2019-2020年蘇科版小學(xué)信息技術(shù)《第16課 學(xué)生機器人平臺》教案（選修）.doc

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2019-2020年蘇科版小學(xué)信息技術(shù)《第16課 學(xué)生 機器人平臺》教案（選修） ［教學(xué)目的與要求］ 1.學(xué)習(xí)“學(xué)生機器人平臺”軟件。 2.初步了解流程圖的設(shè)置方式。 3.理解軟件的概念。 4.能夠運行“學(xué)生機器人平臺”軟件。 5.幫助學(xué)生建立軟件與機器人之間的知識鏈接。 6.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。 7.嘗試用已有的信息技術(shù)手段理解“編程”的意義。 8.嘗試運行、設(shè)置編程軟件。 ［課時安排］ 建議安排2 課時。 ［教學(xué)重點與難點］ 1.重點：學(xué)習(xí)“學(xué)生機器人平臺”軟件。 2.難點：流程圖的設(shè)置方式。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課基于原有機器人知識的基礎(chǔ)上，介入編程軟件，讓學(xué)生了解到“學(xué)生機器人平臺”的重要意義。因此，本課的學(xué)習(xí)屬于理論性與實踐性相結(jié)合的環(huán)節(jié)。 在本課的教學(xué)中，學(xué)生接觸到流程圖的學(xué)習(xí)和設(shè)置，在今后的學(xué)習(xí)中起到了基礎(chǔ)性的作用，顯得尤為重要。在教師的教學(xué)中，要秉承打好基礎(chǔ)的原則，為學(xué)生提供正確嚴謹?shù)慕虒W(xué)環(huán)節(jié)，為今后的學(xué)習(xí)提供便利。 2．教學(xué)方法指導(dǎo) 在學(xué)生機器人平臺的學(xué)習(xí)中，教師要幫助學(xué)生學(xué)會利用資源學(xué)習(xí)、意義建構(gòu)的學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、進行非線性的跨越式學(xué)習(xí)、理解流程圖利用流程圖的學(xué)習(xí)。教師可以在教學(xué)中設(shè)置相應(yīng)的問題，讓學(xué)生帶著問題思考，順著問題學(xué)習(xí)，使得知識能夠順暢地進入學(xué)生的認知體系，為今后的實踐提供保證。 ［參考資料］ 1.學(xué)生機器人編程軟件一般采用流程圖模式編程。流程圖由基本模塊來構(gòu)建，基本模塊包括輸出執(zhí)行模塊、信號輸入模塊、流程控制模塊三部分，每一個圖形模塊都可以完成一定的功能，只要按邏輯連接這些模塊可以很快的完成一個程序的編寫，通過畫流程圖的方式，實現(xiàn)對某一特定機器人的編程。從而使機器人根據(jù)周圍的環(huán)境執(zhí)行相應(yīng)的動作，如：前進、后退、轉(zhuǎn)彎、加速、減速等。流程圖支持全局變量、簡單表達式、復(fù)合條件判斷、循環(huán)等。 軟件采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，每種控件作為一個類對象，描述了此控件的類型、位置、連接屬性、節(jié)點的設(shè)置屬性等信息以及對各種屬性改變的方法。利用這些方法，可以方便的對每個節(jié)點對象的屬性更新和對象位置的移動等各種操作。 2.軟件特點： （1） 圖形化編程，直觀、易于學(xué)習(xí)和操作。 （2）編輯、編譯、程序下載到主控芯片的集成開發(fā)環(huán)境。 （3）屏蔽軟硬件接口部分，降低偏向于硬件的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)難度。 （4）可擴展性強。 ［參考教案］ 1.展示與導(dǎo)入（第一課時） 師：同學(xué)們，我們經(jīng)過了四節(jié)課的學(xué)習(xí)，你們了解了哪些機器人的知識啊？能給我們介紹一下你的感受嗎？ 學(xué)生：回憶自己的學(xué)習(xí)過程，并討論自己的學(xué)習(xí)心得。 師：在上節(jié)課的討論中，有的同學(xué)曾經(jīng)提出，機器人的工作不但依賴傳感器，也要依賴于計算機的編程，這樣機器人才能“健康”地成長。今天就讓我們來學(xué)習(xí)機器人編程。 (板書課題) 設(shè)計意圖：此部分的學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)存在一定的障礙，因此在設(shè)計教學(xué)過程時，因降低部分的難度，使得學(xué)習(xí)過程順暢。 2. 了解“學(xué)生機器人平臺”軟件 師：機器人的運動，不是在機器人本身所制定完成的，它必須要有強大的“后援團”，這個就是“學(xué)生機器人平臺”軟件 （打開相應(yīng)的圖片，介紹幾種機器人平臺） 生：了解新界面。 師：“學(xué)生機器人平臺”軟件和我們過去學(xué)習(xí)過的哪些軟件有相似的地方呢？ （1）FrontPage中網(wǎng)頁的編寫。 （2）Word中的流程圖。 師：它們有哪些相似的地方呢？ （1） 界面類似。 （2） 流程圖的方式相似。 師：它們有哪些不同的地方呢？ （閱讀課本，尋找答案） （教師最后引導(dǎo)總結(jié)，幫助學(xué)生找到其中的關(guān)鍵詞） 設(shè)計意圖：全班合作討論的形式，可以最大程度地激發(fā)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的熱情。 3. 運行編程軟件（第二課時） 師：實戰(zhàn)開始了，我們要為學(xué)生機器人編程了，首先得讓它知道我們的意圖，請觀察以下得流程： （學(xué)生觀察教師操作并總結(jié)） （1）打開軟件 教師介紹主要的界面。 （2）新建程序 和原有軟件類似之處。 （3）設(shè)置系統(tǒng) 講解傳感器和串口的設(shè)置方法。 （4）加載圖形控件 講解圖形控件的概念。 （5）設(shè)置屬性 以“計算”控件為例。 （6）修改程序 移動、刪除、復(fù)制、粘貼等操作 （7）編譯程序 先保存程序，再編譯程序。 （8）下載程序 將機器人主板的接口與計算機接口相連，下載程序，注意“寫入成功”的字樣。 設(shè)計意圖：學(xué)生學(xué)習(xí)的難度較大，應(yīng)留給學(xué)生較多時間去適應(yīng)，幫助學(xué)生完成過程；老師作為過程的參與者，以輔導(dǎo)學(xué)生為主，不能替代學(xué)習(xí)。 ４. 嘗試并交流 教師參與注意事項： （1）講解要詳細，速度可調(diào)整，可以就共性的問題全班交流，也可以放手讓學(xué)生互相交流。 （2）關(guān)注學(xué)生的反應(yīng)，及時調(diào)整講課的頻率，保證教學(xué)效果。 有條件時，讓學(xué)生參與到實際過程中去。 設(shè)計意圖：此過程開放性較強，學(xué)生能夠有足夠的余地發(fā)揮自己的主觀能動性。 ５. 總結(jié) 師：今天我們小組合作，完成了一個程序的編寫過程。部分同學(xué)還進行了展示。我們還對這些展示的作品進行了交流。大家有什么收獲？ 生：討論學(xué)習(xí)心得。 師：在煙波浩淼的信息技術(shù)中，機器人的編程是應(yīng)用較多的技術(shù)之一，在今后的學(xué)習(xí)中，我們要常常接觸到它。它是非常可貴的技術(shù)，它改變了我們的生活，讓我們身邊多了許多豐富多彩的內(nèi)容，從今天起，讓我們好好學(xué)習(xí)，創(chuàng)作出優(yōu)秀的作品，來不斷充實我們的生活！ 設(shè)計意圖：學(xué)習(xí)過程中，旨在幫助學(xué)生完成總結(jié)性評價，在復(fù)習(xí)回顧的基礎(chǔ)上完成對知識的整理，以便學(xué)生再次深入學(xué)習(xí)。 附送： 2019-2020年蘇科版小學(xué)信息技術(shù)《第17課 學(xué)生機 器人行走》教案（選修） ［教學(xué)目的與要求］ 1.認識和了解機器人直流電機的工作原理。 2.學(xué)會編寫機器人前進、后退和轉(zhuǎn)彎的程序。 3.學(xué)會編譯、下載程序。 4.以學(xué)生自學(xué)、合作學(xué)習(xí)的方式完成編寫機器人行走程序。 5.讓學(xué)生學(xué)會觀察、交流體會。 6.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、探索精神。 7.讓學(xué)生在解決問題的過程中體會成功的快樂。 8.利用所學(xué)的機器人知識解決現(xiàn)實生活中的應(yīng)用問題。 ［課時安排］ 建議安排1課時。 ［教學(xué)重點與難點］ 1.重點：機器人前進、后退、轉(zhuǎn)彎程序。 2.難點：機器人左右轉(zhuǎn)彎，將程序?qū)懭霗C器人。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課是學(xué)生第一次學(xué)習(xí)通過編寫程序控制機器人的動作，對后面的學(xué)習(xí)有著良好的引導(dǎo)作用。開始可以讓學(xué)生回憶前面學(xué)習(xí)的機器人知識，然后引入到怎樣讓機器人動起來，指揮機器人完成指定的動作，引入本課的學(xué)習(xí)。也可以播放有關(guān)機器人比賽的錄像，讓學(xué)生欣賞，再引入本課的內(nèi)容。 本課重點讓學(xué)生學(xué)會“直流電機”控件的編程，明白“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“停止”的含義，特別是設(shè)置延時時，要盡可能多些，便于學(xué)生在調(diào)試機器人時能準確觀察到機器人的執(zhí)行步驟。教材中給出了機器人右轉(zhuǎn)彎的程序，讓學(xué)生探究出讓機器人左轉(zhuǎn)彎的方法。 在學(xué)生編好程序后，先編譯然后打開機器人的電源進行下載，特別要注意與機器人的通信方式，是串口通信還是USB口通信。在調(diào)試的過程中，如果機器人沒有按照程序去執(zhí)行動作，請學(xué)生再次檢查程序是否正確，并檢查機器人各端口的連接線是否連接正確。 2．教學(xué)方法指導(dǎo) 任務(wù)驅(qū)動法、自主探究法。 ［參考資料］ 直流電機是一種將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。直流電機有多種不同尺寸和配置。圖1所示為一些常見的小型直流電機，它們非常適合用來控制小型移動機器人的前進、后退、轉(zhuǎn)彎等動作。 圖1 幾種DC電機的照片 直流電機工作時需要給電機轉(zhuǎn)子上的線圈通電。電流在線圈中流動便產(chǎn)生一個磁場，該磁場與線圈外固定的永久磁鐵產(chǎn)生的磁場相斥。這兩個磁場相互作用產(chǎn)生的力可推動電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 用于描述電機電源要求和電機性能的參數(shù)有很多。其中，最基本的一個就是他的工作電壓（額定電壓），該電壓是驅(qū)動電機推薦使用的電壓。當實際電壓低于額定電壓時，大多數(shù)電機仍可以正常工作，但輸出功率要減小。另外，大多數(shù)廠家給出的電機額定電壓都比較保守，所以當實際電壓高于額定電壓時，電機一般也可以正常工作，但通過這種方法獲得輸出功率增加是以犧牲電機壽命為代價的。 電機的另一個性能參數(shù)是工作電流。電壓恒定時，電機上的電流與它的輸出功率成正比。當空載運行時，電機的電流最??；當負載增大到使電機堵轉(zhuǎn)的程度時，電機上的電流最大，該電流被稱為電機的堵轉(zhuǎn)電流，它也是電機在額定電壓下的最大工作電流。 通過電機的電流越大，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力（或轉(zhuǎn)矩）就越大，這是電機轉(zhuǎn)子線圈與周圍永久磁鐵之間電磁場相互作用的直接結(jié)果。線圈中產(chǎn)生的磁場強度與通過它的電流大小成正比，而電機輸出軸上的轉(zhuǎn)矩與兩個磁場的強度直接相關(guān)。 評價電機性能的另一個參數(shù)是它的賭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。這個轉(zhuǎn)矩是指電機在額定電壓下，被迫賭轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小，此時電機上的電流即為賭轉(zhuǎn)電流。對小電機而言，轉(zhuǎn)矩通常以盎司-英寸（1盎司=28.35克）為單位衡量（即距離電機轉(zhuǎn)軸中心為一英寸的力臂上所產(chǎn)生的直線里大?。? 電機所提供的功率大小等于輸出軸的轉(zhuǎn)速與力矩的乘積。當電機自由轉(zhuǎn)動時（空載狀態(tài)），輸出軸轉(zhuǎn)速最大，但轉(zhuǎn)矩為零，此時電機不驅(qū)動任何機構(gòu)，因此輸出功率為零（實際上電機也會消耗一部分功率克服內(nèi)部摩擦，但這種功率不產(chǎn)生任何輸出作用）；當電機賭轉(zhuǎn)時，輸出最大的轉(zhuǎn)矩，但轉(zhuǎn)速為零，因此輸出功率也等于零。在兩種極限情況之間，輸出功率與轉(zhuǎn)速間呈一種拋物線的關(guān)系，如圖2所示。在其正常工作范圍的中部，電機產(chǎn)生的功率最大。 圖2 電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及輸出功率之間的理想曲線 圖中實線表示電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。在該直線的右側(cè)，轉(zhuǎn)速達到最大（100%），而轉(zhuǎn)矩為零，這一點代表了電機空轉(zhuǎn)，沒有做任何有用功的情況。而在直線的左側(cè)，轉(zhuǎn)速為零，但轉(zhuǎn)矩達到最大值，這一點代表了電機因負載太大而賭轉(zhuǎn)的情況。圖中虛線表示電機的功率輸出，它等于電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積。輸出功率的最大值位于電機正常工作范圍的中點，此時轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都不為零。