2023-2024學(xué)年天津市中小學(xué)生mixly創(chuàng)意編程 第17課 主動(dòng)避障機(jī)器人-教學(xué)設(shè)計(jì)

2023-2024學(xué)年天津市中小學(xué)生mixly創(chuàng)意編程第17課主動(dòng)避障機(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、授課課時(shí)授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）2023-2024學(xué)年天津市中小學(xué)生mixly創(chuàng)意編程第17課主動(dòng)避障機(jī)器人-教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)課主要教授學(xué)生如何使用Mixly創(chuàng)意編程軟件編寫主動(dòng)避障機(jī)器人的程序，包括傳感器讀取、數(shù)據(jù)處理、機(jī)器人控制等。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識的聯(lián)系：本節(jié)課內(nèi)容與課本第15課“傳感器應(yīng)用”相關(guān)，學(xué)生需要運(yùn)用之前學(xué)到的傳感器知識，如紅外傳感器、超聲波傳感器等，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障功能。同時(shí)，本節(jié)課還涉及到編程邏輯和算法設(shè)計(jì)，與課本第16課“程序控制”有緊密聯(lián)系。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：學(xué)生在本節(jié)課之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的Mixly編程知識和簡單的機(jī)器人操作，掌握了基本的編程邏輯和流程控制。他們熟悉了Mixly軟件的基本界面和功能，能夠使用變量、循環(huán)和條件語句進(jìn)行簡單的編程。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)生對編程和機(jī)器人技術(shù)普遍表現(xiàn)出濃厚的興趣，他們喜歡動(dòng)手實(shí)踐和解決問題。學(xué)生的編程能力參差不齊，部分學(xué)生能夠獨(dú)立完成簡單的編程任務(wù)，而部分學(xué)生可能需要更多的指導(dǎo)和幫助。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，有的學(xué)生偏好視覺學(xué)習(xí)，通過觀看視頻教程來學(xué)習(xí)；有的學(xué)生則更傾向于動(dòng)手操作，通過實(shí)際編程來掌握知識。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學(xué)生在編寫主動(dòng)避障機(jī)器人程序時(shí)，可能會(huì)遇到編程邏輯的復(fù)雜性和對傳感器數(shù)據(jù)處理的困難。此外，由于編程涉及到算法設(shè)計(jì)，學(xué)生可能難以理解算法的抽象概念。在實(shí)際操作中，學(xué)生可能會(huì)遇到傳感器安裝不準(zhǔn)確、機(jī)器人動(dòng)作不協(xié)調(diào)等問題，需要教師提供及時(shí)的幫助和指導(dǎo)。教學(xué)資源-軟硬件資源：Mixly創(chuàng)意編程軟件、Arduino開發(fā)板、紅外傳感器、超聲波傳感器、機(jī)器人底盤、連接線、電源適配器

-課程平臺：學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

-信息化資源：Mixly編程教程視頻、機(jī)器人編程案例庫

-教學(xué)手段：多媒體教學(xué)設(shè)備（投影儀、計(jì)算機(jī)）、實(shí)物展示、小組合作學(xué)習(xí)教學(xué)過程1.導(dǎo)入（約5分鐘）

-激發(fā)興趣：通過展示機(jī)器人避障的短視頻，讓學(xué)生直觀感受機(jī)器人編程的趣味性和實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的興趣。

-回顧舊知：簡要回顧上一節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，如Mixly編程軟件的使用、傳感器的基本原理等，幫助學(xué)生將新知識與已有知識建立聯(lián)系。

2.新課呈現(xiàn)（約20分鐘）

-講解新知：詳細(xì)講解主動(dòng)避障機(jī)器人程序的設(shè)計(jì)思路，包括傳感器數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)處理、機(jī)器人控制等關(guān)鍵步驟。

-舉例說明：通過具體案例，如“如何使機(jī)器人避開障礙物”，引導(dǎo)學(xué)生理解主動(dòng)避障程序的設(shè)計(jì)方法。

-互動(dòng)探究：分組討論，讓學(xué)生分享自己的想法和解決方案，教師引導(dǎo)學(xué)生在討論中深化對知識的理解。

3.實(shí)踐操作（約30分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，分組合作，動(dòng)手搭建主動(dòng)避障機(jī)器人，并嘗試編寫程序。

-教師指導(dǎo)：教師在學(xué)生實(shí)踐過程中，巡視指導(dǎo)，解答學(xué)生疑問，確保學(xué)生能夠順利完成任務(wù)。

4.程序調(diào)試與優(yōu)化（約20分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生在教師指導(dǎo)下，調(diào)試程序，使機(jī)器人能夠成功避開障礙物。

-教師指導(dǎo)：針對學(xué)生遇到的問題，提供針對性的指導(dǎo)，幫助學(xué)生優(yōu)化程序，提高機(jī)器人性能。

5.總結(jié)與拓展（約10分鐘）

-總結(jié)：教師總結(jié)本節(jié)課的重點(diǎn)知識，強(qiáng)調(diào)主動(dòng)避障機(jī)器人程序的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

-拓展：引導(dǎo)學(xué)生思考如何將主動(dòng)避障程序應(yīng)用于其他場景，如智能車、無人機(jī)等。

6.作業(yè)布置（約5分鐘）

-布置作業(yè)：讓學(xué)生回家后，利用Mixly編程軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠完成特定任務(wù)的機(jī)器人程序。

具體教學(xué)過程如下：

一、導(dǎo)入（5分鐘）

1.播放機(jī)器人避障短視頻，激發(fā)學(xué)生興趣。

2.回顧上一節(jié)課內(nèi)容，如Mixly編程軟件的使用、傳感器的基本原理。

二、新課呈現(xiàn)（20分鐘）

1.講解主動(dòng)避障機(jī)器人程序的設(shè)計(jì)思路，包括傳感器數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)處理、機(jī)器人控制等。

2.舉例說明，如“如何使機(jī)器人避開障礙物”。

3.分組討論，讓學(xué)生分享自己的想法和解決方案。

三、實(shí)踐操作（30分鐘）

1.學(xué)生分組合作，動(dòng)手搭建主動(dòng)避障機(jī)器人。

2.教師巡視指導(dǎo)，解答學(xué)生疑問。

四、程序調(diào)試與優(yōu)化（20分鐘）

1.學(xué)生在教師指導(dǎo)下，調(diào)試程序，使機(jī)器人能夠成功避開障礙物。

2.教師提供針對性指導(dǎo)，幫助學(xué)生優(yōu)化程序。

五、總結(jié)與拓展（10分鐘）

1.教師總結(jié)本節(jié)課重點(diǎn)知識，強(qiáng)調(diào)主動(dòng)避障機(jī)器人程序的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2.引導(dǎo)學(xué)生思考如何將主動(dòng)避障程序應(yīng)用于其他場景。

六、作業(yè)布置（5分鐘）

1.布置作業(yè)：讓學(xué)生回家后，利用Mixly編程軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠完成特定任務(wù)的機(jī)器人程序。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.編程技能的提升：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠熟練運(yùn)用Mixly編程軟件，掌握主動(dòng)避障機(jī)器人程序的設(shè)計(jì)與編寫。他們學(xué)會(huì)了如何使用傳感器讀取數(shù)據(jù)，如何處理這些數(shù)據(jù)，以及如何通過編程控制機(jī)器人進(jìn)行避障操作。這些技能對于學(xué)生未來學(xué)習(xí)更復(fù)雜的編程項(xiàng)目具有重要的基礎(chǔ)作用。

2.知識的拓展：學(xué)生在學(xué)習(xí)主動(dòng)避障機(jī)器人程序的過程中，不僅鞏固了傳感器原理、編程邏輯等基礎(chǔ)知識，還了解了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的相關(guān)知識。這些知識的拓展有助于學(xué)生形成更全面的技術(shù)知識體系。

3.創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：本節(jié)課鼓勵(lì)學(xué)生分組合作，自主設(shè)計(jì)機(jī)器人程序。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要運(yùn)用創(chuàng)造性思維來解決實(shí)際問題，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

4.實(shí)踐能力的增強(qiáng)：通過動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R與實(shí)際操作相結(jié)合，提高了他們的實(shí)踐操作能力。學(xué)生在搭建機(jī)器人、編寫程序、調(diào)試程序等環(huán)節(jié)中，學(xué)會(huì)了如何將理論知識應(yīng)用到實(shí)際操作中。

5.團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的提升：在小組合作學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要互相溝通、分工合作，共同完成任務(wù)。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高他們在團(tuán)隊(duì)中的溝通和協(xié)調(diào)能力。

6.問題解決能力的提高：在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可能會(huì)遇到各種問題，如傳感器安裝不準(zhǔn)確、程序編寫錯(cuò)誤等。通過這些問題，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何分析問題、查找原因，并最終解決問題。這種能力的提高對于學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和工作具有重要意義。

7.學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)：本節(jié)課通過機(jī)器人編程這一趣味性強(qiáng)的活動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生對編程和機(jī)器人技術(shù)的熱情得到了進(jìn)一步的提升，這有助于他們在未來持續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的知識。

8.自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展：學(xué)生在本節(jié)課中，通過自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作、問題解決等環(huán)節(jié)，逐步形成了自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力。這種能力對于學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和成長具有深遠(yuǎn)的影響。板書設(shè)計(jì)①主動(dòng)避障機(jī)器人程序設(shè)計(jì)

-程序流程圖

-傳感器數(shù)據(jù)讀取

-數(shù)據(jù)處理與判斷

-機(jī)器人動(dòng)作控制

②Mixly編程軟件操作

-軟件界面介紹

-基本編程模塊

-變量、函數(shù)的使用

-邏輯控制語句

③傳感器原理與應(yīng)用

-紅外傳感器

-超聲波傳感器

-傳感器數(shù)據(jù)讀取方法

-傳感器數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

④機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制

-電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理

-速度與方向控制

-避障算法設(shè)計(jì)

-機(jī)器人動(dòng)作調(diào)試

⑤團(tuán)隊(duì)合作與問題解決

-分組討論

-任務(wù)分配

-問題分析與解決

-團(tuán)隊(duì)協(xié)作技巧典型例題講解1.例題：

編寫一個(gè)Mixly程序，使用紅外傳感器檢測前方是否有障礙物。如果檢測到障礙物，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)；如果沒有障礙物，機(jī)器人以一定速度向前行駛。

答案：

```plaintext

//設(shè)置紅外傳感器為數(shù)字模式

infrared.setMode(0);

//設(shè)置紅外傳感器為模擬輸出

infrared.setPwm(0);

//讀取紅外傳感器的值

intdistance=infrared.read();

//判斷距離是否小于閾值

if(distance<100){

//停止機(jī)器人運(yùn)動(dòng)

motor.stop();

}else{

//以速度v向前行駛

motor.forward(v);

}

```

2.例題：

編寫一個(gè)Mixly程序，使用超聲波傳感器檢測前方障礙物的距離。當(dāng)距離小于一定值時(shí)，機(jī)器人開始減速，直至停止。

答案：

```plaintext

//設(shè)置超聲波傳感器為數(shù)字模式

ultrasonic.setMode(0);

//讀取超聲波傳感器的距離值

intdistance=ultrasonic.read();

//判斷距離是否小于閾值

if(distance<30){

//逐漸減速直至停止

motor.backward(slowSpeed);

}else{

//以速度v向前行駛

motor.forward(v);

}

```

3.例題：

編寫一個(gè)Mixly程序，使用紅外傳感器檢測機(jī)器人左側(cè)是否有障礙物。如果檢測到障礙物，機(jī)器人向右轉(zhuǎn)；如果沒有障礙物，機(jī)器人繼續(xù)直線行駛。

答案：

```plaintext

//設(shè)置紅外傳感器為數(shù)字模式

infrared.setMode(0);

//讀取紅外傳感器的值

intleftDistance=infrared.readLeft();

//判斷左側(cè)是否有障礙物

if(leftDistance<100){

//向右轉(zhuǎn)

motor.turnRight();

}else{

//繼續(xù)直線行駛

motor.forward(v);

}

```

4.例題：

編寫一個(gè)Mixly程序，使用紅外傳感器檢測機(jī)器人前方和左側(cè)是否有障礙物。如果前方和左側(cè)同時(shí)有障礙物，機(jī)器人后退；如果只有一側(cè)有障礙物，機(jī)器人向無障礙物方向轉(zhuǎn)向；如果沒有障礙物，機(jī)器人繼續(xù)直線行駛。

答案：

```plaintext

//設(shè)置紅外傳感器為數(shù)字模式

infrared.setMode(0);

//讀取紅外傳感器的值

intfrontDistance=infrared.read();

intleftDistance=infrared.readLeft();

//判斷前方和左側(cè)是否有障礙物

if(frontDistance<100&&leftDistance<100){

//后退

motor.backward(v);

}elseif(frontDistance<100){

//向左轉(zhuǎn)

motor.turnLeft();

}elseif(leftDistance<100){

//向右轉(zhuǎn)

motor.turnRight();

}else{

//繼續(xù)直線行駛

motor.forward(v);

}

```

5.例題：

編寫一個(gè)Mixly程序，使用超聲波傳感器檢測前方障礙物的距離。當(dāng)距離在安全范圍內(nèi)時(shí)，機(jī)器人以一定速度行駛；當(dāng)距離小于安全范圍時(shí)，機(jī)器人減速并發(fā)出警報(bào)。

答案：

```plaintext

//設(shè)置超聲波傳感器為數(shù)字模式

ultrasonic.setMode(0);

//讀取超聲波傳感器的距離值

intdistance=ultrasonic.read();

//判斷距離是否小于安全范圍

if(distance<safeDistance){

//減速并發(fā)出警報(bào)

motor.backward(slowSpeed);

buzzer.on();

}else{

//以速度v向前行駛

motor.forward(v);

buzzer.off();

}

```教學(xué)反思這節(jié)課已經(jīng)結(jié)束了，我想要對這節(jié)課的教學(xué)進(jìn)行一些反思。首先，我覺得學(xué)生在學(xué)習(xí)主動(dòng)避障機(jī)器人程序的過程中，對于傳感器數(shù)據(jù)的讀取和處理掌握得還比較順利。他們能夠通過Mixly軟件的編程模塊，將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的動(dòng)作指令，這一點(diǎn)讓我感到欣慰。

然而，在程序調(diào)試的過程中，我發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生遇到了一些困難。他們對于邏輯控制語句的理解不夠深入，導(dǎo)致在編寫程序時(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤。例如，有些學(xué)生在使用if-else語句時(shí)，沒有正確地處理?xiàng)l件判斷和執(zhí)行語句的關(guān)系，導(dǎo)致程序運(yùn)行不正常。

在接下來的教學(xué)中，我打算加強(qiáng)學(xué)生對邏輯控制語句的學(xué)習(xí)，通過更多的例子和練習(xí)，幫助學(xué)生理解條件判斷和執(zhí)行語句的運(yùn)用。同時(shí)，我也會(huì)更加注重編程過程中的錯(cuò)誤分析和調(diào)試技巧的講解，讓學(xué)生在遇到問題時(shí)能夠迅速找到原因并解決。

此外，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作和問題解決方面還有很大的提升空間。有些學(xué)生在遇到問題時(shí)，會(huì)顯得有些手足無措，不知道如何與同伴溝通和協(xié)作。這讓我意識到，在未來的教學(xué)中，我需要更加注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和問題解決能力。

為了提高學(xué)生的這些能力，我計(jì)劃在課堂上設(shè)置更多的團(tuán)隊(duì)合作任務(wù)，讓學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)會(huì)如何分工合作、溝通交流。同時(shí)，我還會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生在遇到困難時(shí)，積極尋求同伴的幫助，而不是依賴?yán)蠋煛?/p>

在教學(xué)過程中，我也發(fā)現(xiàn)了一些值得肯定的地方。比如，學(xué)生們對于機(jī)器人編程的興趣非常高，他們對于自己設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠成功避障感到非常興奮。這種積極的學(xué)習(xí)態(tài)度讓我覺得，只要教學(xué)方法得當(dāng)，學(xué)生們的學(xué)習(xí)潛力是巨大的。

當(dāng)然，我也注意到一些不足之處。比如，有些學(xué)生的編程基礎(chǔ)比較薄弱，對于一些編程概念的理解不夠深入。針對這一點(diǎn)，我打算在今后的教學(xué)中，更加注重基礎(chǔ)知識的鞏固，確保每個(gè)學(xué)生都能夠跟上課程的進(jìn)度。教學(xué)評價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：學(xué)生們在課堂上表現(xiàn)出較高的參與度和積極性。大部分學(xué)生能夠按照教學(xué)進(jìn)度，認(rèn)真聽講并完成編程任務(wù)。在討論和互動(dòng)環(huán)節(jié)，學(xué)生們能夠主動(dòng)提出問題和分享自己的思路，展現(xiàn)出良好的學(xué)習(xí)態(tài)度。

2.小組討論成果展示：