小學(xué)五年級機(jī)器人編程興趣課程教案課程名稱：創(chuàng)意機(jī)器人編程——智能避障小車設(shè)計適用年級：五年級課時：2課時（每課時40分鐘）課程類型：實踐操作課（搭建+編程）教學(xué)環(huán)境：機(jī)器人教育套裝（如樂高EV3/小米米兔機(jī)器人）、電腦及對應(yīng)編程軟件（如樂高M(jìn)indstormsEV3Software/米兔編程）、障礙物道具（紙杯、積木、障礙物樁）、多媒體設(shè)備（投影儀、電子白板）、小組任務(wù)單。一、教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能（1）了解智能避障機(jī)器人的核心工作原理（傳感器檢測→控制器判斷→執(zhí)行器動作）；（3）學(xué)會使用條件判斷語句（如“如果…那么…”）編寫機(jī)器人避障程序，實現(xiàn)“檢測到障礙物→停止/轉(zhuǎn)向”的基礎(chǔ)功能。2.過程與方法（1）通過“問題引導(dǎo)—動手搭建—編程調(diào)試”的探究流程，提升工程思維（如拆解問題、迭代優(yōu)化）；（2）通過小組合作完成機(jī)器人搭建與程序設(shè)計，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力（如分工、溝通、責(zé)任分擔(dān)）。3.情感態(tài)度與價值觀（1）通過“從0到1”設(shè)計智能小車的過程，激發(fā)對機(jī)器人編程的興趣與好奇心；（2）在調(diào)試程序解決問題的過程中，培養(yǎng)抗挫折能力與創(chuàng)新意識（如嘗試不同的避障策略）；（3）了解避障機(jī)器人在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用（如掃地機(jī)器人、無人機(jī)），感受科技的實用性。二、教學(xué)重難點重點：傳感器的功能應(yīng)用（檢測障礙物）、條件判斷程序的編寫（將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器人動作）。難點：調(diào)試程序中的邏輯錯誤（如傳感器閾值設(shè)置不合理導(dǎo)致避障失?。?、理解“輸入—處理—輸出”的機(jī)器人工作流程。三、教學(xué)準(zhǔn)備1.材料工具（1）機(jī)器人套裝：每組1套（含主控器、電機(jī)、超聲波傳感器、積木零件）；（2）編程設(shè)備：每組1臺電腦（安裝對應(yīng)編程軟件）；（3）障礙物：紙杯10個、積木若干（用于設(shè)置避障路徑）。2.教學(xué)資源（1）多媒體課件：包含避障機(jī)器人案例視頻（如掃地機(jī)器人工作場景）、傳感器工作原理動畫（如超聲波發(fā)射/接收過程）、編程步驟演示PPT；（2）小組任務(wù)單：明確搭建步驟、編程要求、評價標(biāo)準(zhǔn)（見附件1）；（3）板書設(shè)計：提前繪制“避障機(jī)器人工作流程”思維導(dǎo)圖（傳感器→控制器→執(zhí)行器）。四、教學(xué)過程第一課時：機(jī)器人搭建與傳感器認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)：完成避障小車的結(jié)構(gòu)搭建，理解傳感器的功能與連接方法。1.情境導(dǎo)入（5分鐘）教師活動：播放掃地機(jī)器人工作視頻，提問：“掃地機(jī)器人為什么不會撞到家具？它靠什么‘看’到障礙物？”引導(dǎo)學(xué)生討論，引出“傳感器”的概念。學(xué)生活動：觀察視頻，發(fā)言分享自己的猜想（如“有眼睛”“有探測器”）。2.知識講解（10分鐘）（1）避障機(jī)器人工作原理教師展示“避障機(jī)器人工作流程”思維導(dǎo)圖，講解：傳感器：相當(dāng)于機(jī)器人的“眼睛”，用于檢測周圍環(huán)境（如超聲波傳感器通過發(fā)射聲波并接收反射波，計算與障礙物的距離）；控制器：相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”，接收傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷（如“如果距離小于10厘米，就停止前進(jìn)”）；執(zhí)行器：相當(dāng)于機(jī)器人的“手腳”，根據(jù)控制器的指令做出動作（如電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動車輪轉(zhuǎn)向）。（2）傳感器連接示范教師用實物演示超聲波傳感器與主控器的連接方法（將傳感器的插頭插入主控器的對應(yīng)端口，如EV3的“1號端口”），強(qiáng)調(diào)：“傳感器的線要理順，避免轉(zhuǎn)動時纏繞?！?.動手搭建（20分鐘）教師活動：發(fā)放小組任務(wù)單（附件1），指導(dǎo)學(xué)生按照步驟搭建避障小車：步驟1：用積木搭建小車底盤（固定主控器與電池）；步驟2：安裝兩個驅(qū)動電機(jī)（固定在底盤兩側(cè)，連接車輪）；步驟3：安裝超聲波傳感器（固定在底盤前方，朝向正前方）；步驟4：連接線路（電機(jī)接主控器的“B”“C”端口，傳感器接“1”端口）。學(xué)生活動：小組合作搭建，教師巡回指導(dǎo)（重點幫助解決積木拼接不牢固、線路連接錯誤等問題）。4.總結(jié)與布置作業(yè)（5分鐘）教師活動：展示各組搭建的小車，點評結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（如“底盤太低容易碰到障礙物”“傳感器安裝角度要正”）。布置作業(yè)：“回家查閱資料，了解生活中還有哪些機(jī)器人用到了避障傳感器？”第二課時：編程調(diào)試與功能實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)：完成避障程序編寫，實現(xiàn)小車自動避障功能，提升問題解決能力。1.復(fù)習(xí)導(dǎo)入（5分鐘）教師活動：回顧上節(jié)課內(nèi)容，提問：“避障小車的‘眼睛’是什么？它的‘大腦’和‘手腳’分別是什么？”引導(dǎo)學(xué)生回憶“傳感器—控制器—執(zhí)行器”的流程。學(xué)生活動：集體回答，鞏固核心概念。2.編程邏輯講解（10分鐘）（1）明確需求教師展示避障任務(wù)：“小車從起點出發(fā)，沿著直線行駛，遇到障礙物后自動左轉(zhuǎn)，繼續(xù)前進(jìn)?！保?）拆解問題引導(dǎo)學(xué)生將任務(wù)拆解為3個步驟：步驟1：小車啟動，電機(jī)轉(zhuǎn)動（前進(jìn)）；步驟2：超聲波傳感器檢測距離（輸入）；步驟3：如果距離小于15厘米（閾值），則電機(jī)停止前進(jìn)，左轉(zhuǎn)（輸出）；否則繼續(xù)前進(jìn)。（3）編程演示教師用編程軟件（如樂高EV3Software）演示條件判斷語句的編寫：拖拽“電機(jī)控制”模塊（設(shè)置電機(jī)B、C正轉(zhuǎn)，速度50%）；拖拽“超聲波傳感器”模塊（讀取1號端口的距離值）；拖拽“條件判斷”模塊（設(shè)置“如果距離<15厘米”）；在條件成立的分支中，添加“電機(jī)停止”模塊（停止B、C電機(jī)），再添加“電機(jī)控制”模塊（設(shè)置電機(jī)B反轉(zhuǎn)、C正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)左轉(zhuǎn)）；在條件不成立的分支中，添加“繼續(xù)前進(jìn)”的循環(huán)（保持電機(jī)轉(zhuǎn)動）。學(xué)生活動：觀察教師操作，記錄關(guān)鍵步驟（如“條件判斷模塊的使用”“傳感器閾值的設(shè)置”）。3.小組編程與調(diào)試（20分鐘）教師活動：發(fā)放編程任務(wù)單（附件2），指導(dǎo)學(xué)生按照以下流程操作：步驟1：打開編程軟件，新建項目；步驟2：按照教師演示的邏輯，拖拽模塊編寫程序；步驟3：將程序上傳至主控器，啟動小車測試；步驟4：調(diào)試優(yōu)化（如調(diào)整傳感器閾值“15厘米”為“10厘米”，解決“提前轉(zhuǎn)向”或“撞到障礙物”的問題）。學(xué)生活動：小組合作編程，教師巡回指導(dǎo)（重點幫助解決：①程序上傳失?。z查線路連接）；②傳感器閾值設(shè)置不合理（如距離太大導(dǎo)致提前轉(zhuǎn)向）；③電機(jī)轉(zhuǎn)向方向錯誤（如左轉(zhuǎn)變成右轉(zhuǎn)））。設(shè)計意圖：通過“試錯—調(diào)試”的過程，培養(yǎng)學(xué)生的迭代思維（如“如果避障失敗，就調(diào)整閾值或轉(zhuǎn)向角度”）。4.展示評價（5分鐘）教師活動：組織各組展示避障小車的功能，要求：每組派1名代表介紹程序邏輯（如“我們設(shè)置的閾值是12厘米，遇到障礙物會左轉(zhuǎn)3秒”）；其他組根據(jù)“避障效果”“程序邏輯”“團(tuán)隊合作”三個維度進(jìn)行評價（使用評價量表，見附件3）。學(xué)生活動：展示作品，互評打分，教師總結(jié)共性問題（如“有的小組轉(zhuǎn)向角度太小，導(dǎo)致繞不開障礙物”）。五、課后延伸（5分鐘）教師活動：布置拓展任務(wù)，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新：任務(wù)1：改進(jìn)程序，實現(xiàn)“遇到障礙物后右轉(zhuǎn)”或“后退再轉(zhuǎn)向”的避障策略；任務(wù)2：增加“速度調(diào)節(jié)”功能（如遇到障礙物時降低速度）；任務(wù)3：設(shè)計更復(fù)雜的避障路徑（如“S”形障礙物），測試小車的避障能力。設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，將課堂知識延伸至課外，提升應(yīng)用能力。五、板書設(shè)計避障機(jī)器人編程——智能避障小車設(shè)計1.工作流程：傳感器（眼睛）→控制器（大腦）→執(zhí)行器（手腳）2.編程邏輯：輸入（傳感器檢測距離）→處理（條件判斷）→輸出（電機(jī)動作）3.關(guān)鍵模塊：條件判斷（如果…那么…）、傳感器讀取、電機(jī)控制六、課后延伸與評價1.課后作業(yè)（1）改進(jìn)程序：嘗試設(shè)置“不同距離對應(yīng)不同轉(zhuǎn)向速度”（如距離越近，轉(zhuǎn)向越快）；（2）實踐應(yīng)用：用搭建的避障小車清理教室角落的紙屑（模擬掃地機(jī)器人）；（3）知識拓展：查閱資料，了解“激光雷達(dá)傳感器”與“超聲波傳感器”的區(qū)別（如精度、適用場景）。2.評價方式（1）過程性評價：通過小組任務(wù)單記錄學(xué)生的參與度（如搭建進(jìn)度、編程貢獻(xiàn)）；（2）結(jié)果性評價：根據(jù)避障效果（如是否成功繞過所有障礙物）、程序邏輯（如是否簡潔合理）進(jìn)行打分；（3）多元評價：包含學(xué)生自評（填寫“我的收獲”表）、同伴互評（評價量表）、教師評價（課堂表現(xiàn)）。七、教學(xué)反思1.成功之處（1）情境導(dǎo)入有效：用掃地機(jī)器人的真實場景引發(fā)了學(xué)生的興趣，讓抽象的“避障”概念變得具體；（2）動手操作充分：搭建與編程環(huán)節(jié)占比達(dá)70%，符合五年級學(xué)生“做中學(xué)”的認(rèn)知特點；（3）評價多元：通過小組互評與自我評估，激發(fā)了學(xué)生的參與感與成就感。2.改進(jìn)方向（1）針對部分學(xué)生編程邏輯薄弱的問題，可增加“流程圖繪制”環(huán)節(jié)（用箭頭表示程序流程），降低抽象難度；（2）對于傳感器閾值設(shè)置的難點，可提供“參考值”（如10-15厘米），減少學(xué)生的試錯時間；（3）拓展任務(wù)可增加“創(chuàng)意設(shè)計”（如給小車添加燈光，遇到障礙物時燈光閃爍），提升趣味性。附件1：小組搭建任務(wù)單步驟任務(wù)要求完成情況（√/×）1用積木搭建穩(wěn)定的小車底盤（能容納主控器與電池）2安裝兩個驅(qū)動電機(jī)（固定在底盤兩側(cè)，連接車輪）3安裝超聲波傳感器（固定在底盤前方，朝向正前方）4連接線路（電機(jī)接B、C端口，傳感器接1端口）附件2：編程任務(wù)單任務(wù)目標(biāo)：編寫程序，實現(xiàn)小車“前進(jìn)—檢測障礙物—左轉(zhuǎn)”的避障功能。編程步驟：1.添加“電機(jī)控制”模塊，設(shè)置電機(jī)B、C正轉(zhuǎn)（速度50%）；2.添加“超聲波傳感器”模塊，讀取1號端口的距離值；3.添加“條件判斷”模塊，設(shè)置“如果距離<15厘米”；4.在條件成立分支中，添加“電機(jī)停止”模塊（停止B、C電機(jī)），再添加“電機(jī)控制”模塊（電機(jī)B反轉(zhuǎn)、C正轉(zhuǎn)，時間2秒）；5.在條件不成立分支中，添加“循環(huán)”模塊（保持電機(jī)轉(zhuǎn)動）；6.上傳程序至主控器，測試避障效果。附件3：學(xué)生評價