《灰度傳感器》教學(xué)設(shè)計(jì)

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(jié)）一、教材分析本課是第2章第2節(jié)，也是機(jī)器人教學(xué)中知識螺旋上升的一節(jié)綜合性應(yīng)用課，在前幾節(jié)課中我們學(xué)習(xí)了部分單片機(jī)控制板、傳感器的知識，在此基礎(chǔ)上，為了加快學(xué)習(xí)的步伐，需要學(xué)生利用所學(xué)知識去探究并模擬智能化機(jī)器人的應(yīng)用，幫助學(xué)生在搭建、編程、調(diào)試機(jī)器人的過程中對相關(guān)知識有更深入的了解和掌握，最終讓學(xué)生學(xué)有所獲，學(xué)以致用，學(xué)會創(chuàng)新。二、學(xué)情分析本課的教學(xué)對象是九年級的學(xué)生，經(jīng)過前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，他們已經(jīng)熟練掌握了“學(xué)生機(jī)器人”控制板相關(guān)知識，基本掌握了幾個(gè)常見傳感器的使用方法，也熟悉了“學(xué)生機(jī)器人”的編程環(huán)境。通過學(xué)習(xí)過程中的知識積累，學(xué)生對“學(xué)生機(jī)器人”產(chǎn)生了濃厚的興趣，但動手實(shí)踐與編程能力方面還有待加強(qiáng)，創(chuàng)新意識也有待提高。三、教學(xué)目標(biāo)與要求了解循線機(jī)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(dú)立完成“學(xué)生機(jī)器人”的循線任務(wù)，并學(xué)會總結(jié)循線問題，提出機(jī)器人循線的優(yōu)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(dǎo)游機(jī)器人”的功能；學(xué)會分享自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，能大膽實(shí)踐、勇于創(chuàng)新。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)（1）理解循線機(jī)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(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)思想。（3）學(xué)會調(diào)整程序中的參數(shù)，幫助“學(xué)生機(jī)器人”完成循線任務(wù)。2.難點(diǎn)（1）學(xué)會程序的編寫，實(shí)現(xiàn)利用灰度傳感器完成循線任務(wù)。（2）利用各傳感器之間的搭配及程序的編輯與調(diào)試，完善“導(dǎo)游機(jī)器人”的功能。五、教學(xué)方法范例教學(xué)法、自主探究與小組合作學(xué)習(xí)、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法、討論法。六、教學(xué)過程1.創(chuàng)設(shè)情境，問題漸引（1）教師活動與學(xué)生活動我們外出參觀旅游的時(shí)候一般都能看到導(dǎo)游的身影，不過隨著科技迅猛發(fā)展，我們眼中的導(dǎo)游也發(fā)生了變化！a.播放一段介紹“導(dǎo)游機(jī)器人”的視頻。b.展示圖片，感慨機(jī)器人時(shí)代的到來。圖1機(jī)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(gè)屬于自己的導(dǎo)游機(jī)器人那該多有趣啊！那么請同學(xué)們根據(jù)前幾節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容思考一下：導(dǎo)游機(jī)器人的行走、發(fā)音等行為，需要哪些元件呢？學(xué)生：回憶所學(xué)，提出部分答案：直流電機(jī)、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(xué)們回答得真好！作為古城金陵的一名小主人，我們是不是應(yīng)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(yùn)呢？（2）設(shè)計(jì)意圖a.激發(fā)學(xué)生興趣，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的變化并思考變化的原因。b.通過感知，激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動學(xué)生回憶前面所學(xué)的知識，并幫助學(xué)生在頭腦中建立機(jī)器人模型及運(yùn)用模型的思維。2.新知新會（1）教師活動與學(xué)生活動a.教師展開金陵文脈的地圖，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。圖2金陵文脈地圖教師：地圖中標(biāo)識了很多景點(diǎn)，不過景點(diǎn)之間連接著彎曲的黑線，如何設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人讓它按照地圖上預(yù)設(shè)的線路完成金陵文脈探尋之旅呢？教師等待，靜聽學(xué)生思考后給出的答案，暗示學(xué)生給機(jī)器人裝上能分辨黑白的“眼睛”，由此引入新知。圖3學(xué)生機(jī)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(dǎo)游機(jī)器人的制作充滿了信心，下面我們就開動腦筋去創(chuàng)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(dǎo)，提示學(xué)生多測試地圖上不同的地方，看看數(shù)值是否一樣或接近，學(xué)生認(rèn)真測值，記錄所測得的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證顏色深則數(shù)值低，顏色淺則數(shù)值高，最終計(jì)算幾次數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)意圖a.激發(fā)學(xué)生興趣，提升學(xué)生對解決問題的憧憬。b.樹立學(xué)生信心，潛移默化培養(yǎng)學(xué)習(xí)習(xí)慣。3.初巡黑白（1）教師活動與學(xué)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(jī)器人按照黑線的路徑行走，兩個(gè)傳感器與黑線之間會產(chǎn)生哪些位置關(guān)系呢？教師根據(jù)學(xué)生的回答，擬畫出小車上兩個(gè)灰度傳感器與黑線之間位置關(guān)系的圖形（如圖5），引導(dǎo)學(xué)生分析機(jī)器人沿線走的判斷過程。圖5b.根據(jù)上述分析與判斷，教師展示“機(jī)器人沿線走”過程圖，介紹單分支語句結(jié)構(gòu)（如圖6）圖6教師：在掌握以上幾個(gè)知識點(diǎn)后，同學(xué)們開始設(shè)計(jì)程序，讓機(jī)器人小車帶領(lǐng)游客環(huán)游金陵的幾個(gè)景點(diǎn)吧！任務(wù)一：“環(huán)游金陵文脈”學(xué)生打開“環(huán)游金陵文脈”程序文件，在實(shí)踐過程中注意記錄問題，嘗試修改程序，解決問題，可以和預(yù)先安排好的小組同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)。（學(xué)生自主操作，教師巡視輔導(dǎo)，給予糾錯(cuò)。）圖7任務(wù)圖一c.教師呈現(xiàn)學(xué)生記錄的問題：小車循線過程中會發(fā)生沖出循線軌跡的情況，轉(zhuǎn)彎處觸發(fā)概率較高。學(xué)生仔細(xì)觀察圖片（如圖8），交流經(jīng)驗(yàn)，找出小車偏移的原因，給出解決建議：①降低小車兩個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。②給予小車轉(zhuǎn)彎循線的緩沖期，讓其定向循線。圖8學(xué)生根據(jù)解決方案，在程序中調(diào)整直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，再次實(shí)踐“機(jī)器人環(huán)線走”，直至成功完成任務(wù)。圖9(2)設(shè)計(jì)意圖a.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考總結(jié)，鍛煉他們使用過程圖的方式來表達(dá)設(shè)計(jì)思想，為下面的編程奠定基礎(chǔ)。b.以小組合作的形式完成任務(wù)，通過收集信息、交流探討、篩選和總結(jié)，讓學(xué)生更多了解任務(wù)對象的相關(guān)知識，做到知己知彼，百戰(zhàn)百勝。4.智選黑白(1)教師活動與學(xué)生活動a.“指點(diǎn)六朝形勝地，惟有山如壁?！边@句詩很好地展現(xiàn)了“石城懷古”氣韻。下面讓我們跟隨機(jī)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(xué)生觀察并思考讓小車機(jī)器人從棲霞寺出發(fā)尋訪石頭城的路徑。圖10任務(wù)圖二分析：小車行走路徑中有出現(xiàn)分岔路口，根據(jù)前面任務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，我們完成該任務(wù)，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(xué)生根據(jù)教師的講解，嘗試調(diào)用子程序完成任務(wù)。任務(wù)二：“智訪石頭城”學(xué)生打開“智訪石頭城”程序文件，嘗試調(diào)用子程序，優(yōu)化循線程序，調(diào)試過程中將遇到的問題記錄下來，最終完成循線任務(wù)。整個(gè)過程教師從旁引導(dǎo)和助學(xué)，及時(shí)收集學(xué)生設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的共性問題，必要時(shí)給予解答，并做好反饋工作。學(xué)生反饋的問題：①交叉路口循線容易出錯(cuò)；②如何將機(jī)器人小車停止在“石頭城”。解決方法：①調(diào)用子程序時(shí)，注意調(diào)整電機(jī)的數(shù)值，嘗試處理岔路口轉(zhuǎn)彎問題（圖12）。②添加子程序“停止”，測出灰線數(shù)值，根據(jù)老師繪制的圖形理解停止循線的方法（圖13）。圖12圖13學(xué)生認(rèn)真調(diào)試程序，改進(jìn)小車循線的方法，先完成任務(wù)的小組，可以分享自己的經(jīng)驗(yàn)。(2)設(shè)計(jì)意圖a.培養(yǎng)學(xué)生分析與判斷能力，讓學(xué)生了解子程序在整個(gè)程序中的高效應(yīng)用，體會程序設(shè)計(jì)的魅力。b.通過合作完善程序，集各家所長，讓學(xué)生吃透知識，熟悉操作。c.鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及合作能力，培養(yǎng)勤于檢測程序的好習(xí)慣，告誡他們優(yōu)化程序的必要性、關(guān)鍵性。5.暢游黑白(1)教師活動與學(xué)生活動至此，我們跟隨機(jī)器人小車初步探尋了金陵文脈，現(xiàn)在需要深入了解，詳探鼓樓及玄武湖兩處景點(diǎn)。請讓小車機(jī)器人在這兩處景點(diǎn)停留并能“繪聲繪色”介紹景點(diǎn)。圖14任務(wù)圖任務(wù)三：“暢游青山綠水”a.明確任務(wù)，利用顯示屏、蜂鳴器模塊或語音模塊等元器件，完成“智能導(dǎo)游機(jī)器人”的最終搭建。圖15學(xué)生以單位小組進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)及相關(guān)程序的編輯，可以分工合作，一人編程，一人組裝搭建。①根據(jù)設(shè)計(jì)方案，準(zhǔn)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(jù)任務(wù)要求，進(jìn)行程序的編寫，注意合理調(diào)用子程序，高效完成任務(wù)。④思考程序中是否有重復(fù)無效的語句，并嘗試優(yōu)化。b.教師巡視各小組，及時(shí)解決小組編寫程序過程中出現(xiàn)的問題。c.展示學(xué)生的優(yōu)秀程序樣例，分享給其他同學(xué)作為參考，提高各組效率。d.教師將學(xué)生制作過程中收集到的程序問題進(jìn)行反饋，總結(jié)程序設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，思考如何優(yōu)化程序語句。(2)設(shè)計(jì)意圖分享優(yōu)秀小組的成果，促進(jìn)學(xué)生之間的經(jīng)驗(yàn)交流，激發(fā)后繼學(xué)習(xí)的需求。6.完善功能，自我展示(1)教師活動與學(xué)生活動a.認(rèn)真調(diào)試，加強(qiáng)穩(wěn)定性教師列舉學(xué)生編寫的程序作為示范，指導(dǎo)學(xué)生修改及完善“智能導(dǎo)游機(jī)器人”的功能。b.自我展示，再接再厲抽選部分完成任務(wù)的小組，分派代表上臺分享經(jīng)驗(yàn)，師生共同評價(jià)。①認(rèn)真調(diào)試，優(yōu)化程序，進(jìn)行測試。②展示小組作品，并針對個(gè)小組作品給予評價(jià)，將評價(jià)意見填寫在導(dǎo)學(xué)案的表格中。(2)設(shè)計(jì)意圖提供展示平臺，讓學(xué)生在賞評中加深認(rèn)識，體驗(yàn)創(chuàng)作活動的樂趣。7.小車尋跡過程完整圖例圖16任務(wù)圖三8.課堂小結(jié)強(qiáng)調(diào)灰度傳感器使用時(shí)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(qū)域的數(shù)據(jù)，防止檢測結(jié)果的造成循線影響；3．防止環(huán)境光線過強(qiáng)和電池電量不足等問題對小車循線的結(jié)果造成影響；4．回顧單分支選擇語句結(jié)構(gòu)。9.課堂板書位置灰度1灰度2動作Max電機(jī)左電機(jī)右標(biāo)準(zhǔn)情況黑黑直走M(jìn)ax=0正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)偏左白黑右轉(zhuǎn)Max=1正轉(zhuǎn)停止完全偏左