深圳市青少年宮spike機器人課程第十六課巡線機器人-教學設計科目授課時間節次--年—月—日（星期——）第—節指導教師授課班級、授課課時授課題目（包括教材及章節名稱）深圳市青少年宮spike機器人課程第十六課巡線機器人-教學設計課程基本信息1.課程名稱：深圳市青少年宮spike機器人課程第十六課巡線機器人

2.教學年級和班級：六年級2班

3.授課時間：2023年4月10日星期一14:00-15:00

4.教學時數：1課時核心素養目標1.培養學生的創新思維，通過設計巡線機器人，激發學生的創造力和解決問題的能力。

2.增強學生的動手實踐能力，通過實際操作和編程，提升學生的實踐操作技能。

3.強化學生的團隊合作意識，在小組合作中，培養學生的溝通協調能力和團隊協作精神。學習者分析1.學生已經掌握了與機器人編程相關的初步知識，如基本編程語言的基礎語法、機器人運動控制的基本原理等。他們能夠使用spike機器人進行簡單的編程和操作。

2.學生對機器人編程表現出濃厚的興趣，他們通常具備一定的邏輯思維能力和動手操作能力。學習風格上，部分學生可能更傾向于動手實踐，通過實際操作來學習和理解知識；而另一部分學生可能更偏好理論學習和分析。

3.學生在學習和操作巡線機器人時可能遇到的困難包括：理解編程邏輯的復雜性、調試程序時的耐心和細致度、以及解決實際操作中遇到的問題。此外，對于初次接觸巡線算法的學生來說，理解算法原理和實現方法可能是一個挑戰。教學方法與手段教學方法：

1.講授法：講解巡線機器人的基本原理和編程步驟，幫助學生建立概念框架。

2.實驗法：通過實際操作和編程，讓學生在動手實踐中掌握巡線機器人的編程技巧。

3.討論法：鼓勵學生分組討論遇到的問題，培養解決問題的能力和團隊合作精神。

教學手段：

1.多媒體教學：使用PPT展示巡線機器人原理圖和編程代碼，提高教學直觀性。

2.實驗軟件：利用spike機器人配套的編程軟件，提供直觀的編程環境和實時反饋。

3.在線資源：推薦相關的在線教程和視頻，供學生課后自學和鞏固知識。教學過程1.導入（約5分鐘）

-激發興趣：通過提問學生關于日常生活中遇到的道路標識和交通規則，引出機器人巡線的重要性。

-回顧舊知：簡要回顧之前學習過的機器人編程基礎，如運動控制、傳感器使用等。

2.新課呈現（約20分鐘）

-講解新知：詳細講解巡線機器人的工作原理，包括紅外傳感器、循線算法和編程邏輯。

-舉例說明：通過展示巡線機器人的實際應用視頻，讓學生直觀理解巡線過程。

-互動探究：組織學生討論巡線算法的設計和優化，鼓勵他們提出自己的改進想法。

3.實踐操作（約30分鐘）

-學生活動：學生分組，每組一臺spike機器人，按照教師指導進行巡線編程。

-教師指導：教師巡視指導，解答學生在編程過程中遇到的問題，確保學生正確理解并應用所學知識。

4.巡線編程（約20分鐘）

-學生活動：學生根據所學知識，編寫巡線機器人的控制程序。

-教師指導：教師提供編程模板，幫助學生快速入門，并逐步提高編程水平。

5.調試與優化（約20分鐘）

-學生活動：學生進行機器人巡線實驗，觀察巡線效果，并根據反饋進行程序調試。

-教師指導：教師講解調試技巧，引導學生分析問題原因，并提出優化方案。

6.小組展示（約10分鐘）

-學生活動：每組選派代表展示自己的巡線機器人，講解編程思路和優化過程。

-教師點評：教師對學生的展示進行點評，鼓勵學生分享經驗和改進方法。

7.總結與反思（約5分鐘）

-教師總結：回顧本節課的重點內容，強調巡線機器人的應用價值。

-學生反思：學生回顧學習過程，反思自己在編程和調試中遇到的問題和收獲。

8.課后作業（約5分鐘）

-教師布置：布置課后作業，要求學生完成巡線機器人的拓展編程任務，如增加避障功能等。

-學生了解：學生了解作業要求，為課后學習做好準備。

整個教學過程注重理論與實踐相結合，通過分組討論、實驗操作和小組展示，激發學生的學習興趣和主動性，培養學生的創新思維和團隊協作能力。學生學習效果1.編程能力提升：學生在本節課中學習了巡線機器人的編程方法，掌握了使用紅外傳感器進行路徑檢測和控制的編程技巧。學生能夠編寫簡單的循線程序，實現了機器人的基本巡線功能，這無疑提升了他們的編程能力。

2.問題解決能力增強：在調試巡線機器人的過程中，學生遇到了各種問題，如程序運行不正常、機器人無法準確循線等。通過教師的指導和同學之間的討論，學生學會了分析問題、查找原因和解決問題的方法，增強了他們的問題解決能力。

3.團隊合作意識培養：本節課采用小組合作的方式進行，學生在分組討論和共同完成編程任務的過程中，學會了如何與團隊成員溝通、協作，共同克服困難。這有助于培養學生的團隊合作意識和集體榮譽感。

4.創新思維激發：學生在學習巡線機器人的基礎上，思考如何改進算法，增加機器人的功能，如避障、跟隨等。這種創新思維的學習過程，激發了學生對機器人編程的探索欲望，為今后的深入學習打下了基礎。

5.理論知識與實踐相結合：本節課將理論知識與實際操作相結合，讓學生在實際編程過程中理解抽象的概念，加深對知識的理解。這種教學方式有助于學生將所學知識應用到實際生活中，提高學習的實用性。

6.自主學習能力提高：在課后作業中，學生需要完成拓展編程任務，這要求他們在課后自學相關知識，提高自主學習能力。通過自主完成作業，學生能夠更好地掌握所學知識，并培養獨立解決問題的能力。

7.科學素養提升：學習巡線機器人的過程中，學生不僅學習了編程知識，還了解了紅外傳感器、循線算法等科學原理。這有助于提高學生的科學素養，激發他們對科學技術的興趣。板書設計①重點知識點：

-巡線機器人工作原理

-紅外傳感器原理與應用

-循線算法基礎

-編程步驟及注意事項

②關鍵詞句：

-紅外發射器與接收器

-信號強度與循線

-編程邏輯：條件判斷與循環

-調試方法：觀察與調整

③板書布局：

1.巡線機器人簡介

-工作原理圖

-紅外傳感器位置

2.紅外傳感器原理

-發射與接收

-信號強度與距離

3.循線算法基礎

-檢測線跡

-調整方向

4.編程步驟

-初始化

-循環檢測

-調整速度和方向

5.注意事項

-傳感器校準

-編程調試技巧課堂小結，當堂檢測課堂小結：

在本節課中，我們學習了巡線機器人的基本原理、紅外傳感器的應用以及循線算法的編程。以下是對本節課內容的簡要總結：

1.巡線機器人工作原理：通過紅外傳感器檢測地面上的線條，機器人根據接收到的信號調整運動方向，實現循線行走。

2.紅外傳感器原理：紅外傳感器通過發射和接收紅外線來檢測物體或線條，具有響應速度快、距離測量準確等特點。

3.循線算法基礎：巡線算法主要包括檢測線跡、調整方向和速度等步驟，通過編程實現機器人的循線功能。

4.編程步驟：初始化、循環檢測、調整速度和方向。初始化階段設置機器人初始狀態；循環檢測階段不斷檢測地面線條，根據檢測結果調整方向和速度；調整速度和方向階段根據檢測到的線條位置和信號強度，調整機器人的運動參數。

當堂檢測：

為了檢測學生對本節課內容的掌握程度，以下是一些檢測題目：

1.簡述巡線機器人工作原理，并說明紅外傳感器在其中的作用。

2.解釋紅外傳感器檢測線條的原理，以及如何根據信號強度調整機器人運動方向。

3.編寫一段巡線程序，實現機器人沿地面線條行走，要求包含初始化、循環檢測和調整速度與方向等步驟。

4.分析以下巡線程序中的錯誤，并提出修改建議：

```python

whileTrue:

ifsensor_value>threshold:

motor_speed=100

else:

motor_speed=0

```

5.請說明在調試巡線機器人時，可能遇到的問題及解決方法。重點題型整理1.題型一：編寫巡線機器人初始化程序

-題目：編寫一段初始化程序，設置巡線機器人的初始狀態，包括速度、方向等。

-答案示例：

```python

#設置初始速度

motor_speed=50

#設置初始方向

motor_direction="forward"

#設置傳感器閾值

sensor_threshold=500

#初始化傳感器

sensor_value=read_sensor_value()

```

2.題型二：編寫循線檢測程序

-題目：編寫一段循線檢測程序，當傳感器檢測到線條時，調整機器人的運動方向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

else:

motor_speed=100

motor_direction="left"

#更新機器人狀態

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

3.題型三：編寫避障程序

-題目：在巡線程序中增加避障功能，當機器人檢測到障礙物時，停止運動并轉向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

else:

#檢測到障礙物

motor_speed=0

motor_direction="left"

#延時一段時間后重新檢測

delay(1000)

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value<=sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"

#更新機器人狀態

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

4.題型四：編寫巡線機器人速度調整程序

-題目：編寫一段程序，根據傳感器檢測到的線條強度調整機器人的速度。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

else:

motor_speed=50

#更新機器人狀態

update_motor(motor_speed,motor_direction)

```

5.題型五：編寫巡線機器人方向調整程序

-題目：編寫一段程序，根據傳感器檢測到的線條位置調整機器人的方向。

-答案示例：

```python

whileTrue:

sensor_value=read_sensor_value()

ifsensor_value>sensor_threshold:

motor_speed=100

motor_direction="forward"