1、搭建巡逻机器人 教学内容分析教学内容分析 本节课教材主要介绍利用巡线传感器（即光电传感器、光线传感器、灰度传感器等）来 设计一种能识别道路，沿着事先规划好的线路行走的机器人，完成机器人自动巡逻等任务。 每个麦昆机器人小车的底部都装有两个巡线传感器，就像机器人的眼睛，能识别道路，指引 机器人沿着黑线前进。 机器人巡线的算法与使用机器人底部传感器的数量有关。本节课主要介绍单巡线 传感器巡线和双巡线传感器巡线的工作原理。教学时应提醒学生，单巡线传感器巡线 时，只要用到其中任意一个巡线传感器，测试时被用到的巡线传感器应放于黑线的上 方。双巡线传感器巡线时，用到两个巡线传感器，测试时小车应放于黑线的中间
2、，黑 线的粗细对程序的编写和调试是有影响的。本教材的范例，黑线的宽度应不超过两个 巡线传感器之间的距离差为佳。 本课学习机器人巡线原理。学习本课内容有助于培养学生深入了解机器人，进一 步构建机器人知识体系。 教学对象分析教学对象分析 机器人巡线是智能机器人中最为基本的任务之一，很多青少年机器人比赛都要求机器 人有巡线的功能。这是一个全新的知识领域，内容比较难理解，实验又极具挑战性。八年级 的学生活泼、好动、好奇心强、易于接受新事物，教师要创设教学情景，充分调动他们的学 习兴趣。通过搭建比赛场地，用比赛活动活跃课堂气氛，激发学生参与的热情，鼓励学生迎 难而上，不抛弃，不放弃，在比赛中完成课堂任务
3、。 通过本课学习，能帮助学生理解机器人单巡线和双巡线的工作原理，学会用程 序控制机器人完成更多的任务。 教学目标教学目标 1巡线传感器的工作原理。 2应用巡线传感器判断路况。 3单巡线传感器巡线的工作原理。 4双巡线传感器巡线的工作原理。 5机器人巡线任务的设计与完成。 教学重点和难点教学重点和难点 1教学重点。 单、双巡线传感器巡线的工作原理。 2. 教学难点。 机器人巡线任务的设计与完成。 教学方法教学方法 1比较观察法：通过播放巡线机器人 安保巡逻机器人等视频，让学生了 解什么是巡线机器人。 2讲授法：讲述巡线传感器巡线的工作原理。 3任务驱动法：实施分层次的任务教学法，保证全体学生都能
4、在有限的时间内 完成简单任务，学有余力的学生完成要求层次高的任务。 4交流、评价法：展示学生的活动成果，鼓励学生参与评价。 5比赛法：组织学生参与课堂比赛，激发学生斗志 教学准备教学准备 1教学环境：计算机网络教室、互联网环境、转播控制系统。 2资源准备：资源包（视频： 巡逻机器人 巡线机器人 安保巡逻机器人 ） ， 有关开源硬件应用的文字资料、各种源硬件图片、课件、学生作品模板等。 3验器材准备：麦昆机器人若干台（含超声波传感器） ，数据线若干条，巡线场 地图一张。 教学过程教学过程 第第 1 1 课时课时 教学环节教学环节教师活动教师活动学生活动学生活动设计意图设计意图 创设情境， 导入新
5、课 1.播放视频： 巡逻机器人 巡线 机器人 安保巡逻机器人 。 2提问；巡逻机器人和救援机器 人有什么区别？救援机器人通过超声波 传感器避障，但走路方向很难控制。而 巡逻机器人能够自动按照指定线路行 走，行走方向明确。 3请小组长分发机器人套件和测 试场地。引导学生找到并观察麦昆小车 底部巡线传感器。 观看视频，了 解巡线机器人。 对比两种机器 人，回答问题。 领取机器人套 件，观察巡线传感 器特征。 通 过 视 频 导 人，创设情境，为 后续的主题学习做 好铺垫，并突出本 节课的知识点。 认识巡线传 感器 1展示并讲解巡线传感器图片，巡 线传感器一般装在机器人小车下方，一 辆小车可能有几个
6、，距离地面约为 1 厘 米，每个巡线传感器有一个红外发射器 和一个红外接收器。 2讲解巡线传感器的原理。深色反 射弱，浅色反射强。当地面为黑色或深 色时，红外线会被吸收或无法被反射， 导致接收器接收不到红外信号，传感器 输出数值为 0；当地面为白色或浅色 时，红外线会被反射，接收器接收到红 外信号，传感器输出数值为 1。 认真倾听，观 察巡线传感器的特 征。 认真倾听。 教师通过课件 展示巡线传感器， 让学生对巡线传感 器有感性的认识， 提高辨别能力。 通 过 教 师 讲 解，让学生对巡线 传感器的工作原理 有初步的了解。 动 手 实 践 1 ： 连 接 与 调试巡线传 感器 1引导学生连接设
7、备，放好实验场 地，进行传感器测试。找到麦昆小车底 部标注为 Line-L P13 的巡线传感器，把 它准确地安放在场地的黑线上方，按照 教材 P52 的方法，编写程序。正常情 况，在黑线上时，LED 显示 0，不在黑线 上时，LED 显示 1。 2 换 另 一 个 传 感 器 （ Line-R P14） ，重复上面操作。提醒学生，如果 数值都没有变化，说明传感器可能有问 题，应报告老师更换。 在教师的引导 下，动手按照教材 的方法，测试左边 巡线传感器。 动手测试右边 的巡线传感器。 教 师 引 导 学 生，养成良好的编 程习惯：每拿到一 种新的传感器，都 要编写一个简单的 程序进行功能性测
8、 试。 动 手 实 践 2 ： 设 计 单 巡线传感器 的巡逻机器 人 1介绍单巡线传感器的原理。展示 单巡线原理图，用左右巡线传感器中的 任何一个控制机器人自动巡线前进，不 脱离黑线所在的区域。当巡线传感器检 测到黑线的时候，左电机以一定速度转 动，右电机停止不动或以明显低于左电 机的速度转动；当巡线传感器未检测到 黑线的时候，右电机以一定速度转动， 左电机停止不动或以明显低于右电机的 速度转动。 2按照教材 P53 的程序，边演示边 讲解程序的算法。 3在讲台附近，可以用黑色的胶布 设置一个比较大的场地，让测试完的学 生在这个场地上比赛，看谁的小车走得 又快又稳。 观看课件，倾 听讲解。
9、观看演示倾听 讲解，模仿操作。 以小组为单位 在比赛场地上调， 出现问题，讨论解 决。 教师先讲解单 巡线的原理，再配 合演示讲解，帮助 学生理解程序。 通过比赛，激 发学生学习兴趣， 促进学生合作探 究，活跃课堂气 氛。 实践创新 1布置任务：上面所搭建的巡线机 器人虽然能实现自动前进，但遇到障碍 时不会自动停止，请结合超声波传感 器、LED 灯等器件让巡逻机器人遇到障 碍时会自动停止。 2请组长回收机器人套件，整理清 点。 以小组为单 位，交流讨论，学 会组合程序，完成 任务。 整理实验器材。 学生充分利用 已学到的知识，完 成任务，提高知识 的综合运用能力。 第第 2 2 课时课时 教学
10、反思方向教学反思方向 1视频中的巡线机器人能否引导学生充分认识巡线传感器的作用，激发学生的学习兴 趣。 2学生是否能理解单巡线传感器巡线的工作原理。 3学生是否能理解双巡线传感器巡线的工作原理。 4 学生是否能理解并完成教材中的范例编程。 教学环节教学环节教师活动教师活动学生活动学生活动设计意图设计意图 知识回顾， 导人课程 1演示、讲解单巡线机器人的工 作原理，编写单巡线机器人的完整程 序。提问：单巡线机器人走起路来有什 么特点？ 2引导学生交流讨论：如何让机 器人走路更流畅一点。 3请组长分发机器人小车和测试 场地。 倾听讲解，观 看 演 示 ， 回 顾 知 识，回答问题。交 流 讨 论
11、， 踊 跃 发 言。 领取实验器材。 回顾上一节课 的知识，为这节课 做准备，同时自然 而然地引出这节课 的内容。 动手实践： 设计双巡线 传感器的巡 逻机器人 1引导学生阅读教材 P55，展示 双巡线机器人的巡线图片，根据可能出 现的四种情景，分析巡线原理。 （1）两个传感器都识别到黑色， 说明机器人可以前进。 （2）左边传感器识别到白色，右 边传感器识别到黑色，说明机器人需要 右转。 （3）右边传感器识别到白色，左 边传感器识别到黑色，说明机器人需要 左转。 （4）左边右边传感器都识别到白 色，停止。 2连接设备，打开 Mind平台， 按照教材 P5759 的操作提示，编程 调试。引导学生
12、对比单巡线机器人和双 巡线机器人的行走原理。 学生先阅读材 料，再倾听教师讲 解，理解双巡线的 原理。 以小组为单位 动手编程。根据场 地修改程序，让机 器人走得更顺畅一 点。 先学后教，让 学生感知知识，有 助于培养学生发现 问题、提出问题、 解决问题的能力， 在解决问题的过程 中掌握操作技巧。 学生通过编程 实践，不断调试， 提高解决实际问题 的能力。 实践创新 1布置任务：结合现有的传感器 （超声波传感器、声波传感器、温度传 感器）进一步提升巡逻机器人的巡逻功 能。 2请组长回收设备，清单整理。 以 小 组 为 单 位，交流讨论，学 会编写程序，完成 任务。 学生充分利用 已学到的知识，完 成任务，提高知识 的综合运用能力。 55
