1、 1 开源机器人初体验 一、设计思想一、设计思想 21 世纪，信息技术迅猛发展，中小学信息技术教育更显重要。特别是广东沿海地区， 中小学生信息技术能力得到非常大的提升，原有教材难以满足学生学习的需求。基于这种 情况，我校推出了基于 MBLOCK 编程的信息技术课程。 mBot 是 MakeBlock 推出的一个低门槛的教育机器人，非常适合初学者学习 STEM(科 学，技术， 工程学，数学)领域的知识，亲身体验机械学，控制系统以及计算机科学的魅 力。 mBot 是基于 Arduino 的机器人，Arduino 是开源的电子原型平台，近年来在全球范围 受到广泛关注。人们使用它便可以快速启动一个项目
2、。Arduino 具有很强的扩展性，因此 对于初学者而言，使用 Arduino 进行学习便是不二之选。 mBot 教育机器人的控制程序是 mblock 的编程软件， 它是基于 Scratch 修改的、 Scratch 2.0 作为一款简易图形编程软件，深受教师和学生的喜爱。可以说，它是最简单、易操作 的图形编程工具。同时，它有两个版本，一个版本是在 WINDOWS 电脑端运行，适合制 作游戏、动画类等在电脑端的程序；另一个版本在安卓平板电脑上运行，适合制作动手创 作、现场竞赛类的程序，运行场地更大，程序效果更直观。本课针对学习在安卓平板电脑 上开展教学活动，加强学生的动手编程能力。 本课采用自
3、主学习网站为辅助教学，在云教室下利用 FORCLASS 管控学生平板、实 时统计学生练习情况，教学过程中利用畅言同屏技术，实现教师平板示例演示实时投屏到 大屏幕，学生使用平板蓝牙连接并操控机器人进行学习体验，并在学案中记录机器人移动 的数据以及记录学习过程的问题和解决方法。 最后通过平板拍照把学案中探究的结果上传 到学习网站进行学生学习档案归档。 二、教材分析二、教材分析 本课属于校本特色课程 MBlock 编程的第二课时，是 mBlock 编程初级入门课，第一 课时是拼装机器人，通过本课的学习，为学生学习其他编程模块打下良好的基础。 本节课主要内容是，掌握机器人与安卓平板电脑连接的方法。学会
4、使用平板图形化编 程工具完成程序编写， 成功移动机器人， 掌握运动指令， 实现让机器人运包裹的情境游戏。 三、学生分析三、学生分析 本节课的教学对象是七年级的学生，他们思维活跃，好奇自信，但自控能力较差。而 信息技术教学活动要求学生要有较高的自觉性和良好的学习习惯， 才能完成规定的学习任 务。 七年级的学生，在数学的学习中，已经培养了一定的逻辑思维能力，他们具备操作计 算机的一般技能和一定的自学能力，能以小组合作的方式完成具有创意的任务。本课是 mBlock 编程初级入门课，对于已经具备以上技能的七年级学生来说，学习本课内容即使 没有任何编程基础也不成问题。 七年级学生的学习认知规律是：由表及
5、里，由感性到理性，由具体到抽象，由理解到 应用。本课例的教学内容中，第一步是让 mBot 机器人与平板连接，赋予机器人生命；第 二步是通过测算机器人移动数据，清晰精确移动机器人的操控方法。第三步是让机器人实 现较高难度的移动运送快递。学生需要借助教学网站指导、教师点拨，逐步了解、直至掌 握。 学生学习经历三个过程：一是乐学，二是会学，三是善学。因此，本课例根据教学目 2 标，把机器人编程由浅入深的设计到各个“任务”中。让学生在解决问题中学习，在新、 旧知识所产生的认知冲突中建构新的多媒体技术知识结构。 四、教学目标四、教学目标 （一）知识与技能 1.了解机器人的基本特征，掌握机器人与平板连接的
6、方法。 2.学会使用 mBlock 软件成功激活机器人，实现机器人的移动。 3.掌握顺序编程结构，实现机器人的精准移动。 4.了解程序流程图，为以后的学习编程算法打下基础。 （二）过程与方法 1.通过畅言同屏实时大屏演示平板与机器人连接方法， 让学生直观清晰掌握相关知识。 2.通过测算机器人移动数据的探究任务，为机器人的精准移动打下基础。 3.通过实现机器人运包裹，让学生感受对机器人编程的乐趣。 4.通过学习网站资料与学案，让学生在课堂中学会小组合作和交流，在提高学生自主 学习能力的同时，提高学生团队合作的精神。 （三）情感态度与价值观 .体验计算机顺序执行语句的工作方式，并为他们以后学习字符
7、化编程打下基础。 .初步体验机器人的编程控制，激发学生对机器人学习的热爱和学习积极性。 .强化学生的动手能力和探究能力。 五、教学重难点。五、教学重难点。 （一）教学重点： 通过对机器人编程，实现让机器人运包裹游戏闯关任务。 （二）教学难点： 利用安卓平板对机器人的精确移动控制。 六、六、教学策略与手段教学策略与手段 本课教学内容涉及到编程，还有硬件的使用，具有一定的难度。因此，本课主要使用 以下教学策略与手段： 1.利用学生对机器人高度兴趣进行引入。 2.以游戏教学法和任务驱动法相结合进行教学。 3.借助教学网站及学案对学生的学习提供有效帮助。 4.学生以自主学习、小组合作的形式，完成本课内
8、容的学习。 七、课前准备七、课前准备 （一）教学环境的选择 3 本课例选择在粤教云教室进行教学活动。 （二）硬件资源的选择 安卓平板电脑、MBOT 机器人及小配件、装有自主学习网站的服务器、投影仪等。 （三）软件资源的选择 系统软件：Windows 系统、自主研发的学习网站 应用软件：基于安卓平板的机器人编程软件 教学资源：学习网站，FORCLASS，畅言同屏 八、课时设计八、课时设计 本课例的课时设计为 1 课时（45 分钟） 。 九、教学过程设计九、教学过程设计 环节环节 教师活动教师活动 学生活动学生活动 设计意图设计意图 课前准备 分配学习小组， 准备学案， 辅助教 具纸（用于制作快递
9、物品） ，平板电 脑，机器人 在教师引导下， 学生之间推选 出小组长。 在平 板上登录网站， FORCLASS 帐号 保证组内协作 和组间竞争能 顺利进行 以情激趣 （3 分钟） 一、您知道吗？ 引入概念： 什么是机器人？机器人 （Robot） 是自动执行工作的机器装置。 它既可以接受人类指挥， 又可以运行预 先编排的程序， 也可以根据以人工智能 技术制定的原则纲领行动。 它的任务是 协助或取代人类工作的工作， 例如生产 业、建筑业，或是危险的工作。 学生回答问题 通过问题，为 引入课题作铺 垫，让学生了 解机器人相关 概念。 二、机器人能做什么？，播放快递小 黄人视频 。激发学生学习兴趣，引
10、入 课题： 我让机器人送包裹 学生观看、思 考， 与教师互动 创设情境，激 发学生兴趣， 引入课题 4 环节环节 教师活动教师活动 学生活动学生活动 设计意图设计意图 探究任务一： 我让机器人 动起来 （9 分钟） 布置任务一要求，进行示例演示： 我给机器人生命， 利用畅言同屏进 行任务前演示。 平板与机器人连接， 激 活机器人， 使用移动指令， 让机器人动 起来，介绍前进指令的三个参数。 明确学习目标， 进入教学主题。 通过观看现场 演示学会连接 方法。 同屏播放，学 生清晰观看教 师演示。 学生完成任务一过程： 教师巡视， 解决学生在连接机器人 过程中也现的软硬件问题。 使用平板操作 连接
11、机器人， 让 机器人动起来。 学生自主探究， 完成任务 学习网站辅助 教学，培养学 生获取信息的 能力和观察能 力 和 动 手 能 力。 任务一小结： 小结回顾连接方法及指令， 巩固知 识点。 学生回顾并巩 固连接知识点。 加深连接方法 的印象。 探究 任务二： “我”“我” 能走多远（10 分钟） 布置说明任务二要求： 利用学案上印好的刻度尺对机器 人在不同速度下的前进距离进行测量， 以及在不同速度下转向 90 度，180 度 的用时进行测算， 并记录在学案的表格 上，在 FORCLASS 的互动环节上记录数 据，方便教师汇总点评。 学生听讲， 了解 任务二具体要 求。 思考任务二 的操作探
12、究方 法。 明确任务二要 求 学生完成探究任务二过程 教师巡视， 给学生提示如何测量数 据， 并利用平板录像拍照功能记录学生 操作，用于即场同屏投屏问题，提示解 决问题方法。 学生使用平板 测算相关数据 并分别记录在 学案和 FORCLASS 上。 通过本探究任 务直观了解机 器人的运行状 况，便于下一 任务的开展。 小结任务二： 通过平板回看学生测算数据方法， 通过 FORCLASS 实时统计学生测算数 据，分析测算数据差异原因。 学生分析测算 数据。 检验学生探究 方法，提升学 生动手探究能 力。 环节环节 教师活动教师活动 学生活动学生活动 设计意图设计意图 5 游戏闯关：一 起来运包裹
13、 （1分钟） 游戏场地、设备、规则说明： 1. 演示用准备好的辅助用纸制作简易 快递包裹。 2. 利用畅言同屏演示游戏场地及机器 人、包裹的位置。 3. 利用微课演示机器人移动运行要 求。 4. 介绍游戏规则：机器人从起点移动 接收快递，并转向，把快递送回起 点。 专心听讲， 明确 游戏规则。 明 确 游 戏 规 则，通过游戏 闯关，激发学 生动手兴趣。 游戏闯关探究过程： 教师巡视，为学生答疑，利用平板 拍录功能记录学习过程中的问题或成 功案例，便于对普遍问题实时讲解。 学生探究， 小组 合作完成游戏 闯关任务。 通 过 游 戏 闯 关，激发学生 动手兴趣。从 中学习顺序编 程方法，灵活 掌
14、握运动模块 指令 游戏闯关总 决赛并点评 小结（分 钟） 教师录像，查看各小组完成情况， 为各小组进成游戏考核。鼓励学生，并 对小组竞赛过程与成果点评小结。 集体按游戏规 则布置设备场 地，统一竞赛。 检验小组的学 习成果。 拓展知识：流 程图简介（ 分钟） 以游戏中机器人程序为例， 简要介绍程 序流程图的概念、作用、意义。 学生留心听老 师分析程序原 理， 了解编程技 巧。 通过流程图的 介绍，为学生 之后的编程算 法思考打下基 础，使学生学 会如何利用流 程图分析问题 并设计出程序 流程。 作业评价（ 分钟） .让学生完成在学案中未完成的问 答；进行自我评价。 .指导学生把学案提交到学习网
15、站的 个人学习档案； . 学生完成在学 案中未完成的 问答；利用平 板的拍照功能 提交学案到学 生个人学习档 案； 让学生记录本 课测算数据， 本课的问题及 解决方法。为 本课留存个人 学习信息，方 便之后的学习 回顾。 结束总结 （2 分钟） 请掌握得比较好的几位同学谈谈本节 课的收获。总结本课知识，鼓励并表扬 学生本课学习过程表现。 学生谈收获 对所学知识进 行梳理 十、教学流程图设计十、教学流程图设计 6 图图 符符 说说 明明 课前准备课前准备 网络网络 探究探究任务一：让机器人动任务一：让机器人动 起来起来（9 分钟分钟） 网络网络 探究探究任务二：任务二： “我”“我”能走多能走多
16、 远远（1010 分分钟钟） 巡视、指导、调控课堂秩序，巡视、指导、调控课堂秩序， 及时发现并表扬学生在学习、及时发现并表扬学生在学习、 创作过程中的亮点，指导学生创作过程中的亮点，指导学生 在创作过程中发现问题，帮助在创作过程中发现问题，帮助 学生分析并解决问题。学生分析并解决问题。 以情激趣，以情激趣，为引入课题作铺垫为引入课题作铺垫（3 分钟）分钟） 网络网络 游戏总游戏总决赛决赛（3 分钟）分钟） 网络网络 游戏闯关：游戏闯关：我让机器人运我让机器人运 包裹包裹（1212 分钟）分钟） 分钟）闯一闯分钟）闯一闯：编程实现编程实现 2 2 结束结束 网络网络 顺顺序结序结构流程构流程图简
17、介图简介（3 3 分分 钟）钟） 网络网络 完完成学案成学案并并总结总结（5 分钟）分钟） 7 十一、学生十一、学生学案设计学案设计 我让机器人运包裹学案 .你的小组是第 组？ .小组的组名是 ？ .小组的成员姓名分别是 ？ .请通过学习任务完成以下表格： 机器人速度 秒前进的距离 （厘米） 左转或右转 90 度所 用的时间（秒） 左转或右转 180 度所 用的时间（秒） 100 150 255 .在完成以上表格任务时，有什么因素会导致不同小组的数据不同？ .在完成闯关过程中，遇到了什么问题？是如何解决的？ .在完成闯关过程中，有什么是可以改善的？可以加快完成进度的？ .你觉得你们小组的机器人可以增加什么，成为有小组特色的机器人？
