第3單元第12課《智闖迷宮--機(jī)器人走迷宮的行走規(guī)則》說課稿2024-2025學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級(jí)下冊(cè)一、設(shè)計(jì)意圖

本節(jié)課旨在通過《智闖迷宮》這一案例，引導(dǎo)學(xué)生深入理解機(jī)器人走迷宮的行走規(guī)則，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和編程能力。結(jié)合清華大學(xué)版初中信息技術(shù)九年級(jí)下冊(cè)教材，通過實(shí)際操作和案例分析，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握迷宮問題的解決方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)編程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)分析三、學(xué)習(xí)者分析

1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：學(xué)生在學(xué)習(xí)本課前，已具備基本的編程概念，如變量、循環(huán)、條件判斷等。此外，對(duì)于簡(jiǎn)單的算法和邏輯思維也有一定的了解。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：九年級(jí)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)課程普遍具有濃厚的興趣，喜歡通過實(shí)踐操作來學(xué)習(xí)。他們具備一定的動(dòng)手能力，善于觀察和發(fā)現(xiàn)問題的規(guī)律。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，既有傾向于動(dòng)手操作的實(shí)踐型學(xué)習(xí)者，也有喜歡獨(dú)立思考的理論型學(xué)習(xí)者。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：部分學(xué)生可能對(duì)迷宮問題的抽象理解存在困難，難以將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為程序設(shè)計(jì)。此外，編程語言的語法和邏輯思維對(duì)于一些學(xué)生來說可能較為抽象，需要通過反復(fù)練習(xí)和指導(dǎo)來克服。同時(shí)，學(xué)生在編寫程序時(shí)可能會(huì)遇到調(diào)試和優(yōu)化的問題，需要培養(yǎng)良好的編程習(xí)慣和問題解決能力。四、教學(xué)資源

-軟件資源：編程軟件（如Scratch、Python等），迷宮設(shè)計(jì)工具

-硬件資源：計(jì)算機(jī)或平板電腦

-課程平臺(tái)：學(xué)校信息技術(shù)教學(xué)平臺(tái)或在線學(xué)習(xí)平臺(tái)

-信息化資源：迷宮案例庫、編程教程視頻、相關(guān)教學(xué)軟件

-教學(xué)手段：實(shí)物迷宮模型、多媒體教學(xué)課件、互動(dòng)教學(xué)軟件五、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)機(jī)器人走迷宮的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過程：

開場(chǎng)提問：“你們有沒有玩過迷宮游戲？有沒有想過如果機(jī)器人能自己走迷宮，會(huì)是什么樣的？”

展示一些關(guān)于機(jī)器人走迷宮的圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受機(jī)器人走迷宮的魅力或特點(diǎn)。

簡(jiǎn)短介紹機(jī)器人走迷宮的基本概念和重要性，為接下來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.機(jī)器人走迷宮基礎(chǔ)知識(shí)講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解機(jī)器人走迷宮的基本概念、組成部分和原理。

過程：

講解機(jī)器人走迷宮的定義，包括其主要組成元素或結(jié)構(gòu)，如傳感器、處理器、執(zhí)行器等。

詳細(xì)介紹機(jī)器人走迷宮的組成部分或功能，使用圖表或示意圖幫助學(xué)生理解，例如傳感器如何感知迷宮路徑，處理器如何處理信息，執(zhí)行器如何控制機(jī)器人的移動(dòng)。

3.機(jī)器人走迷宮案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過具體案例，讓學(xué)生深入了解機(jī)器人走迷宮的特性和重要性。

過程：

選擇幾個(gè)典型的機(jī)器人走迷宮案例進(jìn)行分析，如著名的“IBMWatson”在迷宮挑戰(zhàn)中的表現(xiàn)。

詳細(xì)介紹每個(gè)案例的背景、特點(diǎn)和意義，讓學(xué)生全面了解機(jī)器人走迷宮的多樣性或復(fù)雜性。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對(duì)實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用機(jī)器人走迷宮的原理解決實(shí)際問題。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問題的能力。

過程：

將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個(gè)與機(jī)器人走迷宮相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論，如“如何優(yōu)化迷宮路徑算法”。

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)加深全班對(duì)機(jī)器人走迷宮的認(rèn)識(shí)和理解。

過程：

各組代表依次上臺(tái)展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學(xué)生和教師對(duì)展示內(nèi)容進(jìn)行提問和點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)互動(dòng)交流。

教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)機(jī)器人走迷宮的重要性和意義。

過程：

簡(jiǎn)要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括機(jī)器人走迷宮的基本概念、組成部分、案例分析等。

強(qiáng)調(diào)機(jī)器人走迷宮在現(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中的價(jià)值和作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索和應(yīng)用這一技術(shù)。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的迷宮，并嘗試用編程控制機(jī)器人完成走迷宮的任務(wù)，以鞏固學(xué)習(xí)效果。六、知識(shí)點(diǎn)梳理

1.機(jī)器人走迷宮的基本概念

-機(jī)器人走迷宮的定義

-機(jī)器人走迷宮的目的和意義

2.機(jī)器人走迷宮的硬件組成

-傳感器：用于檢測(cè)迷宮的墻壁和路徑

-處理器：用于處理傳感器收集的數(shù)據(jù)，并做出決策

-執(zhí)行器：用于控制機(jī)器人的移動(dòng)和轉(zhuǎn)向

3.機(jī)器人走迷宮的軟件算法

-路徑規(guī)劃算法：如深度優(yōu)先搜索、廣度優(yōu)先搜索等

-傳感器數(shù)據(jù)處理算法：如濾波算法、閾值處理等

-決策算法：如基于規(guī)則的決策、基于學(xué)習(xí)的決策等

4.機(jī)器人走迷宮的編程實(shí)現(xiàn)

-編程語言選擇：如Python、C++等

-編程框架和庫：如RobotOperatingSystem(ROS)、ArduinoIDE等

-編程步驟：初始化、傳感器數(shù)據(jù)讀取、路徑規(guī)劃、決策執(zhí)行、結(jié)果反饋

5.機(jī)器人走迷宮的調(diào)試與優(yōu)化

-調(diào)試方法：如逐步調(diào)試、代碼審查等

-優(yōu)化策略：如算法優(yōu)化、硬件調(diào)整等

-性能評(píng)估：如速度、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等

6.機(jī)器人走迷宮的實(shí)際應(yīng)用

-工業(yè)自動(dòng)化：如生產(chǎn)線上的路徑規(guī)劃

-搜索與救援：如地震后的廢墟搜索

-軍事領(lǐng)域：如無人偵察和作戰(zhàn)

-家庭娛樂：如智能玩具和游戲

7.機(jī)器人走迷宮的未來發(fā)展趨勢(shì)

-人工智能與機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合

-自適應(yīng)和自主學(xué)習(xí)能力的提升

-機(jī)器人走迷宮在更多領(lǐng)域的應(yīng)用拓展

8.機(jī)器人走迷宮的教育意義

-培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和問題解決能力

-提高學(xué)生的編程技能和算法理解

-增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力

9.機(jī)器人走迷宮的教學(xué)實(shí)踐

-教學(xué)案例設(shè)計(jì)：結(jié)合實(shí)際情境，設(shè)計(jì)迷宮案例

-教學(xué)方法：采用實(shí)驗(yàn)、討論、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等教學(xué)方法

-教學(xué)評(píng)價(jià)：通過學(xué)生作品、課堂表現(xiàn)、小組合作等方式進(jìn)行評(píng)價(jià)

10.機(jī)器人走迷宮的安全與倫理問題

-機(jī)器人走迷宮的安全保障措施

-機(jī)器人走迷宮的倫理考量，如隱私保護(hù)、責(zé)任歸屬等七、板書設(shè)計(jì)

①機(jī)器人走迷宮基本概念

-定義：機(jī)器人利用傳感器、處理器和執(zhí)行器在迷宮中尋找路徑

-目的：研究機(jī)器人的路徑規(guī)劃和決策能力

②機(jī)器人走迷宮硬件組成

-傳感器：紅外傳感器、超聲波傳感器、視覺傳感器等

-處理器：微控制器、處理器芯片等

-執(zhí)行器：電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等

③機(jī)器人走迷宮軟件算法

-路徑規(guī)劃算法：深度優(yōu)先搜索、廣度優(yōu)先搜索、A*算法等

-傳感器數(shù)據(jù)處理算法：濾波算法、閾值處理、特征提取等

-決策算法：基于規(guī)則的決策、基于學(xué)習(xí)的決策等

④編程實(shí)現(xiàn)

-編程語言：Python、C++等

-編程框架：RobotOperatingSystem(ROS)、ArduinoIDE等

-編程步驟：初始化、數(shù)據(jù)讀取、路徑規(guī)劃、決策執(zhí)行、結(jié)果反饋

⑤調(diào)試與優(yōu)化

-調(diào)試方法：逐步調(diào)試、代碼審查等

-優(yōu)化策略：算法優(yōu)化、硬件調(diào)整等

-性能評(píng)估：速度、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等

⑥實(shí)際應(yīng)用

-工業(yè)自動(dòng)化

-搜索與救援

-軍事領(lǐng)域

-家庭娛樂

⑦未來發(fā)展趨勢(shì)

-人工智能與機(jī)器人技術(shù)結(jié)合

-自適應(yīng)和自主學(xué)習(xí)能力提升