1.2《安防机器人的方案设计》教学设计 2022—2023学年川教版（2019）初中信息技术九年级下册

九年级下册信息技术教学设计 课题 第2节《安防机器人的方案设计》 单元 一单元 学科 信息技术 年级 九年级 学习 目标 知识与技能： 1、了解安防机器人的工作特点。 2、学会设计中小学教育机器人的一般方法。 3、掌握超声波传感器、红外循迹传感器的工作原理。 过程与方法： 通过讲解，了解安防机器人的工作特点；通过探索实践，学会设计中小学教育机器人的一般方法；通过小组合作，掌握超声波传感器、红外循迹传感器的工作原理。 情感、态度与价值观： 拓展学生知识面，提高学生生活实践应用能力和信息素养，使学生乐于使用信息技术解决生活中的问题。培养学生的计算机思维和自主探究、小组合作能力。培养孩子们的动手操作能力。提升信息素养和创新能力。了解机器人的基础知识，掌握Mixly编程工具和Arduino UNO开发板的基本应用 重点 了解安防机器人的工作特点；学会设计中小学教育机器人的一般方法。 难点 掌握超声波传感器、红外循迹传感器的工作原理。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 教学设计 教学设计 教学设计 一、新课导入 城市安防机器人不问断巡逻在未来城市的道路上，其因“定线”与“不定向”相结合的巡逻特点，具有更好的机动性和安全性。 安防机器人是如何按照管理员设定的路线做 “定线巡逻”的，又是如何实现 “不定向巡逻”的？ 二、新知学习 （一）、分析项目 为了探究城市安防机器人“定线不定向”的工作方式，欢欢小组提出利用交叉路口的多向性，实现 〝不定向〞巡逻的方案，利用中小学教育机器人的开发软件与硬件，设计并制作一台机器人小车，以模拟安防机器人的巡逻场景，如图1-2-1所示。 为此，欢欢小组需要完成以下两项任务： 一是选择和使用传感器，循着黑线做 “定线”巡逻，以及机器人遇到路口的不同情形时，作出“不定向”选择；二是选择和使用传感器，检测障碍物，并发出警示。 任务一： 观察巡逻路线，有多少种交叉路口？每一种交叉路口，机器人小车有多少路线可以选择？ （二）、确定方案 1、确定机器人小车的外形及驱动方案 为了实现巡逻功能，欢欢小组确定了由两个电机作为驱动的四轮机器人小车方案，并通过橡皮筋实现前后轮同步运转，如图1-2-2所示。 2、确定“定线”方案 欢欢确定在城市安防机器人小车前端，安装3组红外循迹传感器，作为“眼睛”。通过红外循迹传感器检测场地上黑色线条，来判断机器人小车是否偏离路线或是否需要转向，方案如图1-2-3所示。 任务二： 当只有中间的红外循迹传感器检测到黑线时，机器人小车保持直线行驶，其他情况表明机器人小车发生偏离，需要调整方向，据此，完成表1-2-1。 3、确定“不定向”方案 城市安防机器人小车在循迹运行过程中，会遇到不同的路口，可以利用交叉路口的多向性，随机选择方向，实现“不定向巡逻”，欢欢小组对交叉路口进行了分类，提出了相应的解决方案，如图1-2-4所示。 （1）通过传感器循着黑线行驶。 （2）遇到“”形路口时，循着黑线转弯方向转弯行驶。 （3）遇到“”形路口时，随机选择左转或右转行驶。 （4）遇到“十”形路口时，随机选择直行、左转或右转行驶。 思考：机器人小车如何利用3组红外循迹传感器区分不同路口？ 4、确定遇障碍时的警示方案 （1）路线（黑线）任意位置放置16×16×16cm3方块模拟“障碍物”。 （2）机器人小车通过传感器检测到前方有障碍物时，自动停车。 （3）通过不断闪烁警示“LED灯”，提示工作人员，直到障碍物被移除。 （三）、技术选型 1、编程工具的选择 Mixly（米思齐）是一款中小学教育机器人常用的图形化编程软件，支持Arduino, MieroPython， Python等编程语言。我们可以通过拼接图形化代码模块的方式来编写程序。 小提示： Mixly（米思齐）的下载与安装请到“米思齐”官网下载对应的Mixly版本的压缩包，解压到本地磁盘。在“Mixly文件夹”中点击图标，就能运行Mixly，其起始界面如图1-2-5所示。 2、控制器的选择 控制器选择中小学教育机器人常用的Arduino UNo开发板（本教材统称Arduino控制器），上面搭载了包含14个输人/输出数字信号、6个模拟信号输人、电源输人、USB连接等用于开发的端口或接口，如图1-2-6所示。 3、传感器的选择 （1）红外循迹传感器 红外循迹传感器是集红外发射和红外接收于一体的红外传感器，发射出的红外光遇到不同颜色的物体时，会不同程度地被吸收。当低于接收域值时，就输出高电平，反之则输出低电平，其工作原理如图1-2-7所示。 （2）超声波传感器 超声波传感器一般有两个探头，一个是超声波发射端，一个是超声波接收端。其工作原理是利用超声波碰到障碍物会产生显著的反射，形成反射回波，通过公式s=(34