1==1表示前紅外避障傳感器有信號(hào)教師引導(dǎo)：紅外避障傳感器把從外面接收到的信號(hào)傳給微電腦，微電腦經(jīng)過(guò)分析、判斷之后，要發(fā)出指令。指令包含兩種情況：一是前方有物體要指揮機(jī)器人轉(zhuǎn)向避開(kāi)；一種是前方?jīng)]有物體要指揮機(jī)器人直行。

問(wèn)題8：轉(zhuǎn)向模塊添加哪一側(cè)？高速電機(jī)呢？學(xué)生交流（如下圖）。（教師板書：轉(zhuǎn)向、高速電機(jī)）教師演示分析：條件判斷有兩個(gè)分支，“是”表示紅外避障傳感器的前方有物體，機(jī)器人應(yīng)該發(fā)出轉(zhuǎn)彎的指令。所以在分支左側(cè)添加“轉(zhuǎn)向”模塊，雙擊并設(shè)置參數(shù)（如下圖）1 菸訪i束廬： 10-100(■"'伽諂啟冷；90停上-幃用託至<7轉(zhuǎn)動(dòng)速度為10，表示最大速度向右轉(zhuǎn)彎。拖動(dòng)滑塊可以改變轉(zhuǎn)彎的方向，觀察左轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變化?！胺瘛狈种?，表示紅外避障傳感器的前方?jīng)]有物體，機(jī)器人要發(fā)出一直前進(jìn)的指令。所

以在分支的右側(cè)添加“高速電機(jī)”模塊。雙擊并設(shè)置參數(shù)：左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速如果都為10，表示全速前進(jìn)，以最快的速度完成任務(wù)，也可以設(shè)置小一點(diǎn)，讓機(jī)器人走得慢一些（如下圖）。4．完善程序流程圖。教師巡查，學(xué)生互助。引導(dǎo)學(xué)生觀察黑板，說(shuō)出老師板書的流程圖缺流程線，教師補(bǔ)充完整PPT展示下列圖示，鼓勵(lì)學(xué)生歸納“機(jī)器人避障程序”的設(shè)計(jì)思路。環(huán)節(jié)四：設(shè)置有障礙物的仿真環(huán)境教師引導(dǎo)：剛才設(shè)計(jì)的程序是否正確，我們要到仿真平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。進(jìn)入仿真界面口初試：在仿真界面，沒(méi)有添加障礙物。拖動(dòng)機(jī)器人讓平臺(tái)上，觀察機(jī)器人行走情況。教師檢查學(xué)生運(yùn)行程序的情況，統(tǒng)計(jì)存在的問(wèn)題。教師演示并指導(dǎo)：如果機(jī)器人一直往前走，符合我們?cè)O(shè)計(jì)的意圖（前方?jīng)]發(fā)現(xiàn)物體就直

走），說(shuō)明程序設(shè)置沒(méi)有錯(cuò)誤；如果運(yùn)行進(jìn)出現(xiàn)下圖所示，說(shuō)明條件判斷模塊參數(shù)設(shè)置不正確。返回到主界面，修改條件判斷的表達(dá)式。設(shè)置障礙物環(huán)境：教師演示并指導(dǎo)學(xué)生添加障礙物學(xué)生編輯障礙物時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些不合理的設(shè)置，教師通過(guò)演示幫助學(xué)生修改障礙物,如：右擊停止添加、右擊編輯顏色大小位置、刪除障礙物等。測(cè)試機(jī)器人能否避開(kāi)障礙物。編譯下載視頻3：程序下載到甲機(jī)器人，機(jī)器人行走時(shí)能巧妙地避開(kāi)物體行走。測(cè)試拓展：教師引導(dǎo)：在設(shè)置障礙物環(huán)境時(shí)，有部分同學(xué)把環(huán)境設(shè)置得像迷宮一樣（如圖），但機(jī)器人卻只能在一個(gè)狹小的范圍里行走，顯得環(huán)境多余、不合理。怎樣才能讓機(jī)器人在復(fù)雜的迷宮里自由行走呢？指導(dǎo)學(xué)生返回主界面修改流程圖。

教師演示程序修改過(guò)程，學(xué)生操作：第一個(gè)修改：轉(zhuǎn)向模塊（轉(zhuǎn)動(dòng)速度慢一些，轉(zhuǎn)動(dòng)角度改小一些，右側(cè)行走）第二個(gè)修改：高速電機(jī)（不要直行，行走速度減慢，朝著左側(cè)方向行走）測(cè)試機(jī)器人行走情況：九、板書設(shè)計(jì)十、教學(xué)反思從興趣入手，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，在課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生的注意力高度集中，思維異?；钴S，求知欲異常強(qiáng)烈，創(chuàng)造思維活動(dòng)得以啟動(dòng)運(yùn)行，是小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)的核心思想?！督o機(jī)器人裝“眼睛”一一看物體》是讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，能夠正確地編寫“機(jī)器人避障”的程序，能夠?yàn)闄C(jī)器人設(shè)置障礙物環(huán)境，讓機(jī)器人順利地在此環(huán)境自由地行走。單單從教材內(nèi)容的編排上看，五年級(jí)學(xué)生面對(duì)四個(gè)頁(yè)面密密麻麻的文字?jǐn)⑹?，很難對(duì)它的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，相反還容易產(chǎn)生厭煩情緒。因此，為了讓學(xué)生對(duì)機(jī)器人編寫學(xué)習(xí)有一個(gè)好的開(kāi)始，我花了不少心思對(duì)本課內(nèi)容進(jìn)行了全方位的閱讀、理解、推敲，最后從以下幾方面著手進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)：一、趣味導(dǎo)入，動(dòng)靜結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的直接學(xué)習(xí)興趣。在本課學(xué)習(xí)之前，學(xué)生對(duì)機(jī)器人的了解，僅僅局限于老師在課堂上出示的圖片、實(shí)物，接觸得最深入的一次莫過(guò)于在實(shí)驗(yàn)室組裝了一臺(tái)滅火機(jī)器人，但是它不能動(dòng)起來(lái)。本節(jié)課需要做怎樣的改變才能深深地吸引住學(xué)生注意力，產(chǎn)生非學(xué)好不可的念頭？按課本的提示，可以選兩名學(xué)生做游戲，一個(gè)蒙上眼睛，一個(gè)不蒙眼睛。但是這樣做很容易讓其他學(xué)生的注意力轉(zhuǎn)移到誰(shuí)來(lái)做游戲的問(wèn)題上，而忽略游戲本身是想引出眼睛才看得見(jiàn)東西。另外，從學(xué)生的游戲過(guò)渡到機(jī)器人也要裝眼睛才看得見(jiàn)物體，還需要其他形式的展示才能巧妙地聯(lián)系起來(lái)，這樣做不能即時(shí)切入主題，學(xué)生也很難地把兩個(gè)情境聯(lián)系在一起，既浪費(fèi)了時(shí)間，也吸引不了全體學(xué)生。經(jīng)過(guò)反復(fù)斟酌，決定用真實(shí)的紅外避障機(jī)器人來(lái)吸引大家。但是機(jī)器人以何種方式出現(xiàn)？實(shí)物，在教師手里顯得太小，不能讓每個(gè)人都看得清；圖片，PPT中播放，再?gòu)V播到學(xué)生機(jī)，清晰，每個(gè)學(xué)生都能看得清楚。課的開(kāi)始，就出示兩張機(jī)器人圖片（甲和乙），讓學(xué)生直觀地感受兩者之間的區(qū)別。通過(guò)觀察體驗(yàn)，學(xué)生開(kāi)始對(duì)“紅外避障傳感器”（在學(xué)習(xí)之前學(xué)生還不知道這個(gè)部件就是紅外）產(chǎn)生了求知欲，它到底能讓機(jī)器人干什么？這個(gè)時(shí)候如果切入到機(jī)器人的學(xué)習(xí)，恐怕學(xué)生會(huì)大失所望。于是我用心地拍了一段視頻，學(xué)生在觀看視頻中進(jìn)一步明白了機(jī)器人也要裝眼睛才可以看見(jiàn)物體，從而自然地引出課題，也調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒。二、 閱讀教材，有的放矢，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的習(xí)慣。本節(jié)課有兩個(gè)環(huán)節(jié)需要學(xué)生獨(dú)立去閱讀。一是關(guān)于紅外避障的學(xué)習(xí)，教師把重要的文字描述以填空的形式展示在PPT中，通過(guò)閱讀比賽等形式激發(fā)學(xué)生快速閱讀，集中精力去找到準(zhǔn)確的答案，做到針對(duì)性強(qiáng)，有的放矢。二是關(guān)于程序編寫這一部分，教師讓學(xué)生在電腦上親自操作，學(xué)會(huì)按課本上的操作流程獨(dú)立去完成程序的設(shè)計(jì)，這一部分教師不做任何提示和指導(dǎo)，只是監(jiān)督他們把精力放在課本的閱讀理解上。在學(xué)生完成這一系列的任務(wù)過(guò)程中，教師逐漸體會(huì)到學(xué)生完全有能力自己學(xué)習(xí)，教師只需要提供一個(gè)探究的學(xué)習(xí)環(huán)境。三、 啟發(fā)思維，張揚(yáng)個(gè)性，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。機(jī)器人避障的流程圖編寫是本節(jié)課的重點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)基本上可以完成框架的搭建，甚至有些學(xué)生還可以正確地設(shè)置條件判斷、高速電機(jī)的參數(shù)，但是我們要求學(xué)生學(xué)習(xí)程序編寫真正目的不僅是會(huì)搭框架，還要理解每個(gè)模塊的作用，整個(gè)流程圖的設(shè)計(jì)思路，也就是常言道“知其然，還知其所以然”，從而讓學(xué)生的思維在這個(gè)過(guò)程中得到訓(xùn)練。障障物仿真環(huán)境的設(shè)置，是程序設(shè)計(jì)的一個(gè)延伸，也是創(chuàng)新意思和創(chuàng)新能力展示的重要環(huán)節(jié)。程序的正確性是唯一的，但是仿真環(huán)境的設(shè)置卻可以多樣化，主要體現(xiàn)在：物體的顏色、大小、形狀、物體多少及位置的復(fù)雜性（自由設(shè)置）。有的學(xué)生障礙物設(shè)置得比較簡(jiǎn)單，所以機(jī)器人的行走基本上能滿足程體序的要求；有的學(xué)生設(shè)置得很復(fù)雜，其中有些設(shè)置是不合理的，比如滿屏都是物體，機(jī)器人沒(méi)有立足之地，有些設(shè)置合理，但機(jī)器人只在小范圍內(nèi)行走，顯得其他環(huán)境有些浪費(fèi)。不管是那種設(shè)置，都是學(xué)生思考和操作的結(jié)晶，都值得肯定和表?yè)P(yáng)。當(dāng)學(xué)生的各種狀況集中出現(xiàn)時(shí)，教師要發(fā)揮廣播的力量，即時(shí)幫助學(xué)生解決問(wèn)題：簡(jiǎn)單了些，可以再?gòu)?fù)雜點(diǎn)；復(fù)雜了，不合理，刪除部分物體;復(fù)雜了，合理，像迷宮，要讓機(jī)器人到處走，程序要做適當(dāng)修改。修改程序把學(xué)生求知的欲望提升到一個(gè)高度，因?yàn)樗麄兒芗庇谙肟吹綑C(jī)器人在迷宮里自由行走。四、 循循善誘，言簡(jiǎn)意賅，讓學(xué)