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2019-2020年蘇科版小學(xué)信息技術(shù)《第14課 學(xué)生機(jī)器人》教案（選修） ［教學(xué)目的與要求］ 1．了解學(xué)生機(jī)器人工作的基本原理。 2．了解學(xué)生機(jī)器人的構(gòu)造特點(diǎn)。 3．掌握學(xué)生機(jī)器人的主要部件。 4．初步理解學(xué)生機(jī)器人編程軟件的功能和作用。 5．培養(yǎng)學(xué)生的探索意識。 6．鼓勵學(xué)生從新事務(wù)中體驗(yàn)樂趣，為今后的學(xué)習(xí)激發(fā)興趣。 7．嘗試接觸實(shí)物，并能夠感受其中的原理。 ［課時(shí)安排］ 建議安排2 課時(shí)。 ［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］ 1．重點(diǎn)：學(xué)生機(jī)器人的基本工作原理。 2．難點(diǎn)：學(xué)生機(jī)器人的主要部件的學(xué)習(xí)。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課為機(jī)器人部分教學(xué)的中間環(huán)節(jié)，學(xué)生由本課開始，接觸到機(jī)器人的微觀世界，并逐步開始接觸機(jī)器人原理部分的內(nèi)容，因此，建構(gòu)良好正確的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在本課的教學(xué)中具有重要的意義。 本課的教學(xué)圍繞學(xué)生機(jī)器人展開，因?yàn)闄C(jī)器人的種類繁多，所以縮小認(rèn)知范圍是形成必要概念的有利手段。教師在準(zhǔn)備本課的教學(xué)中，應(yīng)本著見微知著的原則，拓展學(xué)生的知識面。 2．教學(xué)方法指導(dǎo) 根據(jù)本課的內(nèi)容，教學(xué)中可以使用范例講授法與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)，因?yàn)楸菊n屬于新授課，學(xué)生初次接觸機(jī)器人部件，加之本課知識點(diǎn)比較多，學(xué)生之前接觸機(jī)器人的機(jī)會有限，因此要結(jié)合實(shí)例進(jìn)行教學(xué)。 在教學(xué)中，可以適當(dāng)設(shè)計(jì)部分知識問答環(huán)節(jié)，來鼓勵學(xué)生交流，并及時(shí)溝通解決疑問。在此基礎(chǔ)上，形成一定的討論氣氛，為學(xué)生后期的合作學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 ［參考資料］ 現(xiàn)在，機(jī)器人已經(jīng)深入到人們的生活中。隨著中國教育體制的不斷改革，學(xué)生機(jī)器人成為機(jī)器人大家族中重要的一部分。學(xué)生機(jī)器人教育旨在推進(jìn)青少年的素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，讓學(xué)生體會學(xué)習(xí)的樂趣，享受成功的喜悅，激發(fā)求知欲望，以自信、樂觀，勇于挑戰(zhàn)的態(tài)度面對未來。 （1）獲取新知識：機(jī)器人涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動控制、信息技術(shù)學(xué)科等。 （2）提高動手能力：了解生活環(huán)境，提高想象力，創(chuàng)造力，分析、解決問題的能力。 （3）快樂教育：置身于充滿趣味性、刺激性、挑戰(zhàn)性的活動之中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)、探索科技的興趣。 （4）勇于挑戰(zhàn)：體驗(yàn)挑戰(zhàn)極限，享受成功、提高自信。 （5）參與競賽能力：互相合作、共同挑戰(zhàn)、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，提高管理能力。 ［參考教案］ 1．展示與引入 師：上節(jié)課我們認(rèn)識了機(jī)器人的組件和主要器官，同學(xué)們來回顧一下吧。 (簡單復(fù)習(xí)上一課的內(nèi)容) 師：這些是機(jī)器人身上非常重要的部分，它們共同配合，組成了機(jī)器人，我們的機(jī)器人才能動起來。除了以上的部件器官以外，機(jī)器人到底是怎樣運(yùn)動起來的呢？大家來猜一猜。 (學(xué)生討論：機(jī)器人運(yùn)動的原理) 師：今天，我們就來走進(jìn)機(jī)器人的內(nèi)部世界，看看它們是怎樣運(yùn)動的。 (板書課題) 設(shè)計(jì)意圖：以舊引新，為新知識的學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)；引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情。 2．新授一：機(jī)器人工作的基本原理 師：在剛才的討論中，同學(xué)們關(guān)于機(jī)器人的工作原理有以下意見： (板書意見) 方向一：電池提供動力。 方向二：計(jì)算機(jī)程序控制。 方向三：芯片控制。 (討論：這三個(gè)主要方向里面，誰更加貼近機(jī)器人工作的原理呢？) 途徑一：到教材中找尋答案。 途徑二：到課件中找尋答案。 (老師自由選擇合適的方式) 師：我們來總結(jié)一下，到底機(jī)器人工作的原理是什么呢？ (展示一次機(jī)器人的工作狀態(tài)，結(jié)合課本知識，講解工作原理) 設(shè)計(jì)意圖：從對比中引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知，理解知識的體系，從而為新知識的學(xué)習(xí)提供遷移的機(jī)會；該部分為學(xué)有余地的同學(xué)所準(zhǔn)備，適應(yīng)部分層次較高的學(xué)生來學(xué)習(xí)，是分層教學(xué)的具體運(yùn)用。 3．新授二：機(jī)器人的構(gòu)造特點(diǎn) 師：剛剛我們看見了機(jī)器人的工作原理，這些原理是需要一定的特殊構(gòu)造來配合的，下面就讓我們再次來“解剖”機(jī)器人，看看它是怎么樣來完成這些工作的。 （教師打開實(shí)物機(jī)器人，講解內(nèi)部的結(jié)構(gòu)） （學(xué)生嘗試觀察，并可根據(jù)實(shí)際情況安排部分學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐、觸摸等體驗(yàn)） 注意：本內(nèi)容教學(xué)時(shí)，要進(jìn)行分組，保證每位學(xué)生都有平等的接觸機(jī)會。 設(shè)計(jì)意圖：深入理解知識，在復(fù)習(xí)已有知識的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生有步驟地深入，直到領(lǐng)會到本課的難點(diǎn)內(nèi)容。 4．總結(jié)與回顧 師：今天我們一起了解了機(jī)器人的工作原理和主要構(gòu)造，這些就是機(jī)器人的一部分秘密，在后面的學(xué)習(xí)中，我們將讓我們的機(jī)器人按照我們的意愿運(yùn)動起來，讓我們一起來期待吧！ 附送： 2019-2020年蘇科版小學(xué)信息技術(shù)《第15課 傳感器》教案（選修） ［教學(xué)目的與要求］ 1．學(xué)習(xí)學(xué)生機(jī)器人的“主要器官”。 2．能夠了解傳感器的主要功能。 3．平等交流，掌握各“器官”的作用。 4．能夠建立正確的機(jī)器人整體概念。 5．學(xué)會正確對待傳感器的工作方式。 6．激發(fā)對學(xué)生機(jī)器人這一信息媒體的學(xué)習(xí)熱情。 7．嘗試用人的“器官”概念理解機(jī)器人的“器官”概念。 8．為傳感器的學(xué)習(xí)建立合適的實(shí)踐渠道。 ［課時(shí)安排］ 建議安排2 課時(shí)。 ［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］ 1．重點(diǎn)：學(xué)習(xí)學(xué)生機(jī)器人的“主要器官”。 2．難點(diǎn)：理解傳感器的功能。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課是機(jī)器人部分內(nèi)容中，傳感器部分的重點(diǎn)章節(jié)，起到承上啟下的作用。傳感器的學(xué)習(xí)在小學(xué)信息技術(shù)階段有著重要的意義，是學(xué)生理解學(xué)生機(jī)器人原理、設(shè)計(jì)學(xué)生機(jī)器人運(yùn)動的重要環(huán)節(jié)，對促發(fā)學(xué)生的整體概念形成有著舉足輕重的作用。 本課教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容在于讓學(xué)生了解傳感器的原理和功能，促進(jìn)學(xué)生的知識遷移。本課是前面知識的總結(jié)和提高，也是今后學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。 2．教學(xué)方法指導(dǎo) （1）本課是練習(xí)學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)踐課，要求學(xué)生盡可能多地使用本單元學(xué)習(xí)的技術(shù)。 （2）教師應(yīng)該事先準(zhǔn)備好學(xué)生制作機(jī)器人所需的素材、傳感器實(shí)物等。 （3）本節(jié)課的關(guān)鍵是“評價(jià)與共享”，這既是指技術(shù)上的評價(jià)，也是指資源上的共享。全班交流，小組內(nèi)研究。 （4）教師應(yīng)合理安排好時(shí)間，交流部分是本節(jié)課的難點(diǎn)，既要運(yùn)用準(zhǔn)確的語言介紹作品，又要給予充分的時(shí)間讓學(xué)生接觸實(shí)物。 ［參考資料］ 傳感器是機(jī)器人和現(xiàn)實(shí)世界之間的紐帶。一般根據(jù)傳感器的工作特征，可以分為：光學(xué)傳感器（顧名思義就是對光產(chǎn)生反應(yīng)的傳感器，比如紅外傳感器）、聲傳感器（比如microphone）、力傳感器（比如壓敏傳感器）、位置傳感器（比如陀螺儀）。 光傳感器： 光傳感器的范圍很廣，有最簡單的光敏電阻，就是光強(qiáng)度的大小改變電阻的阻值從而實(shí)現(xiàn)對光強(qiáng)度的感知，也有目前最復(fù)雜的攝像頭Camera。然而在我們機(jī)器人中，用得最多的是Infra-red 紅外傳感器，其中的紅外接近傳感器是機(jī)器人在運(yùn)動過程中必不可少的傳感器，通過它，目前我們可以獲得機(jī)器人的在移動過程中與前面障礙物之間的距離，當(dāng)然這距離非常短。不過，對于我們的機(jī)器人來說，這也是目前唯一的可承受的選擇。 還有一種目前比較有用的紅外傳感器是叫紅外探測器，它不同于上面的紅外接近傳感器，它沒有紅外發(fā)射器，只有一個(gè)紅外接受單元，由被測物體發(fā)出紅外信號。一般用來做熱感應(yīng)用，比如人走近或者動物走進(jìn)這樣的傳感器時(shí)，它就會產(chǎn)生信號。在生產(chǎn)安全領(lǐng)域用的比較多。對于我們嗎，最多就是有人走進(jìn)的時(shí)候能夠作為一種感知手段來讓機(jī)器人獲得：“哇，有個(gè)發(fā)紅外線的家伙沖我走過來了”這樣的信息。 還有一種目前我們也能承受的是攝像頭，與之相配套的，能應(yīng)用于機(jī)器人的識別軟件和硬件還相對比較少和昂貴，目前成熟的市場產(chǎn)品有美國卡耐基-梅隆大學(xué)開發(fā)的CMU-Camera套裝，但是價(jià)格較為昂貴。但是如果我們不用他們的套裝，自己開發(fā)的話，其它硬件投入相對少了，但是你要對計(jì)算機(jī)編程相當(dāng)精通，而且難度相對很大。 力傳感器： 力傳感器是用來檢測碰撞或者接觸信號的，比如機(jī)械手的應(yīng)用，當(dāng)你放一個(gè)東西到機(jī)械手的時(shí)候，機(jī)械手自動抓住它，它就需要力傳感器檢測東西抓得緊不緊。典型的力傳感器是微動開關(guān)和壓敏傳感器。微動開關(guān)其實(shí)就是一個(gè)小開關(guān)，通過調(diào)節(jié)開關(guān)上的杠桿長短，能夠調(diào)節(jié)觸動開關(guān)的力的大小。用來做碰撞檢測這是最好不過了。但是這種傳感器必須事先確定好力的閥值，也就是說只能實(shí)現(xiàn)硬件控制。而壓敏傳感器是能根據(jù)受力大小，自動調(diào)節(jié)輸出電壓或者電流，從而可以實(shí)現(xiàn)軟件控制。 聲覺傳感器： 目前最多的也就是麥克風(fēng)了。主要的問題是如何處理聲音信號。當(dāng)前沒有一個(gè)比較好的聲音解決方案。超聲波傳感器和紅外接近傳感器很像，也屬于距離探測傳感器，但是它能提供比紅外傳感器更遠(yuǎn)的探測范圍，而且還能提供一個(gè)范圍的探測而不是一條線的探測。也是目前用的最多的距離傳感器之一了。 位置和姿態(tài)傳感器： 機(jī)器人在移動或者動作的時(shí)候必須時(shí)時(shí)刻刻知道自己的姿態(tài)動作，否則就會產(chǎn)生控制中的一個(gè)開環(huán)問題，沒有反饋。位置傳感器和姿態(tài)傳感器就是這個(gè)用的。常用的有光電編碼器，由于機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是電機(jī)驅(qū)動，通過計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可以得出電機(jī)帶動部件的大致位置，編碼器就是這樣一種傳感器，它一般和電機(jī)軸或者轉(zhuǎn)動部件直接連接，電機(jī)或者轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)了多少圈或者角度能夠通過編碼器讀出，控制軟件再根據(jù)讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行位置估計(jì)。還有一種是陀螺儀，這是利用陀螺原理制作的傳感器，主要可以測得移動機(jī)器人的移動加速度，轉(zhuǎn)過的角度等信息。 ［參考教案］ 1．引入 師：同學(xué)們，你們喜歡《機(jī)器貓》嗎？你最喜歡其中的哪個(gè)人物或一段故事情呢？ 生：回答老師提問。 師：機(jī)器貓就是一種虛擬的機(jī)器人，它非常能干，可以幫助小主人公完成很多心愿。這些就是靠它靈巧的雙手完成的。今天，就讓我們來繼續(xù)學(xué)習(xí)學(xué)生機(jī)器人的小器官是怎么樣變出“大神奇”的。 (板書課題) 設(shè)計(jì)意圖：以“有知”喚醒“無序”，從實(shí)物入手，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)新知識的恐懼心理。 2．新授一：學(xué)習(xí)機(jī)器人的“主要器官”(第一課時(shí)) 師： 機(jī)器貓非常靈活，它是小主人公的好朋友，請你觀察下它，看看它是怎么樣讓小主人 知道它的喜怒哀樂的呢？ (播放機(jī)器貓的視頻片斷) (學(xué)生討論) 師：請回答下面一組問題： （1） 機(jī)器人的“表情”部件有哪些？ （2） 機(jī)器人的“感覺”部件有哪些？ （3） 在機(jī)器貓的身上找一找，它們都藏在哪里了呢？ (學(xué)生回答問題，接合課本內(nèi)容，并討論) (觀察多組學(xué)生機(jī)器人的照片，介紹機(jī)器人的主要器官組成，有條件的情況下，可讓學(xué)生動手觸摸學(xué)生機(jī)器人) 設(shè)計(jì)意圖：用學(xué)生較為熟悉的實(shí)物作為切入口，幫助學(xué)生完成知識的遷移；在真實(shí)的環(huán)境中完成學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)。 ３．新授二：了解傳感器的主要功能(第二課時(shí)) 師：機(jī)器貓可以完成很多復(fù)雜的工作，神奇極了，在現(xiàn)實(shí)的學(xué)生機(jī)器人身上，也能有這樣的神奇。不過，它們運(yùn)動的時(shí)候，可不是像我們?nèi)祟愐粯?，用手腳來運(yùn)動，而是通過一個(gè)特別重要的器官來實(shí)現(xiàn)的，它就是――傳感器！讓我們一起來看看這個(gè)神奇的器官！ (學(xué)生看書，閱讀相關(guān)的章節(jié)) (教師輔導(dǎo)巡視) 知識小問答： （1） 傳感器相當(dāng)于人類的什么器官呢？ （2） 傳感器分為哪幾種類型呢？ （3） 每種類型的工作動力是什么呢？ （4） 為什么機(jī)器人一定要有傳感器呢？ (學(xué)生分小組討論) 師：結(jié)合實(shí)物進(jìn)行詳細(xì)的講解。 (學(xué)生觀察) 注意：此處學(xué)生適應(yīng)有一定難度，教師可接合課件中的圖片進(jìn)行詳細(xì)的講解，幫助學(xué)生適應(yīng)過程。根據(jù)不同的生源特點(diǎn)，教師要采用不同的進(jìn)度和頻率，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。 設(shè)計(jì)意圖：在理解、完成上個(gè)任務(wù)的基礎(chǔ)上，再次提升任務(wù)的難度，讓學(xué)生在此中領(lǐng)略知識的快感；將復(fù)雜的知識細(xì)化，幫助學(xué)生梳理已有的知識體系；用客觀形象來加深學(xué)生的理解；讓學(xué)生有機(jī)會和老師進(jìn)行接觸，避免過于單調(diào)的學(xué)習(xí)交流。 4．總結(jié)與評價(jià) 師：今天我們學(xué)習(xí)了學(xué)生機(jī)器人的重要的器官傳感器，在后面的學(xué)習(xí)中，我們要常常接觸到它們，今天的機(jī)器人之所以能這么靈活，也和它有著密切的關(guān)系。除了教材中介紹的知識以外，傳感器還有很多種類，請回家查找資料。 設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生拓展知識面。