學(xué)而優(yōu)教有方第五節(jié)紅外測障傳感器應(yīng)用——救援機(jī)器人一、教材分析（一）內(nèi)容分析本節(jié)會救援的智能機(jī)器人，是“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”算法的具體應(yīng)用，但是由于救援場地內(nèi)過道較窄，因此運(yùn)用算法后，機(jī)器人救援程序中的“轉(zhuǎn)向”模塊和“啟動電機(jī)”模塊（機(jī)器人走弧線）中的參數(shù)需要師生進(jìn)行探索性設(shè)置，參數(shù)值的大小需要微調(diào)，這些都是課堂中需要研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容。（二）教學(xué)目標(biāo)（1）通過救援機(jī)器人程序和巡邏機(jī)器人值班程序的設(shè)計，讓學(xué)生掌握運(yùn)用“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”設(shè)計程序的方法。（2）通過救援機(jī)器人程序和巡邏機(jī)器人值班程序的設(shè)計，進(jìn)一步掌握運(yùn)用紅外測障傳感器設(shè)計程序的算法原理。（3）通過講解，讓學(xué)生了解JC語言代碼的含義，能讀懂并學(xué)會通過JC語言代碼設(shè)置流程圖程序中的參數(shù)。（三）教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”。（2）機(jī)器人救援程序。（3）機(jī)器人巡邏值班程序。2.教學(xué)難點(diǎn)機(jī)器人救援程序中的“轉(zhuǎn)向”模塊和“啟動電機(jī)”模塊中的參數(shù)設(shè)置與微調(diào)。二、學(xué)情分析學(xué)生在上節(jié)已掌握了紅外測障傳感器原理及“紅外測障”模塊，本節(jié)再來學(xué)習(xí)運(yùn)用“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”算法設(shè)計程序，并在掌握算法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行救援機(jī)器人的程序設(shè)計。從學(xué)生的認(rèn)知水平來講，這種安排是不存在學(xué)習(xí)障礙的，但是機(jī)器人要在救援場地利用算法完成任務(wù)，還需要反復(fù)調(diào)試程序。如果學(xué)生設(shè)計的救援程序不能完全完成任務(wù)，在程序的結(jié)構(gòu)沒有問題時，要重點(diǎn)檢查電機(jī)速度和時間參數(shù)，因?yàn)榫仍畧龅乜臻g較小，因此紅外測障的探測距離也不能大，否則也可能完成不了任務(wù)。本節(jié)教材介紹的是救援機(jī)器人，教師在教學(xué)過程中要結(jié)合主題對學(xué)生進(jìn)行珍愛生命教育。三、教學(xué)建議（一）課前準(zhǔn)備設(shè)備：多媒體教學(xué)設(shè)備，提前安裝好VJC1.5仿真版軟件。學(xué)生：預(yù)習(xí)“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”的算法原理。教師：提前準(zhǔn)備好課堂中的救援場地文件；用一臺能力風(fēng)暴MⅡ或MⅢ機(jī)器人拍攝的機(jī)器人救援短視頻，或下載網(wǎng)上真實(shí)的救援機(jī)器人短視頻，供課堂中導(dǎo)入新課用；準(zhǔn)備好課堂競賽獎品，如紅紙喜報、小小獎品等。用于充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。（二）過程設(shè)計1.創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課可以用機(jī)器人救援短視頻，創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課。在觀看過程中，讓學(xué)生重點(diǎn)觀察機(jī)器人是如何實(shí)現(xiàn)救援任務(wù)的。2.“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”算法本算法的教學(xué)可以用現(xiàn)實(shí)生活中的盲人走迷宮實(shí)施。分析盲人如何走才能走出迷宮，探討出更深層次的算法問題，也就是從日常生活現(xiàn)象中探索歸納出“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”算法。算法得到后，還要探討這種算法在設(shè)計程序時如何實(shí)現(xiàn)，也就是如何運(yùn)用“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”算法來設(shè)計應(yīng)用程序。3.實(shí)現(xiàn)救援的程序設(shè)計思路重點(diǎn)以“右手規(guī)則”算法來實(shí)現(xiàn)模擬場地的救援任務(wù)，分析“右手規(guī)則”算法如何在程序設(shè)計中實(shí)現(xiàn)，并對復(fù)雜場地的程序設(shè)計技巧進(jìn)行講解。學(xué)生只要熟練掌握了“右手規(guī)則”算法，那么“左手規(guī)則”算法也不難了，因此教材這一部分進(jìn)行了略講。4.救援機(jī)器人程序（1）實(shí)踐活動1。先從“程序設(shè)計思路”入手，分析運(yùn)用“右手規(guī)則”完成救援任務(wù)的程序設(shè)計思路，即采用“右手規(guī)則”算法，讓機(jī)器人沿墻壁走，來實(shí)現(xiàn)救援的目的。之后，從“程序設(shè)計與程序調(diào)試策略”談到機(jī)器人啟動時的朝向（即初始方向）及調(diào)整方向的方法。教學(xué)中，要把“右手規(guī)則”算法作為教學(xué)重點(diǎn)，同時還要對紅外測障距離調(diào)節(jié)為10厘米至25厘米進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，這對程序是否能完成救援任務(wù)起了關(guān)鍵性的作用。程序中參數(shù)的調(diào)整可采用啟發(fā)教學(xué)的方式指導(dǎo)學(xué)生。（2）思考與探索。設(shè)置的目的主要是檢測學(xué)生是否能運(yùn)用“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”算法靈活設(shè)計程序?！皩?shí)踐活動1”運(yùn)用的是“右手規(guī)則”算法，本題改為使用“左手規(guī)則”，這就需要學(xué)生深刻理解這兩種算法的異同。對程序中的模塊進(jìn)行設(shè)置與調(diào)整就能實(shí)現(xiàn)本題要求的任務(wù)。（3）實(shí)踐活動2。本題的仿真地圖是一個工廠的示意圖，要求學(xué)生運(yùn)用“右手規(guī)則”算法設(shè)計程序，讓機(jī)器人沿墻邊進(jìn)行巡邏值班。因?yàn)槭枪S的示意圖，所以仿真場地中并沒有設(shè)置機(jī)器人的起始位置。在課堂程序設(shè)計中，我們可以把機(jī)器人放置在工廠示意圖場地的適當(dāng)位置，注意并不是任意位置（這個問題可以設(shè)置一個課堂討論題，讓學(xué)生進(jìn)行探究），只要把機(jī)器人正前方的右側(cè)貼著墻邊放置就可以了，這也是不設(shè)置起始點(diǎn)的另一個目的。（4）練習(xí)提升。讓學(xué)生分別運(yùn)用“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”算法設(shè)計程序，完成走迷宮的任務(wù)，同時讓學(xué)生比較兩種算法完成任務(wù)的時間是否有差別，為什么存在這種時間差別，要讓學(xué)生知道更深層次的原因。四、實(shí)踐活動指導(dǎo)實(shí)踐活動1：有一個工廠出現(xiàn)毒氣泄漏事故，黃色圓形圖帶處需要救援。設(shè)計程序讓機(jī)器人攜帶防毒面具，從如圖4-5-3所示的左邊大門進(jìn)入，走遍工廠的六個黃色救援處，送去防毒面具。實(shí)踐活動2：圖4-5-4是一個工廠的“機(jī)器人巡邏場地”，用“右手規(guī)則”設(shè)計程序，讓機(jī)器人在工廠內(nèi)沿墻壁巡邏值班。解析：本節(jié)安排了兩個實(shí)踐活動，算法都是運(yùn)用“右手規(guī)則”設(shè)計程序，目的是加強(qiáng)訓(xùn)練，讓學(xué)生熟練掌握“右手規(guī)則”算法設(shè)計程序。建議“實(shí)踐活動1”按例題形式進(jìn)行講解，之后讓學(xué)生用“左手規(guī)則”進(jìn)行編程完成“思考與探索”1的任務(wù)?！皩?shí)踐活動2”是用“右手規(guī)則”設(shè)計程序，可作為課堂練習(xí)由學(xué)生獨(dú)立來完成程序設(shè)計。為了鞏固算法，可再讓學(xué)生練習(xí)用“左手規(guī)則”設(shè)計程序，完成任務(wù)。五、思考與探索參考答案1.思考與探索1根據(jù)“右手規(guī)則”的程序設(shè)計思路，思考并說出“左手規(guī)則”的程序設(shè)計思路。解析：“左手規(guī)則”程序設(shè)計思路:當(dāng)紅外測障傳感器左前方?jīng)]有感知到障礙物時，運(yùn)用“啟動電機(jī)”模塊畫弧線走;當(dāng)紅外測障傳感器左前方感知到障礙物時，運(yùn)用“轉(zhuǎn)向”模塊右轉(zhuǎn)，之后，繼續(xù)畫弧線走。運(yùn)用“左手規(guī)則”時，左電機(jī)功率小、右電機(jī)功率大，運(yùn)用“右手規(guī)則”時恰好相反。但是，對于復(fù)雜的場地，僅僅只用紅外測障傳感器檢測左前方或右前方的一個方向有沒有障礙物是不能完成任務(wù)的，設(shè)計程序時還需要用紅外測障傳感器檢測正前方有沒有障礙物，也就是說，實(shí)現(xiàn)這種算法需用兩個紅外測障傳感器檢測不同方向是否有障礙物。2.思考與探索2在“實(shí)踐活動1”中，用“右手規(guī)則”讓機(jī)器人完成了救援任務(wù)。探索并嘗試使用“左手規(guī)則”設(shè)計程序，讓機(jī)器人完成救援任務(wù)。解析：解題策略：本題用“左手規(guī)則”算法來完成任務(wù)。其中最關(guān)鍵的是機(jī)器人程序初始時需要加一段程序，讓機(jī)器人右轉(zhuǎn)90°，直行1秒，走入房間，之后再按“左手規(guī)則”算法設(shè)計程序就可以了。參考流程圖程序，如圖4.5.1所示。圖4.5.1“思考與探索”2流程圖程序參考JC語言代碼程序如下。機(jī)器人完成任務(wù)行走軌跡,如圖4.5.2所示。圖4.5.2機(jī)器人完成任務(wù)行走軌跡六、練習(xí)提升參考答案圖4-5-5是一個“機(jī)器人走迷宮場地”，白色圓形圖帶為迷宮入口，橘色圓形圖帶為迷宮出口。分別用“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”設(shè)計程序，讓機(jī)器人能順利走出迷宮。比較用哪種規(guī)則設(shè)計的程序完成任務(wù)用時更短。解析：本題要求學(xué)生分別用“左手規(guī)則”和“右手規(guī)則”設(shè)計程序，完成走迷宮任務(wù)，下面分別給出參考程序。“左手規(guī)則”走迷宮參考流程圖程序，如圖4.5.3所示。圖4.5.3左手規(guī)則走迷宮流程圖程序“左手規(guī)則”走迷宮參考JC語言代碼程序如下?！坝沂忠?guī)則”走迷宮參考流程圖程序，如圖4.5.4。圖4.5.4“右手規(guī)則”走迷宮流程圖程序“右手規(guī)則”走迷宮參考JC語言代碼程序如下。兩種規(guī)則走迷宮對比如下。用兩個算法走迷宮，通過程序運(yùn)行結(jié)果對比，通常“右手規(guī)則”用時最短，主要原因是用“右手規(guī)則”機(jī)器人運(yùn)行的路徑較短。因此，如果速度相當(dāng)，此算法機(jī)器人用時最短。七、教師知識延伸1.珍愛生命教育生命是人的最寶貴的財富。人的生命只有一次，對于誰都是寶貴的。生命，是一種尊嚴(yán)，是一種權(quán)利。生命是寶貴的，是任何東西不能買到的，生命只有一次。珍愛生命，享受生命，這本身就是最大的幸福。生命只有一次，它是宇宙間最寶貴的，最值得珍惜的。生命既是脆弱的，也是堅強(qiáng)的；生命既是短暫的，也是永恒的。讓我們都來珍惜生命的價值，熱愛并延續(xù)我們獨(dú)特的生命，用愛與堅強(qiáng)去譜寫一曲生命的贊歌。我們應(yīng)該珍惜生命，世間萬物的生命都只有一次，我們應(yīng)該好好地把握，珍惜生命，熱愛生活。珍惜每個細(xì)微的生命，因?yàn)槎谜鋹凵娜瞬艜懈油?/p>