深圳市青少年宮spike機器人課程第十課平衡車-教學(xué)設(shè)計主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：深圳市青少年宮spike機器人課程第十課平衡車

2.教學(xué)年級和班級：八年級1班

3.授課時間：2023年3月15日星期三14:00-15:00

4.教學(xué)時數(shù)：1課時核心素養(yǎng)目標(biāo)分析學(xué)情分析本節(jié)課針對八年級1班的學(xué)生，學(xué)生整體學(xué)習(xí)熱情較高，對機器人課程充滿好奇心和探索欲。在知識層面，學(xué)生們已具備一定的計算機操作基礎(chǔ)和邏輯思維能力，能夠理解和運用基本的編程概念。在能力方面，學(xué)生的動手操作能力較強，但個別學(xué)生在編程邏輯上存在一定的困難，需要教師引導(dǎo)和幫助。在素質(zhì)方面，學(xué)生們具有較強的團隊協(xié)作精神，但在時間管理和自我約束方面有待提高。

對于平衡車這一課程內(nèi)容，學(xué)生們在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)接觸過簡單的機器人搭建和編程，對機械結(jié)構(gòu)和基本編程指令有一定的了解。然而，平衡車涉及到的傳感器讀取、PID控制算法等概念對學(xué)生來說較為陌生，需要教師通過實際操作和案例講解幫助學(xué)生理解和掌握。

學(xué)生在行為習(xí)慣上表現(xiàn)出良好的學(xué)習(xí)態(tài)度，但在課堂紀律上有時會出現(xiàn)分心的現(xiàn)象，這可能會影響課程的學(xué)習(xí)效果。因此，在教學(xué)過程中，教師需要通過互動和小組合作等方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時加強課堂管理，確保每個學(xué)生都能專注于課程內(nèi)容。學(xué)具準(zhǔn)備Xxx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1.軟硬件資源：Spike機器人套件，包括平衡車模塊、傳感器、編程控制器、連接線等。

2.課程平臺：青少年宮機器人課程專用教學(xué)平臺，用于在線資源訪問和作業(yè)提交。

3.信息化資源：平衡車工作原理動畫、編程案例視頻、相關(guān)技術(shù)文檔。

4.教學(xué)手段：實物展示、分組討論、互動問答、編程實踐操作。教學(xué)過程1.導(dǎo)入（約5分鐘）

-激發(fā)興趣：通過展示平衡車在實際生活中的應(yīng)用場景，如無人配送、家庭娛樂等，引發(fā)學(xué)生對平衡車的興趣。

-回顧舊知：回顧上節(jié)課所學(xué)的機器人編程基礎(chǔ)，包括傳感器讀取、基本編程指令等。

2.新課呈現(xiàn)（約20分鐘）

-講解新知：詳細講解本節(jié)課的主要知識點，包括平衡車的工作原理、傳感器類型、PID控制算法等。

-舉例說明：通過具體例子，如平衡車如何通過調(diào)整電機轉(zhuǎn)速來保持平衡，幫助學(xué)生理解理論知識。

-互動探究：組織學(xué)生進行小組討論，探討如何運用所學(xué)知識解決平衡車編程中的實際問題。

3.實物操作（約15分鐘）

-學(xué)生活動：讓學(xué)生分組進行平衡車的搭建和編程實踐，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識編寫程序，實現(xiàn)平衡車的穩(wěn)定運行。

-教師指導(dǎo)：教師在學(xué)生操作過程中巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在搭建和編程過程中遇到的問題。

4.固定練習(xí)（約20分鐘）

-學(xué)生活動：學(xué)生根據(jù)教師提供的編程任務(wù)，獨立完成平衡車的編程練習(xí)，加深對PID控制算法的理解。

-教師指導(dǎo)：教師對學(xué)生的編程作品進行點評，指出優(yōu)點和不足，并提供改進建議。

5.創(chuàng)新實踐（約15分鐘）

-學(xué)生活動：鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，設(shè)計自己的平衡車項目，如增加音樂播放、燈光效果等。

-教師指導(dǎo)：教師提供必要的資源和技術(shù)支持，幫助學(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)意。

6.總結(jié)與反思（約5分鐘）

-教師總結(jié)：對本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容進行總結(jié)，強調(diào)平衡車編程中的關(guān)鍵知識點。

-學(xué)生反思：引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)過程，反思自己在學(xué)習(xí)中的收獲和不足。

7.課后作業(yè)（約5分鐘）

-布置作業(yè)：要求學(xué)生完成以下任務(wù)：

1.撰寫一篇關(guān)于平衡車編程的心得體會。

2.設(shè)計一個簡單的平衡車項目，并編寫相應(yīng)的程序。

-作業(yè)要求：作業(yè)需在下次課程前提交，教師將對學(xué)生的作業(yè)進行批改和點評。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.知識掌握：

-學(xué)生能夠理解并描述平衡車的工作原理，包括傳感器如何感知傾斜角度、PID控制算法如何調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速等。

-學(xué)生能夠識別和運用不同的傳感器，如加速度計、陀螺儀等，在編程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和分析。

-學(xué)生掌握了編程基礎(chǔ)，能夠使用編程語言編寫控制平衡車運動的程序。

2.技能提升：

-學(xué)生在搭建平衡車模型時，提升了動手操作能力和精細動作技能。

-通過編程實踐，學(xué)生的邏輯思維能力和問題解決能力得到增強。

-學(xué)生在團隊合作中，學(xué)會了如何分工合作，共同完成任務(wù)。

3.思維發(fā)展：

-學(xué)生在探究平衡車運動規(guī)律時，培養(yǎng)了科學(xué)探究精神和創(chuàng)新思維。

-通過分析問題和設(shè)計解決方案，學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維得到鍛煉。

4.實踐應(yīng)用：

-學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用于實際項目中，如設(shè)計具有附加功能的平衡車。

-學(xué)生通過項目實踐，了解了機器人技術(shù)在實際生活中的應(yīng)用，增強了學(xué)習(xí)的實用性和針對性。

5.自我效能感：

-學(xué)生在完成平衡車編程項目后，感受到了成功的喜悅，增強了自我效能感。

-通過克服困難，學(xué)生學(xué)會了堅持和耐心，這些品質(zhì)對未來的學(xué)習(xí)和生活都具有積極意義。

6.課堂表現(xiàn)：

-學(xué)生在課堂上積極參與討論，提出問題，表現(xiàn)出對知識的渴望和探索精神。

-學(xué)生能夠遵守課堂紀律，認真聽講，與同學(xué)互動，形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍。

7.情感態(tài)度：

-學(xué)生對機器人課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，表現(xiàn)出對科學(xué)技術(shù)的熱愛和好奇心。

-學(xué)生在課程中學(xué)會了尊重他人，樂于分享，形成了積極向上的學(xué)習(xí)態(tài)度。板書設(shè)計①平衡車工作原理

-傳感器類型：加速度計、陀螺儀

-信號讀取與處理

-PID控制算法

②編程基礎(chǔ)

-編程語言簡介

-基本編程指令：變量、條件語句、循環(huán)語句

-編程結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)

③平衡車編程實踐

-編程步驟：初始化、數(shù)據(jù)讀取、PID計算、電機控制

-調(diào)試與優(yōu)化：代碼調(diào)試、參數(shù)調(diào)整

④實踐項目

-項目設(shè)計：功能需求、技術(shù)實現(xiàn)

-項目實施：搭建、編程、測試

⑤學(xué)習(xí)總結(jié)

-知識點回顧

-技能提升

-思維發(fā)展

-實踐應(yīng)用典型例題講解1.例題：

編寫一個程序，使用加速度計讀取平衡車的傾斜角度，并通過PID控制算法調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，使平衡車保持水平狀態(tài)。

答案：

```python

#初始化PID參數(shù)

Kp=1.0

Ki=0.1

Kd=0.05

setpoint=0#目標(biāo)傾斜角度

error=0

integral=0

derivative=0

whileTrue:

#讀取傾斜角度

angle=read_accelerometer_angle()

error=angle-setpoint

integral+=error

derivative=error-previous_error

#PID計算

output=Kp*error+Ki*integral+Kd*derivative

#控制電機轉(zhuǎn)速

control_motor_speed(output)

#更新前一次誤差

previous_error=error

```

2.例題：

設(shè)計一個程序，使平衡車在遇到障礙物時能夠自動減速并停止。

答案：

```python

#初始化障礙物檢測傳感器

obstacle_sensor=initialize_obstacle_sensor()

whileTrue:

#檢測障礙物

ifobstacle_sensor.is_obstacle_detected():

#減速并停止

decrease_speed_and_stop()

else:

#正常運行

run_at_full_speed()

```

3.例題：

編寫一個程序，使平衡車在特定時間內(nèi)完成一段預(yù)設(shè)的路徑。

答案：

```python

#初始化路徑規(guī)劃算法

path_planning_algorithm=initialize_path_planning_algorithm()

#獲取預(yù)設(shè)路徑

path=path_planning_algorithm.get_path()

whilenotpath.is_empty():

#獲取下一個路徑點

next_point=path.get_next_point()

#移動到下一個路徑點

move_to_point(next_point)

#更新路徑

path.update()

```

4.例題：

設(shè)計一個程序，使平衡車在遇到緊急情況時能夠立即啟動緊急制動系統(tǒng)。

答案：

```python

#初始化緊急制動系統(tǒng)

emergency_brake_system=initialize_emergency_brake_system()

whileTrue:

#檢測緊急情況

ifemergency_condition_detected():

#啟動緊急制動系統(tǒng)

emergency_brake_system.activate()

else:

#正常運行

run_at_full_speed()

```

5.例題：

編寫一個程序，使平衡車能夠根據(jù)環(huán)境光線強度自動調(diào)整燈光亮度。

答案：

```python

#初始化環(huán)境光線傳感器

light_sensor=initialize_light_sensor()

whileTrue:

#讀取環(huán)境光線強度

light_intensity=light_sensor.get_light_intensity()

#根據(jù)光線強度調(diào)整燈光亮度

adjust_light_brightness(light_intensity)

```教學(xué)反思教學(xué)反思

今天上了關(guān)于平衡車的機器人課程，總體來說，我覺得這節(jié)課進行得還算順利。但是，在回顧和總結(jié)這節(jié)課的時候，我也發(fā)現(xiàn)了一些可以改進的地方。

首先，我覺得在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，我可以通過更加生動有趣的方式來激發(fā)學(xué)生的興趣。雖然我用了平衡車在實際生活中的應(yīng)用場景來吸引學(xué)生，但可能還需要更多的互動和參與，比如讓學(xué)生自己來展示他們之前的學(xué)習(xí)成果，或者通過一個小游戲來引入今天的主題。

接著，我在新課呈現(xiàn)部分，對PID控制算法的講解可能有些過于理論化。我發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對于PID參數(shù)的調(diào)整和算法的具體實現(xiàn)還是有些困惑。或許我可以在講解的過程中加入更多的實際案例，讓學(xué)生看到PID控制算法在實際操作中的效果，這樣可能更容易讓他們理解。

在實踐操作環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生們在搭建平衡車和編寫程序時遇到了一些困難。這讓我意識到，我在之前的課程中可能沒有足夠地強調(diào)基礎(chǔ)知識的重要性。今后，我會在課程中更加注重基礎(chǔ)知識的鞏固，確保學(xué)生們有足夠的背景知識來應(yīng)對實踐操作。

另外，我也注意到在小組討論和合作學(xué)習(xí)的過程中，有些學(xué)生顯得比較被動。這可能是因為他們對機器人編程還不夠熟悉，缺乏自信。為了解決這個問題，我打算在接下來的課程中提供更多的個別輔導(dǎo)，幫助學(xué)生克服困難，增強他們的自信心。

在評價學(xué)生作業(yè)的時候，我發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生的程序存在邏輯錯誤，這說明我在講解編程技巧時可能沒有做到位。我需要更加細致地講解編程細節(jié)，并且提供更多的編程練習(xí)，讓學(xué)生有更多的機會練習(xí)和鞏固。

最后，我覺得在課堂管理上，我還可以做得更好。有時候，課堂上的紀律問題會分散學(xué)生的注意力，影響學(xué)習(xí)效果。我需要更加靈活地運用課堂管理技巧，比如通過設(shè)置明確的規(guī)則和獎勵機制來維持課堂秩序。課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測課堂小結(jié)：

今天我們學(xué)習(xí)了平衡車的機器人課程，主要涵蓋了以下幾個方面的內(nèi)容：

1.平衡車的工作原理，包括傳感器類型、信號讀取與處理、PID控制算法等。

2.編程基礎(chǔ)，包括編程語言簡介、基本編程指令、編程結(jié)構(gòu)等。

3.平衡車編程實踐，包括編程步驟、調(diào)試與優(yōu)化、項目設(shè)計等。

-理解平衡車的工作原理，能夠描述傳感器的工作方式和PID控制算法的應(yīng)用。

-掌握基本的編程技能，能夠編寫簡單的控制程序。

-能夠根據(jù)實際需求設(shè)計簡單的平衡車項目。