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2019-2020年蘇科版小學信息技術《第16課 學生 機器人平臺》教案（選修） ［教學目的與要求］ 1.學習“學生機器人平臺”軟件。 2.初步了解流程圖的設置方式。 3.理解軟件的概念。 4.能夠運行“學生機器人平臺”軟件。 5.幫助學生建立軟件與機器人之間的知識鏈接。 6.激發(fā)學生的學習熱情。 7.嘗試用已有的信息技術手段理解“編程”的意義。 8.嘗試運行、設置編程軟件。 ［課時安排］ 建議安排2 課時。 ［教學重點與難點］ 1.重點：學習“學生機器人平臺”軟件。 2.難點：流程圖的設置方式。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課基于原有機器人知識的基礎上，介入編程軟件，讓學生了解到“學生機器人平臺”的重要意義。因此，本課的學習屬于理論性與實踐性相結合的環(huán)節(jié)。 在本課的教學中，學生接觸到流程圖的學習和設置，在今后的學習中起到了基礎性的作用，顯得尤為重要。在教師的教學中，要秉承打好基礎的原則，為學生提供正確嚴謹?shù)慕虒W環(huán)節(jié)，為今后的學習提供便利。 2．教學方法指導 在學生機器人平臺的學習中，教師要幫助學生學會利用資源學習、意義建構的學習、自主學習、進行非線性的跨越式學習、理解流程圖利用流程圖的學習。教師可以在教學中設置相應的問題，讓學生帶著問題思考，順著問題學習，使得知識能夠順暢地進入學生的認知體系，為今后的實踐提供保證。 ［參考資料］ 1.學生機器人編程軟件一般采用流程圖模式編程。流程圖由基本模塊來構建，基本模塊包括輸出執(zhí)行模塊、信號輸入模塊、流程控制模塊三部分，每一個圖形模塊都可以完成一定的功能，只要按邏輯連接這些模塊可以很快的完成一個程序的編寫，通過畫流程圖的方式，實現(xiàn)對某一特定機器人的編程。從而使機器人根據周圍的環(huán)境執(zhí)行相應的動作，如：前進、后退、轉彎、加速、減速等。流程圖支持全局變量、簡單表達式、復合條件判斷、循環(huán)等。 軟件采用了面向對象的程序設計方法，每種控件作為一個類對象，描述了此控件的類型、位置、連接屬性、節(jié)點的設置屬性等信息以及對各種屬性改變的方法。利用這些方法，可以方便的對每個節(jié)點對象的屬性更新和對象位置的移動等各種操作。 2.軟件特點： （1） 圖形化編程，直觀、易于學習和操作。 （2）編輯、編譯、程序下載到主控芯片的集成開發(fā)環(huán)境。 （3）屏蔽軟硬件接口部分，降低偏向于硬件的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)難度。 （4）可擴展性強。 ［參考教案］ 1.展示與導入（第一課時） 師：同學們，我們經過了四節(jié)課的學習，你們了解了哪些機器人的知識?。磕芙o我們介紹一下你的感受嗎？ 學生：回憶自己的學習過程，并討論自己的學習心得。 師：在上節(jié)課的討論中，有的同學曾經提出，機器人的工作不但依賴傳感器，也要依賴于計算機的編程，這樣機器人才能“健康”地成長。今天就讓我們來學習機器人編程。 (板書課題) 設計意圖：此部分的學習難度較大，學生學習存在一定的障礙，因此在設計教學過程時，因降低部分的難度，使得學習過程順暢。 2. 了解“學生機器人平臺”軟件 師：機器人的運動，不是在機器人本身所制定完成的，它必須要有強大的“后援團”，這個就是“學生機器人平臺”軟件 （打開相應的圖片，介紹幾種機器人平臺） 生：了解新界面。 師：“學生機器人平臺”軟件和我們過去學習過的哪些軟件有相似的地方呢？ （1）FrontPage中網頁的編寫。 （2）Word中的流程圖。 師：它們有哪些相似的地方呢？ （1） 界面類似。 （2） 流程圖的方式相似。 師：它們有哪些不同的地方呢？ （閱讀課本，尋找答案） （教師最后引導總結，幫助學生找到其中的關鍵詞） 設計意圖：全班合作討論的形式，可以最大程度地激發(fā)學生合作學習的熱情。 3. 運行編程軟件（第二課時） 師：實戰(zhàn)開始了，我們要為學生機器人編程了，首先得讓它知道我們的意圖，請觀察以下得流程： （學生觀察教師操作并總結） （1）打開軟件 教師介紹主要的界面。 （2）新建程序 和原有軟件類似之處。 （3）設置系統(tǒng) 講解傳感器和串口的設置方法。 （4）加載圖形控件 講解圖形控件的概念。 （5）設置屬性 以“計算”控件為例。 （6）修改程序 移動、刪除、復制、粘貼等操作 （7）編譯程序 先保存程序，再編譯程序。 （8）下載程序 將機器人主板的接口與計算機接口相連，下載程序，注意“寫入成功”的字樣。 設計意圖：學生學習的難度較大，應留給學生較多時間去適應，幫助學生完成過程；老師作為過程的參與者，以輔導學生為主，不能替代學習。 ４. 嘗試并交流 教師參與注意事項： （1）講解要詳細，速度可調整，可以就共性的問題全班交流，也可以放手讓學生互相交流。 （2）關注學生的反應，及時調整講課的頻率，保證教學效果。 有條件時，讓學生參與到實際過程中去。 設計意圖：此過程開放性較強，學生能夠有足夠的余地發(fā)揮自己的主觀能動性。 ５. 總結 師：今天我們小組合作，完成了一個程序的編寫過程。部分同學還進行了展示。我們還對這些展示的作品進行了交流。大家有什么收獲？ 生：討論學習心得。 師：在煙波浩淼的信息技術中，機器人的編程是應用較多的技術之一，在今后的學習中，我們要常常接觸到它。它是非?？少F的技術，它改變了我們的生活，讓我們身邊多了許多豐富多彩的內容，從今天起，讓我們好好學習，創(chuàng)作出優(yōu)秀的作品，來不斷充實我們的生活！ 設計意圖：學習過程中，旨在幫助學生完成總結性評價，在復習回顧的基礎上完成對知識的整理，以便學生再次深入學習。 附送： 2019-2020年蘇科版小學信息技術《第17課 學生機 器人行走》教案（選修） ［教學目的與要求］ 1.認識和了解機器人直流電機的工作原理。 2.學會編寫機器人前進、后退和轉彎的程序。 3.學會編譯、下載程序。 4.以學生自學、合作學習的方式完成編寫機器人行走程序。 5.讓學生學會觀察、交流體會。 6.培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力、探索精神。 7.讓學生在解決問題的過程中體會成功的快樂。 8.利用所學的機器人知識解決現(xiàn)實生活中的應用問題。 ［課時安排］ 建議安排1課時。 ［教學重點與難點］ 1.重點：機器人前進、后退、轉彎程序。 2.難點：機器人左右轉彎，將程序寫入機器人。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課是學生第一次學習通過編寫程序控制機器人的動作，對后面的學習有著良好的引導作用。開始可以讓學生回憶前面學習的機器人知識，然后引入到怎樣讓機器人動起來，指揮機器人完成指定的動作，引入本課的學習。也可以播放有關機器人比賽的錄像，讓學生欣賞，再引入本課的內容。 本課重點讓學生學會“直流電機”控件的編程，明白“正轉”、“反轉”、“停止”的含義，特別是設置延時時，要盡可能多些，便于學生在調試機器人時能準確觀察到機器人的執(zhí)行步驟。教材中給出了機器人右轉彎的程序，讓學生探究出讓機器人左轉彎的方法。 在學生編好程序后，先編譯然后打開機器人的電源進行下載，特別要注意與機器人的通信方式，是串口通信還是USB口通信。在調試的過程中，如果機器人沒有按照程序去執(zhí)行動作，請學生再次檢查程序是否正確，并檢查機器人各端口的連接線是否連接正確。 2．教學方法指導 任務驅動法、自主探究法。 ［參考資料］ 直流電機是一種將電能轉換為機械能的裝置。直流電機有多種不同尺寸和配置。圖1所示為一些常見的小型直流電機，它們非常適合用來控制小型移動機器人的前進、后退、轉彎等動作。 圖1 幾種DC電機的照片 直流電機工作時需要給電機轉子上的線圈通電。電流在線圈中流動便產生一個磁場，該磁場與線圈外固定的永久磁鐵產生的磁場相斥。這兩個磁場相互作用產生的力可推動電機轉子轉動。 用于描述電機電源要求和電機性能的參數(shù)有很多。其中，最基本的一個就是他的工作電壓（額定電壓），該電壓是驅動電機推薦使用的電壓。當實際電壓低于額定電壓時，大多數(shù)電機仍可以正常工作，但輸出功率要減小。另外，大多數(shù)廠家給出的電機額定電壓都比較保守，所以當實際電壓高于額定電壓時，電機一般也可以正常工作，但通過這種方法獲得輸出功率增加是以犧牲電機壽命為代價的。 電機的另一個性能參數(shù)是工作電流。電壓恒定時，電機上的電流與它的輸出功率成正比。當空載運行時，電機的電流最?。划斬撦d增大到使電機堵轉的程度時，電機上的電流最大，該電流被稱為電機的堵轉電流，它也是電機在額定電壓下的最大工作電流。 通過電機的電流越大，電機產生的轉動力（或轉矩）就越大，這是電機轉子線圈與周圍永久磁鐵之間電磁場相互作用的直接結果。線圈中產生的磁場強度與通過它的電流大小成正比，而電機輸出軸上的轉矩與兩個磁場的強度直接相關。 評價電機性能的另一個參數(shù)是它的賭轉轉矩。這個轉矩是指電機在額定電壓下，被迫賭轉時所產生的轉矩大小，此時電機上的電流即為賭轉電流。對小電機而言，轉矩通常以盎司-英寸（1盎司=28.35克）為單位衡量（即距離電機轉軸中心為一英寸的力臂上所產生的直線里大?。? 電機所提供的功率大小等于輸出軸的轉速與力矩的乘積。當電機自由轉動時（空載狀態(tài)），輸出軸轉速最大，但轉矩為零，此時電機不驅動任何機構，因此輸出功率為零（實際上電機也會消耗一部分功率克服內部摩擦，但這種功率不產生任何輸出作用）；當電機賭轉時，輸出最大的轉矩，但轉速為零，因此輸出功率也等于零。在兩種極限情況之間，輸出功率與轉速間呈一種拋物線的關系，如圖2所示。在其正常工作范圍的中部，電機產生的功率最大。 圖2 電機轉速、轉矩及輸出功率之間的理想曲線 圖中實線表示電機轉速與轉矩的關系。在該直線的右側，轉速達到最大（100%），而轉矩為零，這一點代表了電機空轉，沒有做任何有用功的情況。而在直線的左側，轉速為零，但轉矩達到最大值，這一點代表了電機因負載太大而賭轉的情況。圖中虛線表示電機的功率輸出，它等于電機轉速與轉矩的乘積。輸出功率的最大值位于電機正常工作范圍的中點，此時轉速和轉矩都不為零。