小学信息技术泰山版 (2018)第3册第12课 声波测距避障碍教学设计

这是一份小学信息技术泰山版 (2018)第3册第12课 声波测距避障碍教学设计，共6页。教案主要包含了核心素养目标，教学重难点，教学方法，教学准备，教学过程等内容，欢迎下载使用。

1. 信息意识
- 学生能够认识到声波测距在机器人感知环境和避障中的重要性，了解信息技术在解决实际问题中的应用。
2. 计算思维
- 通过分析声波测距避障的原理和算法，培养学生运用计算思维解决问题的能力。
3. 数字化学习与创新
- 学生能够掌握在数字化学习环境中使用相关软件和工具进行声波测距避障编程的方法和技巧。
二、教学重难点
（一）教学重点
1. 理解声波测距的原理，掌握使用超声波传感器测量距离的方法。
2. 编写程序实现机器人根据距离信息进行避障的功能。
（二）教学难点
1. 对测量到的距离数据进行准确的分析和处理，以实现机器人的精准避障。
2. 培养学生的创新思维和综合运用知识解决实际问题的能力。
三、教学方法
讲授法、演示法、实验法、小组合作法、任务驱动法
四、教学准备
1. 计算机教室，安装好机器人编程软件和相关硬件设备（如带有超声波传感器的机器人小车）。
2. 教学课件、教学视频、实验器材（超声波传感器、障碍物模型等）。
五、教学过程
（一）导入新课
1. 教师播放一段机器人在复杂环境中自主避障行驶的视频，激发学生的兴趣和好奇心。
- 视频播放结束后，教师提问：“同学们，你们知道机器人是如何感知周围环境并避开障碍物的吗？”引导学生思考和讨论。
2. 教师展示一个带有超声波传感器的机器人小车模型，向学生介绍今天的学习主题——声波测距避障碍。
- 教师拿起模型，指着超声波传感器说：“这个小小的传感器就是机器人的‘眼睛’，它能够帮助机器人探测前方的障碍物，并测量与障碍物之间的距离。接下来，我们就一起来探究一下它的奥秘吧！”
（二）知识讲解
1. 声波测距的原理
- 教师使用 PPT 课件，结合简单的动画演示，向学生讲解声波测距的原理。
- “同学们，我们知道声音是以声波的形式在空气中传播的。当我们向一个方向发出声波时，声波遇到障碍物会被反射回来。我们通过测量声波从发射到接收所经过的时间，就可以根据声音在空气中的传播速度计算出与障碍物之间的距离。这就像我们在山谷中大喊一声，听到回声后就能知道自己与山谷对面的距离差不多。”
2. 超声波传感器的介绍
- 教师详细介绍机器人上使用的超声波传感器的结构、工作方式和主要参数。
- “超声波传感器主要由发射器和接收器两部分组成。发射器负责向特定方向发射超声波，接收器则负责接收反射回来的超声波信号。它的工作原理就像我们刚才讲的声波测距一样。在使用超声波传感器时，我们需要注意它的测量范围和精度等参数，这些参数会影响到我们测量距离的准确性。”
3. 机器人编程中与声波测距相关的指令和函数
- 教师打开机器人编程软件，向学生介绍在编程中用于控制超声波传感器和实现避障功能的相关指令和函数。
- “同学们，在我们的编程软件中，已经为我们提供了一些方便的指令和函数来操作超声波传感器。比如，我们可以使用某个指令来读取超声波传感器测量到的距离值，然后根据这个距离值来控制机器人的运动。大家看，就是这个指令……”教师在编程软件中演示如何调用相关指令，并解释每个参数的含义。
（三）案例演示
1. 教师在机器人编程软件中编写一个简单的声波测距避障程序，并在机器人小车上进行演示。
- 程序的功能是：机器人小车向前行驶，当超声波传感器检测到前方距离小于一定值（如 30 厘米）时，机器人小车停止前进，并向左或向右转一定角度，然后继续前进，如此循环，实现避障功能。
- 在演示过程中，教师一边讲解程序的逻辑思路，一边让学生观察机器人小车的运行情况，帮助学生更好地理解声波测距避障的实现过程。
2. 演示结束后，教师邀请几位学生上台，亲自操作机器人小车，体验声波测距避障的功能。同时，教师在旁边给予指导和提示，让学生更加深入地了解程序的运行机制。
（四）实践操作
1. 教师布置实践任务：学生以小组为单位，使用机器人编程软件和硬件设备，编写一个具有创意的声波测距避障程序，并进行调试和演示。
- 任务要求：
- 小组内成员分工合作，共同完成程序的编写和调试。
- 程序能够实现机器人在复杂环境中自主避障行驶，避障策略可以根据实际情况进行设计和优化。
- 在程序中添加一些个性化的元素，如显示机器人与障碍物之间的距离、发出不同的声音提示等。
- 教师为每个小组提供实验器材和相关的技术支持，鼓励学生积极发挥创新思维，大胆尝试。
2. 学生开始进行实践操作，小组内成员积极讨论，共同设计程序的算法和逻辑结构，并在编程软件中进行实现。在实践过程中，学生可能会遇到各种问题，如传感器读数不准确、机器人运动控制不流畅等。教师巡视各小组的进展情况，及时给予指导和帮助，引导学生分析问题的原因，并尝试通过调整程序代码或硬件连接来解决问题。
（五）小组展示与交流
1. 各小组完成实践任务后，推选一名代表进行作品展示和讲解。展示内容包括小组设计的声波测距避障程序的功能特点、实现思路、创意亮点以及在实践过程中遇到的问题和解决方法等。
- 在展示过程中，其他小组的同学认真倾听，并可以随时提出问题和建议。展示小组的代表要能够清晰地阐述自己小组的设计理念和编程思路，回答其他同学的提问。
2. 所有小组展示结束后，组织学生进行交流和评价。评价方式采用小组自评、小组互评和教师评价相结合的方式。评价内容包括程序的功能实现、创新性、稳定性、代码规范性以及小组团队协作能力等方面。
- 教师根据学生的评价结果，对每个小组的作品进行总结和点评，肯定各小组的优点和成绩，同时也指出存在的问题和不足之处，并提出改进的建议和方向。通过小组展示与交流，让学生相互学习、相互启发，拓宽学生的思维和视野，进一步提高学生的编程能力和创新能力。
（六）课堂总结
1. 教师与学生一起回顾本节课所学的主要内容，包括声波测距的原理、超声波传感器的使用方法、如何编写程序实现机器人的声波测距避障功能等。
2. 总结学生在本节课中的表现，表扬学生在实践操作和小组合作中所表现出的积极态度和创新精神，同时也鼓励学生在今后的学习中继续保持对信息技术的热爱和探索精神，不断提高自己的信息技术素养。
（七）拓展延伸
1. 教师提出一些拓展性的问题，引导学生进一步思考声波测距避障技术的应用和发展：“除了在机器人领域，声波测距避障技术还可以应用在哪些方面？”“如果要提高声波测距的精度和可靠性，你有什么好的方法和建议？”鼓励学生课后进行深入思考和探究。
2. 布置课后拓展任务：让学生查阅相关资料，了解其他类型的传感器（如激光传感器、红外传感器等）在测距和避障中的应用，并比较它们与超声波传感器的优缺点。