苏科版（2018）九年级全册1 灰度传感器优秀教案

这是一份苏科版（2018）九年级全册1 灰度传感器优秀教案，共13页。教案主要包含了教材分析，学情分析，教学目标与要求，教学重点与难点，教学方法，教学过程等内容，欢迎下载使用。

一、教材分析
本课是第2章第2节第1课时，也是机器人教学中知识螺旋上升的一节综合性应用课，在前几节课中我们学习了部分单片机控制板、传感器的知识，在此基础上，为了加快学习的步伐，需要学生利用所学知识去探究并模拟智能化机器人的应用，帮助学生在搭建、编程、调试机器人的过程中对相关知识有更深入的了解和掌握，最终让学生学有所获，学以致用，学会创新。
二、学情分析
本课的教学对象是九年级的学生，经过前几节课的学习，他们已经熟练掌握了“学生机器人”控制板相关知识，基本掌握了几个常见传感器的使用方法，也熟悉了“学生机器人”的编程环境。通过学习过程中的知识积累，学生对“学生机器人”产生了浓厚的兴趣，但动手实践与编程能力方面还有待加强，创新意识也有待提高。
三、教学目标与要求
了解循线机器人的工作原理，掌握灰度传感器黑色与白色的测值方法；理解循线程序语句，能独立完成“学生机器人”的循线任务，并学会总结循线问题，提出机器人循线的优化方案；能够利用灰度传感器与各传感器之间的组合，完善“导游机器人”的功能；学会分享自己的学习经验，能大胆实践、勇于创新。
四、教学重点与难点
1. 重点
（1）理解循线机器人的工作原理与掌握灰度传感器的测值方法。
（2）理解选择结构的程序设计思想。
（3）学会调整程序中的参数，帮助“学生机器人”完成循线任务。
2. 难点
（1）学会程序的编写，实现利用灰度传感器完成循线任务。
（2）利用各传感器之间的搭配及程序的编辑与调试，完善“导游机器人”的功能。
五、教学方法
范例教学法、自主探究与小组合作学习、任务驱动教学法、讨论法。
六、教学过程
（一）创设情境，问题渐引
1. 教师活动与学生活动
我们外出参观旅游的时候一般都能看到导游的身影，不过随着科技迅猛发展，我们眼中的导游也发生了变化！
（1）播放一段介绍“导游机器人”的视频。
（2）展示图片，感慨机器人时代的到来。
图1 机器人
教师：你们看视频中的它能说会道，真神奇！如果我们能拥有一个属于自己的导游机器人那该多有趣啊！
那么请同学们根据前几节课所学的内容思考一下：导游机器人的行走、发音等行为，需要哪些元件呢？
学生：回忆所学，提出部分答案：直流电机、轮胎、红外传感器、液晶屏、LED灯、声音传感器、主控板等。
教师：同学们回答得真好！作为古城金陵的一名小主人，我们是不是应该为外来的朋友们介绍一下南京的古迹名胜，共同探寻金陵文脉，感受古城的文化底蕴呢？
2. 设计意图
（1）激发学生兴趣，促使学生发现生活中的变化并思考变化的原因。
（2）通过感知，激发学生兴趣，调动学生回忆前面所学的知识，并帮助学生在头脑中建立机器人模型及运用模型的思维。
（二）新知新会
1. 教师活动与学生活动
（1）教师展开金陵文脉的地图，引导学生发现问题。
图2 金陵文脉地图
教师：地图中标识了很多景点，不过景点之间连接着弯曲的黑线，如何设计一个机器人让它按照地图上预设的线路完成金陵文脉探寻之旅呢？
教师等待，静听学生思考后给出的答案，暗示学生给机器人装上能分辨黑白的“眼睛”，由此引入新知。
图3 学生机器人
教师展示循线法宝——灰度传感器，介绍灰度传感器的工作原理和使用方法。
教师：相信大家看完了灰度传感器的介绍，对完成导游机器人的制作充满了信心，下面我们就开动脑筋去创造吧！
（2）小试牛刀
成立2人小组，为循线小车上的灰度传感器测值。
教师巡视并指导，提示学生多测试地图上不同的地方，看看数值是否一样或接近，学生认真测值，记录所测得的数据，验证颜色深则数值低，颜色浅则数值高，最终计算几次数据的平均值(black<=400)，作为灰度传感器在循线过程中的分界值。
图4 测试程序
2. 设计意图
（1）激发学生兴趣，提升学生对解决问题的憧憬。
（2）树立学生信心，潜移默化培养学习习惯。
（三）初巡黑白
1. 教师活动与学生活动
（1）在顺利完成灰度传感器的测值后，请大家思考以下问题：
要想机器人按照黑线的路径行走，两个传感器与黑线之间会产生哪些位置关系呢？
教师根据学生的回答，拟画出小车上两个灰度传感器与黑线之间位置关系的图形（如图5），引导学生分析机器人沿线走的判断过程。
图5
（2）根据上述分析与判断，教师展示“机器人沿线走”过程图，介绍单分支语句结构（如图6。
图6
教师：在掌握以上几个知识点后，同学们开始设计程序，让机器人小车带领游客环游金陵的几个景点吧！
任务一：“环游金陵文脉”
学生打开“环游金陵文脉”程序文件，在实践过程中注意记录问题，尝试修改程序，解决问题，可以和预先安排好的小组同学交流经验。
（学生自主操作，教师巡视辅导，给予纠错。）
图7 任务图一
（3）教师呈现学生记录的问题：小车循线过程中会发生冲出循线轨迹的情况，转弯处触发概率较高。
学生仔细观察图片（如图8），交流经验，找出小车偏移的原因，给出解决建议：
①降低小车两个直流电机的转速。
②给予小车转弯循线的缓冲期，让其定向循线。
图8
学生根据解决方案，在程序中调整直流电机转速，再次实践“机器人环线走”，直至成功完成任务。
图9
2. 设计意图
（1）引导学生学会思考总结，锻炼他们使用过程图的方式来表达设计思想，为下面的编程奠定基础。
（2）以小组合作的形式完成任务，通过收集信息、交流探讨、筛选和总结，让学生更多了解任务对象的相关知识，做到知己知彼，百战百胜。
（四）智选黑白
1. 教师活动与学生活动
（1）“指点六朝形胜地，惟有山如壁。”这句诗很好地展现了“石城怀古”气韵。下面让我们跟随机器人寻迹石头城，感受石城虎踞龙盘之势。
教师将地图上的白色胶带撕开，形成新的地图，让学生观察并思考让小车机器人从栖霞寺出发寻访石头城的路径。
图10 任务图二
分析：小车行走路径中有出现分岔路口，根据前面任务的经验，我们完成该任务，要编写的程序比较多，有什么提高编程效率的办法呢？
教师举例子程序并加以说明。
图11
（2）学生根据教师的讲解，尝试调用子程序完成任务。
任务二：“智访石头城”
学生打开“智访石头城”程序文件，尝试调用子程序，优化循线程序，调试过程中将遇到的问题记录下来，最终完成循线任务。
整个过程教师从旁引导和助学，及时收集学生设计中出现的共性问题，必要时给予解答，并做好反馈工作。
学生反馈的问题：①交叉路口循线容易出错；②如何将机器人小车停止在“石头城”。
解决方法：
①调用子程序时，注意调整电机的数值，尝试处理岔路口转弯问题（图12）。
②添加子程序“停止”，测出灰线数值，根据老师绘制的图形理解停止循线的方法（图13）。

图12 图13
学生认真调试程序，改进小车循线的方法，先完成任务的小组，可以分享自己的经验。
2. 设计意图
（1）培养学生分析与判断能力，让学生了解子程序在整个程序中的高效应用，体会程序设计的魅力。
（2）通过合作完善程序，集各家所长，让学生吃透知识，熟悉操作。
（3）锻炼学生自主学习能力及合作能力，培养勤于检测程序的好习惯，告诫他们优化程序的必要性、关键性。
（五）畅游黑白
1. 教师活动与学生活动
至此，我们跟随机器人小车初步探寻了金陵文脉，现在需要深入了解，详探鼓楼及玄武湖两处景点。请让小车机器人在这两处景点停留并能“绘声绘色”介绍景点。
图14 任务图
任务三：“畅游青山绿水”
（1）明确任务，利用显示屏、蜂鸣器模块或语音模块等元器件，完成“智能导游机器人”的最终搭建。
图15
学生以单位小组进行设计方案的实现及相关程序的编辑，可以分工合作，一人编程，一人组装搭建。
①根据设计方案，准确安装所需的元器件。
②测试语音模块、LCD屏与主控板之间的电路连接是否正常，注意LCD屏只能显示英文与符号，无法显示中文。
③根据任务要求，进行程序的编写，注意合理调用子程序，高效完成任务。
④思考程序中是否有重复无效的语句，并尝试优化。
（2）教师巡视各小组，及时解决小组编写程序过程中出现的问题。
（3）展示学生的优秀程序样例，分享给其他同学作为参考，提高各组效率。
（4）教师将学生制作过程中收集到的程序问题进行反馈，总结程序设计中出现的问题，思考如何优化程序语句。
2. 设计意图
分享优秀小组的成果，促进学生之间的经验交流，激发后继学习的需求。
（六）完善功能，自我展示
1. 教师活动与学生活动
（1）认真调试，加强稳定性
教师列举学生编写的程序作为师范，指导学生修改及完善“智能导游机器人”的功能。
（2）自我展示，再接再厉
抽选部分完成任务的小组，分派代表上台分享经验，师生共同评价。
①认真调试，优化程序，进行测试。
②展示小组作品，并针对个小组作品给予评价，将评价意见填写在导学案的表格中。
2. 设计意图
提供展示平台，让学生在赏评中加深认识，体验创作活动的乐趣。
（七）小车寻迹过程完整图例
图16 任务图三
（八）课堂小结
强调灰度传感器使用时需要注意的问题：1．适合色彩相差较大的情况，（如黑色和白色）；2．多测几次不同区域的数据，防止检测结果的造成循线影响；3．防止环境光线过强和电池电量不足等问题对小车循线的结果造成影响；4．回顾单分支选择语句结构。
（九）课堂板书
（十）课后感悟
依托“导游机器人探寻金陵文脉”主题的研究和创新，不仅丰富了科创课堂教学的内容，还培养了学生的感知能力、动手能力、分析与判断能力、创新能力，以及团队合作的能力。学生在“寻迹”的时光中不断汲取文化的养分，畅想未来科技的发展，并感染着身边的人，从而让更多的学生感受科学知识与科技创新的魅力。
附表：
导游机器人制作过程记录表
班级： 组号： 组员姓名：
一、设计思路（描述导游机器人的工作过程，并罗列所需相关元器件）



二、灰度传感器测值记录
三、程序设计表（导游机器人循线程序设计）
四、问题记录表
五、作品评价
位置
灰度1
灰度2
动作
Max
电机左
电机右
标准情况
黑
黑
直走
Max=0
正转
正转
偏 左
白
黑
右转
Max=1
正转
停止
完全偏左
白
白
快速右拐
Max=1
正转
反转
偏 右
黑
白
左拐
Max=2
停止
正转
完全偏右
白
白
快速左拐
Max=2
反转
正转
白色线测值
第一次
第二次
第三次
黑色线测值
第一次
第二次
第三次
所测数据取大概范围（填写＞、＝、＜）
在白色线上和在黑色线上大概以数值（ ）区分。
灰度传感器1
灰度传感器2
max
电机1
电机2
在线上
左 偏
右 偏
完全左偏
完全右偏
灰度数据范围（填写＞、＝、＜） 电机数值（填写正转速度、反转速度、停止）
序号
所做任务
所遇问题
解决方案
1
2
3
4
5
6
作品组次
优点
需改善
1
2
3