教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息學(xué)科信息科技年級九年級學(xué)期秋季課題無人機(jī)飛行教科書書名：信息科技教材出版社：浙江教育出版社出版日期：2023年7月教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)對象分析一、教學(xué)內(nèi)容分析本課主要內(nèi)容包括“無人機(jī)的飛行原理”和“無人機(jī)飛行的一般過程”。無人機(jī)飛行不僅涉及個(gè)人娛樂和商業(yè)應(yīng)用，還上升到了國家安全和公共安全的戰(zhàn)略層面，鑒于無人機(jī)飛行的重要性，深入理解其工作原理及安全控制與應(yīng)用顯得尤為關(guān)鍵。本課通過以無人機(jī)在常見應(yīng)用之一——“智慧農(nóng)業(yè)”中的自動控制項(xiàng)目“農(nóng)田植保”為例，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)由淺入深的學(xué)習(xí)過程，通過了解步驟、猜想原理、實(shí)驗(yàn)論證、規(guī)劃線路、設(shè)計(jì)算法、編程實(shí)現(xiàn)、飛行調(diào)試、嘗試優(yōu)化和技術(shù)思辨等模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生逐步掌握無人機(jī)飛行的基本知識和技術(shù)，提升運(yùn)用技術(shù)解決問題的能力，并深刻理解無人機(jī)飛行安全之于社會的重要性。二、學(xué)習(xí)對象分析本課學(xué)習(xí)對象為九年級學(xué)生，他們善于合作，思維活躍，具備問題發(fā)現(xiàn)和分析能力，同時(shí)充滿探索精神，對新事物，尤其是現(xiàn)代科技產(chǎn)品（如無人機(jī)等）抱有濃厚的興趣，并在生活中，對無人機(jī)的構(gòu)造和用途有基本認(rèn)知。通過之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生已具備一定的編程能力，這為他們進(jìn)一步探索無人機(jī)的飛行原理和飛行應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。然而，無人機(jī)飛行并非僅限于理論知識，還需要考慮諸多實(shí)際因素，如設(shè)備性能、環(huán)境因素等。因此，在教授本課時(shí)，教師需組織更具實(shí)踐性的實(shí)驗(yàn)活動，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)際操作，逐步掌握無人機(jī)飛行的核心技能，從而具備應(yīng)對真實(shí)場景中的能力。教學(xué)目標(biāo)分析（含核心素養(yǎng)導(dǎo)向）1.通過場景分析與思辨，感知無人機(jī)在生活中的常見應(yīng)用。2.通過猜測和觀察無人機(jī)螺旋槳轉(zhuǎn)動方向，理解無人機(jī)的飛行原理。3.通過無人機(jī)的起飛、懸停、降落實(shí)驗(yàn)，掌握無人機(jī)飛行的簡單操作。4.通過應(yīng)用于真實(shí)情境的線路規(guī)劃和算法設(shè)計(jì)，提升控制無人機(jī)解決真實(shí)應(yīng)用問題的意識。5.通過編寫程序和模塊測試，認(rèn)識到保障無人機(jī)飛行安全的重要性，歸納出無人機(jī)飛行的一般過程，并可遷移應(yīng)用到新的問題解決中。6.通過思辨無人機(jī)的應(yīng)用案例，了解無人機(jī)技術(shù)對社會發(fā)展的影響?！拘畔⒁庾R】具備無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于真實(shí)的生活情境的意識。【計(jì)算思維】能對無人機(jī)應(yīng)用于真實(shí)情境的過程進(jìn)行分解、抽象，并進(jìn)行自上而下的設(shè)計(jì)和自下而上的實(shí)現(xiàn)，能將一般方法遷移應(yīng)用到新的問題解決中?！緮?shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新】能夠運(yùn)用信息科技實(shí)驗(yàn)板編程工具編程實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的多元化飛行?！拘畔⑸鐣?zé)任】關(guān)注無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用對社會發(fā)展的影響。教學(xué)重點(diǎn)：1.無人機(jī)的飛行原理。2.無人機(jī)飛行的線路規(guī)劃。3.無人機(jī)的飛行。教學(xué)難點(diǎn)：1.無人機(jī)的飛行原理。2.無人機(jī)的飛行。教學(xué)過程（一）感知學(xué)習(xí)內(nèi)容與活動設(shè)計(jì)意圖活動1：感知飛行項(xiàng)目（1）教師列舉上節(jié)課學(xué)習(xí)過的無人機(jī)的部分應(yīng)用。（2）引出無人機(jī)在常見應(yīng)用之一——“智慧農(nóng)業(yè)”中的自動控制項(xiàng)目“農(nóng)田植?！弊鳛椤稛o人機(jī)飛行》學(xué)習(xí)的項(xiàng)目主題?；顒?：了解飛行步驟（1）教師播放“農(nóng)田植保”實(shí)拍視頻。（2）教師在視頻播放過程中說明無人機(jī)的工作步驟。①確定高度后起飛——“定高”。②保持該高度——“懸?！保_始飛行工作。③按農(nóng)田實(shí)際地形，沿一定飛行線路，進(jìn)行植保工作。回顧并梳理舊知，感受無人機(jī)在各領(lǐng)域的巨大作用，激發(fā)學(xué)生深入學(xué)習(xí)無人機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，并提出新的問題，在學(xué)生的生活基礎(chǔ)上，了解無人機(jī)應(yīng)用于不同領(lǐng)域的控制方式。以真實(shí)情境為例，承接上一活動，以無人機(jī)在生活中的常見應(yīng)用為主題，通過對真實(shí)情境的觀察和思考，使學(xué)生更多關(guān)注和引用生活實(shí)例，并引發(fā)學(xué)生對無人機(jī)的飛行原理感到好奇。（二）建構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容與活動設(shè)計(jì)意圖實(shí)驗(yàn)1：探究飛行原理（1）請學(xué)生回憶上一節(jié)課學(xué)習(xí)的無人機(jī)的組成，觀察無人機(jī)（如圖1所示）的機(jī)身系統(tǒng)，根據(jù)科學(xué)知識，配合實(shí)飛觀察，初步總結(jié)無人機(jī)的飛行原理。生：無人機(jī)是由電機(jī)帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力而飛起來的。圖1實(shí)拍無人機(jī)（2）請學(xué)生猜一猜：無人機(jī)起飛時(shí)，四個(gè)螺旋槳如何轉(zhuǎn)動？并將猜測想法標(biāo)注在學(xué)習(xí)任務(wù)單的實(shí)驗(yàn)一中（抽象無人機(jī)如圖2所示）。圖2學(xué)習(xí)任務(wù)單上的抽象無人機(jī)（3）教師使用演示無人機(jī)（螺旋槳旋轉(zhuǎn)較慢）進(jìn)一步驗(yàn)證，歸納無人機(jī)的飛行原理?；顒?：了解定高與懸停（1）請學(xué)生分析飛行的高低對無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)田植保產(chǎn)生的差異。生1：飛得高農(nóng)藥噴灑范圍比飛得低要大。生2：飛得低農(nóng)藥噴灑密度比飛得高要大。（2）假設(shè)50厘米的高度是最適宜的，請學(xué)生運(yùn)行試飛教師給定程序（如圖3所示）。提示學(xué)生注意安全檢查（如圖4所示）。圖3起飛、懸停和降落的程序截圖圖4飛行前安全檢查單通過真機(jī)觀察，猜測無人機(jī)如何起飛，達(dá)到跨學(xué)科學(xué)習(xí)的知識遷移目的，為探究無人機(jī)飛行原理埋下伏筆。通過先猜想，猜測無人機(jī)起飛時(shí)螺旋槳的轉(zhuǎn)動方向，再進(jìn)一步依靠演示無人機(jī)（螺旋槳旋轉(zhuǎn)較慢）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察驗(yàn)證的方式明確猜想，層層遞進(jìn)，歸納出無人機(jī)的飛行原理。通過無人機(jī)的定高與懸停的運(yùn)行試飛，了解無人機(jī)定高與懸停的程序和簡單操作，感受程序和現(xiàn)實(shí)飛行的異同，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。（三）應(yīng)用學(xué)習(xí)內(nèi)容與活動設(shè)計(jì)意圖實(shí)驗(yàn)2：規(guī)劃飛行線路探究（1）：問題分析①將農(nóng)田實(shí)景圖（如圖5所示）抽象成為80cm邊長的正四邊形農(nóng)田抽象圖（如圖6所示），請學(xué)生規(guī)劃無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)田植保的飛行線路并畫在抽象圖上。圖5農(nóng)田實(shí)景圖圖6學(xué)習(xí)任務(wù)單上的農(nóng)田抽象圖②教師展示兩張典型規(guī)劃圖，學(xué)生分享說明為什么這么規(guī)劃？生1：蛇形線路：照顧到每一株植物的同時(shí)提高時(shí)間效率。生2：矩形線路：考慮到農(nóng)藥噴灑有一個(gè)范圍，附近都會被噴灑到，提高時(shí)間效率。探究（2）：算法設(shè)計(jì)①請學(xué)生按規(guī)劃線路分解動作，教師提醒有“移動”和“旋轉(zhuǎn)”兩大類飛行動作，并將分解的飛行動作記錄到流程圖（如圖7所示）中。圖7學(xué)習(xí)任務(wù)單上的無人機(jī)農(nóng)田植保流程圖②教師展示包含移動和旋轉(zhuǎn)的蛇形線路和矩形線路的流程圖，進(jìn)行對比。③教師展示包含移動和旋轉(zhuǎn)的矩形線路和只包含移動的矩形路線的流程圖，進(jìn)行對比。探究（3）：編程調(diào)試①設(shè)計(jì)好算法后就要進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。教師給到學(xué)生知識鏈接（如圖8所示），請學(xué)生邊編程邊調(diào)試。圖8知識鏈接（飛行動作對應(yīng)代碼）②教師展示完成蛇形線路使用的包含移動和旋轉(zhuǎn)的參考代碼及其飛行情況。②教師展示完成矩形線路使用的只包含移動的參考代碼及其飛行情況。問題驅(qū)動，從學(xué)生的真實(shí)生成出發(fā)，學(xué)生在規(guī)劃線路的討論、分享的過程中，初步感知無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)田植保的工作過程。引導(dǎo)學(xué)生思考大類飛行動作下的細(xì)分動作，在自上而下的設(shè)計(jì)方法中，學(xué)生通過分解規(guī)劃線路為飛行動作，使較復(fù)雜的完整路線變成較簡單的分解動作，降低實(shí)驗(yàn)難度，先定義整體，再逐步細(xì)化。學(xué)生在繪制流程圖的過程中整理思路，設(shè)計(jì)出完整的算法，直觀的了解算法執(zhí)行的過程，完成規(guī)劃線路。以分步程序和知識鏈接為腳手架，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)編寫動作，掌握無人機(jī)飛行的操作；在自下而上的實(shí)現(xiàn)中，學(xué)生先實(shí)現(xiàn)具體的飛行動作，再逐步整合成完整的規(guī)劃路線。過程中的模塊測試使學(xué)生更容易找到問題所在（如沒有編寫懸停功能代碼等），及時(shí)調(diào)試，提高效率，體會無人機(jī)飛行的要領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)線路飛行。（四）梳理學(xué)習(xí)內(nèi)容與活動設(shè)計(jì)意圖活動3：總結(jié)一般過程（1）請學(xué)生根據(jù)無人機(jī)的飛行情況和規(guī)劃線路的調(diào)試過程，總結(jié)、分享出現(xiàn)的問題。生1：在程序編寫上：不管是蛇形噴灑還是矩形噴灑，都需要重復(fù)執(zhí)行多次，我們可以使用循環(huán)結(jié)構(gòu)來完成。生2：在現(xiàn)實(shí)飛行中：雖然進(jìn)行了多次調(diào)試，但可能是因?yàn)闅饬鞯挠绊?，還是出現(xiàn)和預(yù)設(shè)參數(shù)存在偏差的情況，我們觀察到無人機(jī)的背面有攝像頭等機(jī)載設(shè)備，可以定時(shí)使用攝像頭校正位置等方法來減小偏差。（2）教師總結(jié)無人機(jī)飛行的一般方法：問題分析→算法設(shè)計(jì)→編程實(shí)現(xiàn)→飛行調(diào)試→問題分析（進(jìn)入新一輪循環(huán)（優(yōu)化））。（3）舉一反三布置隨堂練習(xí)隨堂練習(xí)1：規(guī)劃正六邊形的路線，設(shè)計(jì)流程圖，編寫程序控制無人機(jī)完成飛行。隨堂練習(xí)2：通過無人機(jī)飛正四邊形和正六邊形，思考無人機(jī)飛正N邊形偏轉(zhuǎn)角度的問題。活動4：思辨信息科技（1）請學(xué)生辨析案例1：巴黎奧運(yùn)會中的無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用。生1：多架無人機(jī)編隊(duì)表演。生2：無人機(jī)搭載機(jī)載設(shè)備完成亮燈表演和噴火展示。（2）請學(xué)生辨析案例2：巴黎奧運(yùn)會期間的反無人機(jī)系統(tǒng)。生1：無人機(jī)在現(xiàn)實(shí)飛行中可能因?yàn)榧夹g(shù)不熟練或外力影響等發(fā)生意外，影響巴黎奧運(yùn)會的正常進(jìn)行。生2：無人機(jī)也可以應(yīng)用在軍事偵察中，反無人機(jī)系統(tǒng)可以保障安全。（3）教師結(jié)合學(xué)生對案例1和案例2的辨析，總結(jié)在科技發(fā)展的時(shí)代，應(yīng)該學(xué)習(xí)知識、勤練技術(shù)，并遵守法律法規(guī)，做到合理運(yùn)用。通過學(xué)習(xí)