初中信息技术（浙教版） 九年级 第二单元第5节
海盐县实验中学黄凯宇2010年11月
一、教学对象分析
通过前四课的学习，学生已经熟练掌握机器人程序的分析方法、程序结构、实验步骤，通过上一课《机器人认路》，学生已经初步学会了三种程序结构的综合应用。本课学习红外测障传感器及其应用，学会走迷宫（左手法则）的原理，是一项综合性的任务，即学习了新的传感器，又进一步巩固分析方法、三种程序结构的综合应用。
二、教学目标
（一）知识与技能：
1. 了解红外测障传感器的原理。
2. 学会红外测障传感器的设置和应用。
3. 理解用红外测障传感器走迷宫的原理（左手法则）。
（二）过程与方法：
1. 通过对蝙蝠超声波探路的原理讨论、迁移，了解红外测障传感器的原理。
2. 通过“碰碰车”任务的探索和实践，学会红外测障传感器的设置和应用。
3. 通过“靠左走迷宫”任务的讨论和尝试，理解左手法则。
4.在任务驱动下，巩固建立数学模型的方法。
（三）情感、态度与价值观：
1. 通过感知、体验和实践，培养编写机器人程序的兴趣。
2. 通过讨论,探索解决问题的方法，培养严谨的思维、交流讨论的习惯。
3. 通过实践，树立良好的实验习惯、面对困难和实际问题的正确态度。
三、重点与难点
重点：用左手法则实现机器人走迷宫。
难点：“盲人走迷宫”问题（左手法则）的数学建模。
四、环境与素材
环境：多媒体网络教室，机器人硬件、机器人运行场地。
软件：机器人编程环境（或vjc虚拟机器人环境）。
五、设计思想
本节课的主要教学任务是红外测障传感器、左手法则走迷宫，从以往的教学实例来看，以蝙蝠的超声波测障类比，学生很快能理解红外测障的原理和应用，但“左手法则”走迷宫的数学模型则较难理解。用“盲人走迷宫”的例子来分析时，可以强调：每走一大步、摸一次左和前方，检测完后把手收回再走一大步，再检测，反复讨论，得出数学模型。
教学主要通过教师讲解，学生讨论、实践探索，教师引导归纳的形式展开。
六、教学过程：
（一）创设情境 引入课题 【讲解】在古希腊神话中，有一个可怕的人身牛头怪，住在一个神秘的迷宫里，每年都要人们奉献上很多小孩给他吃，否则就要出来作恶。后来有一位英雄特修斯，闯入迷宫、杀死了牛头怪。今天让我们的机器人也来做个英雄吧。 【讲解】我们的机器人已经能够走直线、走正方形五角星、还能够认路线了。今天老师带来一个难题：把机器人放进这个伸手不见五指的迷宫中，你能否让他走出来？ 【提问】 请思考：在黑暗的迷宫里，怎样让机器人顺利到达终点？ 【板书】机器人走迷宫 （二）合作探究 构建新知 【讲解】思考，在黑暗的迷宫里如何行走，大家可以闭上眼睛，假设自己是个盲人，想像一下自己在教室里行走。应该是如何行动的？靠什么感觉？ 【板书】分析问题 【学生】用手摸。 【讲解】对，在黑暗的迷宫里，只能用手摸着墙壁前进。但是手的结构太复杂，大家想一想，有什么东西能够在黑夜里来去自如快速行动的？ 【学生】蝙蝠，它使用超声波来感知障碍物。 【提问】对。请一位同学说说看，蝙蝠用超声波来检测的原理。 【学生】蝙蝠的嘴发射超声波，如果前方有物体，超声波反射回来，蝙蝠的耳朵能够听到，就知道前方有障碍物。如果没有超声波反射回来，说明前方没有障碍物。 【讲解】对。不过超声波设备还是比较复杂，我们用更容易实现的红外线。 【板书】红外测障传感器。 【讲解】红外线是一种人眼不可见的光线，用红外线来测障的原理和超声波是完全一样的：包括一个发射装置和一个接收装置，如果接收到，说明前方有障碍物，如果没有接收到，说明没有障碍物。 【练习】任务一：（碰碰车） 给机器人安装一个红外测障传感器，让机器人能够前进、遇到障碍物就回头。 【学生】操作实践。 【讲解】有了红外测障传感器后，我们的机器人在黑暗中有了感知器官了。但是，怎样走迷宫呢？下面我们请同学上台来试一试：闭上眼睛、摸墙前进，归纳一个行为策略：和机器人一样，先检测、决定如何行走、再行走一大步，反复循环。 【学生】上台模仿盲人走路。 【提问】注意观察，分析行为策略，归纳数学模型。 【板书】建立模型 【提问】请同学们归纳。注意：1.靠左边的墙走，2.先检测，再走一大步，如是循环。 【学生】……。 【讲解】机器人走迷宫的要点： 1.检测前方，如果前方有墙，则向右转。如果前方没有墙，则检测左边。 2.检测左边，如果左边有墙，向右转，跨一大步。 3.如果左边没有墙，向左转，跨一大步。 【提问】为什么左边没有墙的时候，是向左转再跨一大步，而不是直接向前一大步？ 【学生】如果跨一大步，有可能再也摸不到墙了，又是跨一大步，离墙越来越远了。所以先向左转，再跨一大步。 【提问】好，请同学画出流程图。 【学生】画流程图。 【板书】画流程图 【教师】检查部分同学的流程图。 （三）实践探索 巩固新知 【讲解】下面，请根据分析和流程图，结合项目实施表准备机器人硬件、编写程序、调试机器人、完成走迷宫的任务。 【板书】项目实施。 【学生】搭建硬件、编写程序、尝试运行、调试完善、填写项目实施表。 【教师】巡视、指导。 （四）讨论归纳 课堂小结： 【讲解】请大家回到座位上，填写项目实施表。 【板书】归纳总结 【讲解】我们分析问题、建立模型、画流程图、编写程序、调试运行，但是不一定马上就能成功，需要观察运行情况，解决问题或改善程序，才能成功、达到最佳效果。 【提问】请已经调试成功的同学举手。 【提问】请开始不成功，调试改进后才成功的同学举手。 【提问】请没有成功的同学说说你的机器人运行的问题。 【提问】请其他同学帮助分析问题可能的原因、解决办法。 【讨论】 策略错误：流程图、模型不对。 程序错误:程序错误、参数设置不恰当等。 硬件错误:结构安装错误、硬件故障等。 （请同学们讨论、归纳） 【讲解】今天我们的机器人完成了走迷宫任务，我们也掌握了解决比较复杂的机器人任务的思考方法。 【提问】下面我再提三个问题，请大家思考： 1.机器人在绕过障板的时候容易卡住，请问如何改善？ 2.如何让机器人到达目的后停下？ 3.今天尝试的是“左手法则”靠左走，如果要靠右走，程序应该如何写？ 今天的课就到这里，下课。 |
2.5《机器人走迷宫》项目实施表
项目 | 信息技术教学反思实施内容 | |
流程图 | ||
硬件 | 使用的传感器 ，数量 ，类型 。 检测左方的传感器端口号： 。 检测前方的传感器端口号： 。 | |
程序 | 左转的命令代码是 。 右转的命令代码是 。 前进的命令代码是 。 | |
调试运行 | 运行情况： | 分析改进： |
七、教学反思：
本课为机器人教学中最难的一课，难点一方面在于左手法则（右手法则）的理解，另一方面在实践中走迷宫也是调试难度最大的。
本课新学的红外测障模块，在应用上和前几节课的地面检测并无不同，学生掌握得很快。我增加了红外测障的原理讨论，从蝙蝠超声波的例子引入非常好，因为学生都知道这个例子，迁移到红外上，接受非常快。
为了学生能很好地理解左手法则，在以往的教学中我曾经从机器人走直线走不直的实际情况引出必须有参照物随时纠正偏差的角度来讲解，后来又以“盲人摸墙壁”的例子来讲解，效果都不是很好。最后我仍用“盲人”的例子，但是要求每摸一次墙壁、就必须放下手走一大步，让学生实际尝试。这样可以比较清晰地体现出靠左走的行动策略，从而建立其正确的模型，效果相对好一些。
红外线检测模块的调试也是一大难题。前几节课的任务都只需要调整程序参数，而红外线模块增加了红外线器件上的强度调节。机器人在行动策略正确的情况下，并不一定能够很好地
完成走迷宫任务，这里一方面要调整程序里的转向和速度，另一方面要调整红外强度，只要有一个方面不恰当，任务就会失败。而两个方面的调整互相影响，难度系数增大很多。我的设计是，增加一个课时，在下一课时中再强调练习红外实体元件的调试，并增加地面检测，完成整个任务。
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