給機器人裝眼睛

給機器人裝“眼睛”——看物體》教學設計深圳市龍崗區平湖中心小學胡玉珍一、教材分析《給機器人裝“眼睛”——看物體》是深圳版《信息技術》五年級上冊第二單元《機器人開始行動》的第一課。在前一個單元，學生了解了人類智能與人工智能的區別與聯系，學習了用諾寶器材如何拼裝一個簡單的機器人，理解了機器人的思維流程，掌握了簡單的編程。本課起到承上啟下的作用，要求學生認識紅外避障傳感器的組成及其工作原理，學習在程序中如何應用紅外避障傳感器，掌握用流程控制模塊庫中的條件判斷循環模塊編寫程序的方法，能夠在仿真界面中設置仿真環境并測試機器人程序。基本對本課核心內容的認真研究與分析，本課教學重點和難點圍繞設計機器人避開障礙物的程序而展開。教材在內容設置順序上，先是了解紅外避障傳感器的結構與工作原理，接著為機器人設計避障程序，最后在仿真環境中測試程序。我在權衡了教學內容的主次后，把本課的重點放在程序流程圖的設計與仿真障礙物環境設置兩個方面，簡單處理紅外避障傳感器的結構及工作原理。二、學情分析五年級的學生在第一個單元的學習中已經對諾寶機器人的硬件和軟件有了初步認識。他們通過拼裝簡單的輪式行走機器人，認識了紅外避障傳感器、電機、主控盒等部件，也了解了機器人的工作原理——傳感器接收到的信號，傳給微電腦，微電腦經過分析、判斷，發出指令，指揮機器人完成相應的任務；他們通過編寫機器人畫圖的簡單程序，熟悉了諾寶RC軟件的操作使用，知道如何添加模塊、設置模塊屬性以及在仿真界面讓機器人行走起來；他們通過對智能機器人一段時間的學習，養成了閱讀課本、交流體會的習慣，學會了參照教材編寫的操作流程在計算機上完成程序的設計。三、教學目標（一）知識與技能1．了解紅外避障傳感器的組成、工作原理；2．學會在程序中應用紅外避障傳感器；3．學會用流程控制模塊中的條件判斷模塊編寫程序；4．學會在仿真界面中設置具有障礙物的仿真環境。（二）過程與方法1．視頻貫穿教學的幾個重要環節，幫助學生理解概念、創設深入探究的情境。2．通過教師演示、引導，讓學生知道紅外避障傳感器的組成及工作原理；3．通過自主學習、師生共同探究，讓學生正確設計紅外避障機器人的程序流程圖，理解參數設置的作用；4．通過教師演示、引導，讓學生學會在仿真平臺設置具有障礙物的仿真環境。（三）情感態度與價值觀仿真平臺測試避障機器人的趣味激發學生的學習熱情；程序設計的邏輯思維逐漸養成。四、教學重點1.學會避障程序流程圖的編寫，理解參數設置的作用；2.創建有障礙物的仿真環境。五、教學難點條件判斷模塊的參數設置及其作用；設置合理的有障礙物的仿真環境。六、教學關鍵條件判斷模塊的學習，采取學生自主學習與老師巧妙的引導及板書相結合的辦法，理解參數設置的作用；仿真障礙物設置時，老師先演示避障環境的設置，再讓學生設置，測試。教師不斷巡視，展示學生出現的一些不合理設置，從而讓學生設置出合理的障礙物環境。七、教學準備教師準備：諾寶機器人一個，視頻三個，教學PPT，板書紙塊。學生準備：課前預習第6課八、教學過程環節一：課堂導入PPT出示兩張機器人圖片:問題1：讓學生觀察甲乙兩個機器人有什么不同并交流。問題2：現在甲、乙兩個機器人，在走廊的通道上行走。請同學們仔細觀察，它們行走時有什么特點？為什么？視頻1：（機器人巡邏——甲乙兩機器人，甲沒裝紅外避障傳感器，乙有裝。在巡邏時，甲橫沖直闖，四處碰壁；乙卻能夠自由行走，不會撞到墻壁。）學生交流，說出自己認為合理的答案。教師小結（機器人裝了眼睛才能看見物體），引出課題。（教師板書：第6課給機器人裝“眼睛”——看物體）。環節二：紅外避障的組成及工作原理1．紅外避障的組成。PPT出示乙機器人。教師引導：乙機器人的前方安裝的“眼睛”是紅外避障傳感器（如圖）。關于紅外避障傳感器的介紹，請同學們仔細閱讀P20-P21頁的內容，并完成下面的填空題：PPT出示：紅外避障傳感器相當于機器人的 。它是由 和 組成，主要功能是 。學生閱讀之后進行交流。2、紅外避障的工作原理。教師引導：猜猜哪只代表發射管，哪只代表接收管？

學生交流。教師PPT演示并講解：紅外發射管發出紅外光，遇到物體反射給接收管，接收管把這個信息轉為電信號傳給微電腦，微電腦接收到信號后就開始工作了，首先判斷前方有物體，并根據這個信息進行思考，然后準確地判斷物體所在的位置，指揮機器人在行走當中巧妙地避開物體。一紅外接收管紅外發射管環節三：編寫機器人避障程序1．PPT出示甲機器人。問題3：甲機器人因為沒安裝紅外避障所以會撞墻。現在我給它安裝一個紅外避障傳感器，看看它的行走情況。視頻2：甲裝上紅外避障，但是在巡邏當中還是碰撞到墻壁。學生交流。老師幫助學生分析其中的原因：紅外避障只負責把信息傳給微電腦，微電腦能不能象人的大腦一樣進行思考判斷，還必須要給它編寫程序才能發揮作用。（讀：編寫程序才能讓機器人的“大腦“一樣發揮作用）2．自主學習PPT出示：今天，我們的任務就是給“甲機器人”編寫程序，讓它在行走當中巧妙地避開前方的的物體，能夠自由地在走廊通道里行走。教師說明學習的要求：仔細閱讀P21-22，認真操作每一個步驟，添加模塊，正確地設置每個模塊的參數。同桌之間可以互相討論和幫助。教師課堂巡查，目測學生在學習中的操作進度和存在的問題，及時幫助偏離學習任務的學生把注意力轉移到學習中來。師生探究程序的流程圖。

問題4：同學們添加的第一個模塊是什么？有什么作用？學生發表自己的見解——添加永久循環模塊，實現無限重復的智能目標（如下圖）（教師板書：永久循環）?塞餌??塞餌?拮束實現無限重復的智能目標問題5：第二個模塊是什么？有什么作用？同上，——紅外避障傳感器，讓它看見物體（如下圖）。教師板書：紅外避障）教師引導學生雙擊設置參數（如下圖），并幫且學生分析：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。（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）教師再次指導學生正確添加表達式，鼓勵同桌互相檢查。問題7：紅外避障變量1==1，表示什么意思？引導學生理解：“紅外避障變量1”表示安裝在前面的紅外避障傳感器，==1表示有信號連起來就是前面的紅外避障傳感器有信號（如下圖）。判斷傳感器是否有信號＞紅外避障變量1==1表示前紅外避障傳感器有信號教師引導：紅外避障傳感器把從外面接收到的信號傳給微電腦，微電腦經過分析、判斷之后，要發出指令。指令包含兩種情況：一是前方有物體要指揮機器人轉向避開；一種是前方沒有物體要指揮機器人直行。

問題8：轉向模塊添加哪一側？高速電機呢？學生交流（如下圖）。（教師板書：轉向、高速電機）教師演示分析：條件判斷有兩個分支，“是”表示紅外避障傳感器的前方有物體，機器人應該發出轉彎的指令。所以在分支左側添加“轉向”模塊，雙擊并設置參數（如下圖）1 菸訪i束廬： 10-100(■"'伽諂啟冷；90停上-幃用託至<7轉動速度為10，表示最大速度向右轉彎。拖動滑塊可以改變轉彎的方向，觀察左轉時轉動速度的變化。“否”分支，表示紅外避障傳感器的前方沒有物體，機器人要發出一直前進的指令。所

以在分支的右側添加“高速電機”模塊。雙擊并設置參數：左右電機的轉速如果都為10，表示全速前進，以最快的速度完成任務，也可以設置小一點，讓機器人走得慢一些（如下圖）。4．完善程序流程圖。教師巡查，學生互助。引導學生觀察黑板，說出老師板書的流程圖缺流程線，教師補充完整PPT展示下列圖示，鼓勵學生歸納“機器人避障程序”的設計思路。環節四：設置有障礙物的仿真環境教師引導：剛才設計的程序是否正確，我們要到仿真平臺進行測試。進入仿真界面口初試：在仿真界面，沒有添加障礙物。拖動機器人讓平臺上，觀察機器人行走情況。教師檢查學生運行程序的情況，統計存在的問題。教師演示并指導：如果機器人一直往前走，符合我們設計的意圖（前方沒發現物體就直

走），說明程序設置沒有錯誤；如果運行進出現下圖所示，說明條件判斷模塊參數設置不正確。返回到主界面，修改條件判斷的表達式。設置障礙物環境：教師演示并指導學生添加障礙物學生編輯障礙物時，會出現一些不合理的設置，教師通過演示幫助學生修改障礙物,如：右擊停止添加、右擊編輯顏色大小位置、刪除障礙物等。測試機器人能否避開障礙物。編譯下載視頻3：程序下載到甲機器人，機器人行走時能巧妙地避開物體行走。測試拓展：教師引導：在設置障礙物環境時，有部分同學把環境設置得像迷宮一樣（如圖），但機器人卻只能在一個狹小的范圍里行走，顯得環境多余、不合理。怎樣才能讓機器人在復雜的迷宮里自由行走呢？指導學生返回主界面修改流程圖。

教師演示程序修改過程，學生操作：第一個修改：轉向模塊（轉動速度慢一些，轉動角度改小一些，右側行走）第二個修改：高速電機（不要直行，行走速度減慢，朝著左側方向行走）測試機器人行走情況：九、板書設計十、教學反思從興趣入手，充分調動學生學習的主動性和積極性，在課堂學習中，學生的注意力高度集中，思維異常活躍，求知欲異常強烈，創造思維活動得以啟動運行，是小學信息技術教學活動的核心思想。《給機器人裝“眼睛”一一看物體》是讓學生通過學習，能夠正確地編寫“機器人避障”的程序，能夠為機器人設置障礙物環境，讓機器人順利地在此環境自由地行走。單單從教材內容的編排上看，五年級學生面對四個頁面密密麻麻的文字敘述，很難對它的學習產生興趣，相反還容易產生厭煩情緒。因此，為了讓學生對機器人編寫學習有一個好的開始，我花了不少心思對本課內容進行了全方位的閱讀、理解、推敲，最后從以下幾方面著手進行教學設計：一、趣味導入，動靜結合，激發學生的直接學習興趣。在本課學習之前，學生對機器人的了解，僅僅局限于老師在課堂上出示的圖片、實物，接觸得最深入的一次莫過于在實驗室組裝了一臺滅火機器人，但是它不能動起來。本節課需要做怎樣的改變才能深深地吸引住學生注意力，產生非學好不可的念頭？按課本的提示，可以選兩名學生做游戲，一個蒙上眼睛，一個不蒙眼睛。但是這樣做很容易讓其他學生的注意力轉移到誰來做游戲的問題上，而忽略游戲本身是想引出眼睛才看得見東西。另外，從學生的游戲過渡到機器人也要裝眼睛才看得見物體，還需要其他形式的展示才能巧妙地聯系起來，這樣做不能即時切入主題，學生也很難地把兩個情境聯系在一起，既浪費了時間，也吸引不了全體學生。經過反復斟酌，決定用真實的紅外避障機器人來吸引大家。但是機器人以何種方式出現？實物，在教師手里顯得太小，不能讓每個人都看得清；圖片，PPT中播放，再廣播到學生機，清晰，每個學生都能看得清楚。課的開始，就出示兩張機器人圖片（甲和乙），讓學生直觀地感受兩者之間的區別。通過觀察體驗，學生開始對“紅外避障傳感器”（在學習之前學生還不知道這個部件就是紅外）產生了求知欲，它到底能讓機器人干什么？這個時候如果切入到機器人的學習，恐怕學生會大失所望。于是我用心地拍了一段視頻，學生在觀看視頻中進一步明白了機器人也要裝眼睛才可以看見物體，從而自然地引出課題，也調動學生的學習情緒。二、 閱讀教材，有的放矢，培養學生自主探究的習慣。本節課有兩個環節需要學生獨立去閱讀。一是關于紅外避障的學習，教師把重要的文字描述以填空的形式展示在PPT中，通過閱讀比賽等形式激發學生快速閱讀，集中精力去找到準確的答案，做到針對性強，有的放矢。二是關于程序編寫這一部分，教師讓學生在電腦上親自操作，學會按課本上的操作流程獨立去完成程序的設計，這一部分教師不做任何提示和指導，只是監督他們把精力放在課本的閱讀理解上。在學生完成這一系列的任務過程中，教師逐漸體會到學生完全有能力自己學習，教師只需要提供一個探究的學習環境。三、 啟發思維，張揚個性，提高學生的創新意識和創新能力。機器人避障的流程圖編寫是本節課的重點。學生通過自主學習基本上可以完成框架的搭建，甚至有些學生還可以正確地設置條件判斷、高速電機的參數，但是我們要求學生學習程序編寫真正目的不僅是會搭框架，還要理解每個模塊的作用，整個流程圖的設計思路，也就是常言道“知其然，還知其所以然”，從而讓學生的思維在這個過程中得到訓練。障障物仿真環境的設置，是程序設計的一個延伸，也是創新意思和創新能力展示的重要環節。程序的正確性是唯一的，但是仿真環境的設置卻可以多樣化，主要體現在：物體的顏色、大小、形狀、物體多少及位置的復雜性（自由設置）。有的學生障礙物設置得比較簡單，所以機器人的行走基本上能滿足程體序的要求；有的學生設置得很復雜，其中有些設置是不合理的，比如滿屏都是物體，機器人沒有立足之地，有些設置合理，但機器人只在小范圍內行走，顯得其他環境有些浪費。不管是那種設置，都是學生思考和操作的結晶，都值得肯定和表揚。當學生的各種狀況集中出現時，教師要發揮廣播的力量，即時幫助學生解決問題：簡單了些，可以再復雜點；復雜了，不合理，刪除部分物體;復雜了，合理，像迷宮，要讓機器人到處走，程序要做適當修改。修改程序把學生求知的欲望提升到一個高度，因為他們很急于想看到機器人在迷宮里自由行走。四、 循循善誘，言簡意賅，讓學