《第8課碰撞運動——碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》教學(xué)設(shè)計教學(xué)反思-2023-2024學(xué)年初中信息技術(shù)清華大學(xué)版2012九年級下冊主備人備課成員教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容為碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走。教材章節(jié)為《第8課碰撞運動》，內(nèi)容涉及碰撞傳感器的工作原理、碰撞檢測方法以及機(jī)器人在避碰行走過程中的編程策略。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識的聯(lián)系：學(xué)生已掌握基礎(chǔ)的機(jī)器人編程知識，本節(jié)課將在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生深入理解碰撞傳感器的工作原理和避碰行走算法，提高學(xué)生解決實際問題的能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計算思維和問題解決能力。通過學(xué)習(xí)碰撞傳感器的工作原理和機(jī)器人避碰行走的編程，學(xué)生能夠理解信息技術(shù)的應(yīng)用，培養(yǎng)邏輯思維和算法設(shè)計能力，同時提高在解決實際問題時運用信息技術(shù)手段的意識和能力。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點，

①掌握碰撞傳感器的工作原理和信號處理方法。

②理解機(jī)器人避碰行走的基本算法，包括傳感器數(shù)據(jù)讀取、碰撞檢測和行走控制邏輯。

2.教學(xué)難點，

①理解碰撞傳感器在不同材質(zhì)和表面上的信號變化，以及如何準(zhǔn)確判斷碰撞的發(fā)生。

②設(shè)計高效的避碰行走算法，確保機(jī)器人能夠在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定行走，避免重復(fù)碰撞和路徑規(guī)劃問題。這要求學(xué)生能夠結(jié)合實際情況，靈活運用所學(xué)知識進(jìn)行算法優(yōu)化和調(diào)整。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時第一課時師生互動設(shè)計二次備課教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有《第8課碰撞運動——碰撞傳感器和機(jī)器人的避碰行走》的教材。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的碰撞傳感器原理圖、機(jī)器人避碰行走過程動畫視頻等多媒體資源。

3.實驗器材：準(zhǔn)備碰撞傳感器、機(jī)器人平臺、編程軟件等實驗器材，確保其完整性和安全性。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，安排實驗操作臺，確保學(xué)生能夠進(jìn)行分組實驗和討論。教學(xué)實施過程1.課前自主探索

教師活動：

發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過在線平臺或班級微信群，發(fā)布預(yù)習(xí)資料（如PPT、視頻、文檔等），明確預(yù)習(xí)目標(biāo)和要求。設(shè)計預(yù)習(xí)問題：圍繞碰撞傳感器的工作原理，設(shè)計一系列具有啟發(fā)性和探究性的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考。監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：利用平臺功能或?qū)W生反饋，監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)進(jìn)度，確保預(yù)習(xí)效果。

學(xué)生活動：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：按照預(yù)習(xí)要求，自主閱讀預(yù)習(xí)資料，理解碰撞傳感器的基本工作原理。思考預(yù)習(xí)問題：針對預(yù)習(xí)問題，進(jìn)行獨立思考，記錄自己的理解和疑問。提交預(yù)習(xí)成果：將預(yù)習(xí)成果（如筆記、思維導(dǎo)圖、問題等）提交至平臺或老師處。

教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主思考，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。信息技術(shù)手段：利用在線平臺、微信群等，實現(xiàn)預(yù)習(xí)資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

幫助學(xué)生提前了解碰撞傳感器的工作原理，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨立思考能力。

2.課中強(qiáng)化技能

教師活動：

導(dǎo)入新課：通過展示機(jī)器人避碰行走的視頻，引出碰撞運動課題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。講解知識點：詳細(xì)講解碰撞傳感器的信號處理方法和避碰行走算法，結(jié)合實例幫助學(xué)生理解。組織課堂活動：設(shè)計小組討論，讓學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)資料和傳感器原理，設(shè)計簡單的避碰行走程序。

學(xué)生活動：

聽講并思考：認(rèn)真聽講，積極思考老師提出的問題。參與課堂活動：積極參與小組討論，嘗試編寫避碰行走程序。提問與討論：針對不懂的問題或新的想法，勇敢提問并參與討論。

教學(xué)方法/手段/資源：

講授法：通過詳細(xì)講解，幫助學(xué)生理解碰撞傳感器的信號處理方法和避碰行走算法。實踐活動法：設(shè)計實踐活動，讓學(xué)生在實踐中掌握編程技能。

作用與目的：

幫助學(xué)生深入理解碰撞傳感器的應(yīng)用和避碰行走算法的設(shè)計，掌握編程技能。通過實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決問題的能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

布置作業(yè)：根據(jù)本節(jié)課內(nèi)容，布置編寫一個更復(fù)雜的避碰行走程序的作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。提供拓展資源：提供與機(jī)器人避碰行走相關(guān)的書籍、網(wǎng)站、視頻等，供學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)。反饋作業(yè)情況：及時批改作業(yè)，給予學(xué)生反饋和指導(dǎo)。

學(xué)生活動：

完成作業(yè)：認(rèn)真完成老師布置的作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。拓展學(xué)習(xí)：利用老師提供的拓展資源，嘗試改進(jìn)自己的避碰行走程序。反思總結(jié)：對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)，提出改進(jìn)建議。

教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)。

作用與目的：

鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的碰撞傳感器應(yīng)用和編程技能。通過拓展學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的知識視野和思維方式。通過反思總結(jié)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進(jìn)建議，促進(jìn)自我提升。拓展與延伸六、拓展與延伸

1.提供與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的拓展閱讀材料：

《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》：介紹機(jī)器人技術(shù)的基本原理和發(fā)展趨勢，包括傳感器技術(shù)、控制系統(tǒng)和編程語言等，有助于學(xué)生更全面地了解機(jī)器人技術(shù)。

《碰撞檢測算法》：深入探討碰撞檢測算法的原理和應(yīng)用，包括幾何碰撞檢測、物理碰撞檢測等，為學(xué)生提供更深入的理論知識。

《機(jī)器人編程實踐》：通過實際案例，展示如何將碰撞傳感器應(yīng)用于機(jī)器人編程，包括編程步驟、代碼實現(xiàn)和調(diào)試方法等。

《智能機(jī)器人：設(shè)計與實現(xiàn)》：介紹智能機(jī)器人的設(shè)計方法和實現(xiàn)過程，包括傳感器融合、路徑規(guī)劃、決策與控制等，激發(fā)學(xué)生對機(jī)器人技術(shù)的興趣。

《機(jī)器人編程語言Python教程》：介紹Python編程語言在機(jī)器人編程中的應(yīng)用，包括語法、庫函數(shù)和編程實例等，幫助學(xué)生掌握編程技能。

2.鼓勵學(xué)生進(jìn)行課后自主學(xué)習(xí)和探究：

（1）設(shè)計一個簡單的避障機(jī)器人：學(xué)生可以嘗試設(shè)計一個簡單的避障機(jī)器人，利用碰撞傳感器實現(xiàn)避障功能。通過實際操作，加深對碰撞傳感器和避障算法的理解。

（2）研究不同類型的碰撞傳感器：學(xué)生可以研究不同類型的碰撞傳感器，如光電傳感器、超聲波傳感器等，了解它們的原理和應(yīng)用場景。

（3）探討避障算法的優(yōu)化：學(xué)生可以嘗試優(yōu)化避障算法，提高機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的避障能力。例如，可以研究A*算法、Dijkstra算法等路徑規(guī)劃算法。

（4）編寫一個智能避障機(jī)器人：學(xué)生可以嘗試編寫一個智能避障機(jī)器人，使其能夠在不同環(huán)境中自主完成避障任務(wù)。這需要學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，包括傳感器、控制系統(tǒng)和編程語言等。

（5）制作一個多功能機(jī)器人：學(xué)生可以嘗試制作一個多功能機(jī)器人，如自動清潔機(jī)器人、搬運機(jī)器人等。這需要學(xué)生結(jié)合實際需求，設(shè)計合適的傳感器和控制系統(tǒng)。

（6）參加機(jī)器人競賽：鼓勵學(xué)生參加機(jī)器人競賽，將所學(xué)知識應(yīng)用于實際項目中。通過競賽，提高學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。作業(yè)布置與反饋作業(yè)布置：

1.編程實踐作業(yè)：學(xué)生需要根據(jù)本節(jié)課所學(xué)，編寫一個簡單的機(jī)器人避障程序。要求程序能夠讀取碰撞傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)器人的行走方向，實現(xiàn)避障功能。

2.案例分析作業(yè)：學(xué)生選擇一種碰撞傳感器，分析其工作原理和在機(jī)器人避障中的應(yīng)用案例，撰寫一份分析報告。

3.創(chuàng)新設(shè)計作業(yè)：學(xué)生設(shè)計一個具有特定功能的機(jī)器人，并說明其避障策略和所需使用的碰撞傳感器類型。

4.小組討論作業(yè)：學(xué)生分組討論，針對以下問題進(jìn)行討論并撰寫討論報告：

-碰撞傳感器的優(yōu)缺點比較。

-如何在機(jī)器人設(shè)計中選擇合適的碰撞傳感器。

-避障算法在不同環(huán)境下的適用性。

作業(yè)反饋：

1.作業(yè)批改：教師應(yīng)在課后及時批改學(xué)生的作業(yè)，確保作業(yè)質(zhì)量。

2.反饋方式：通過以下幾種方式進(jìn)行反饋：

-書面反饋：在作業(yè)上給出具體的評語和分?jǐn)?shù)，指出學(xué)生的優(yōu)點和需要改進(jìn)的地方。

-面對面對話：針對學(xué)生的作業(yè)，進(jìn)行一對一的反饋，幫助學(xué)生理解作業(yè)中的難點和錯誤。

-小組討論反饋：在小組討論作業(yè)的反饋中，鼓勵學(xué)生互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

3.反饋內(nèi)容：

-程序的正確性和功能性：檢查學(xué)生編寫的程序是否能夠正確讀取傳感器數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)器人行為。

-分析報告的深度和廣度：評估學(xué)生對碰撞傳感器的理解程度，以及分析報告的全面性和邏輯性。

-創(chuàng)新設(shè)計的可行性和創(chuàng)新點：評價學(xué)生的設(shè)計是否具有創(chuàng)新性，以及設(shè)計方案的可行性和實用性。

-小組討論報告的協(xié)作和貢獻(xiàn)：觀察學(xué)生在小組討論中的參與程度和貢獻(xiàn)，以及報告內(nèi)容的完整性和準(zhǔn)確性。

4.改進(jìn)建議：

-對于程序錯誤，提供具體的修改建議，幫助學(xué)生理解錯誤原因和修正方法。

-對于分析報告，提出進(jìn)一步的研究方向和建議，鼓勵學(xué)生深入探索。

-對于創(chuàng)新設(shè)計，提供改進(jìn)意見，幫助學(xué)生優(yōu)化設(shè)計方案。

-對于小組討論，鼓勵學(xué)生積極參與，提高團(tuán)隊協(xié)作能力。

5.反饋周期：

-作業(yè)反饋應(yīng)在提交后的一周內(nèi)完成，以確保學(xué)生能夠及時收到反饋并作出調(diào)整。

-對于需要進(jìn)一步改進(jìn)的作業(yè)，教師可以提供額外的輔導(dǎo)和指導(dǎo)，幫助學(xué)生提高。內(nèi)容邏輯關(guān)系1.碰撞傳感器的工作原理

①碰撞傳感器的定義

②碰撞傳感器的類型

③碰撞傳感器的信號輸出

2.機(jī)器人避碰行走的基本算法

①碰撞檢測方法

②行走控制邏