第15课 无人机创意飞行 教学设计 -2025-2026学年浙教版（2023）初中信息科技九年级全册

《无人机创意飞行》教案 学科 初中信息技术 年级册别 九年级全册 共1课时 教材 浙教版 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本课是浙教版九年级第三单元“智能预测与无人机飞行”的第15课，聚焦于无人机的创意飞行设计。内容以真实情境为依托，引导学生通过编程实现无人机在虚拟环境中的轨迹规划、动态路径生成和多任务协同飞行，融合了算法思维、逻辑推理与智能控制技术，体现了信息科技课程中“数字化学习与创新”与“计算思维”的核心素养要求。教材通过“任务驱动+案例导入”的方式，设置从基础路径绘制到复杂场景模拟的递进式学习任务，帮助学生建立从“感知—理解—应用—创造”的完整认知链条。 学情分析 九年级学生已具备一定的编程基础，熟悉图形化编程工具（如Scratch或Blockly），能完成简单程序结构的搭建。在前期学习中接触过传感器数据处理与自动化控制概念，对无人机飞行已有初步兴趣。但多数学生缺乏对飞行路径建模与空间坐标系统一性理解，容易出现轨迹偏移、方向错乱等问题。部分学生存在畏难情绪，尤其面对抽象的空间运动逻辑时易产生挫败感。教师需借助具象化的教学案例（如校园巡检、节日灯光秀）降低认知门槛，通过小组协作、分步示范、即时反馈机制激发学习动机，强化“试错—优化—再试”的探究意识。 课时教学目标 信息意识 1. 能识别无人机飞行中涉及的关键数据变量（如坐标、角度、速度），并理解其在智能控制中的作用。 2. 能结合生活场景判断无人机是否适合执行某项任务，形成合理使用智能设备的意识。 计算思维 1. 能将复杂的飞行路径拆解为若干基本动作序列，构建可复用的模块化飞行指令集。 2. 能通过调试参数优化飞行轨迹，体现“问题—假设—验证—调整”的迭代思维过程。 数字化学习与创新 1. 能利用图形化编程平台自主设计具有创意的无人机飞行方案，并进行可视化呈现。 2. 能在小组内提出改进意见，共同完善飞行脚本，展现协作创新能力。 信息社会责任 1. 能在飞行设计中考虑安全边界，避免设定可能引发碰撞或失控的危险路径。 2. 能在展示环节尊重他人成果，遵守课堂规则，践行数字公民责任。 教学重点、难点 重点 1. 掌握无人机飞行路径的基本控制逻辑：移动、转向、延时、循环等指令组合。 2. 能根据预设场景（如绕树飞行、穿越拱门）设计合理的坐标点序列并实现自动导航。 难点 1. 理解二维平面坐标系中“相对位置”与“绝对坐标”的转换关系，避免飞行偏差。 2. 在多任务飞行中协调多个动作顺序，防止指令冲突或执行混乱。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、合作探究法、讲授法、项目式学习 教具准备 无人机模拟软件、投影仪、平板电脑、教学课件、学生任务卡 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入，激发兴趣【5分钟】 一、故事引航：一场校园无人机护花行动 （一）、创设真实情境，讲述故事 清晨，校园里的一片樱花林因昨夜暴雨受损，花瓣散落遍地。学校决定启动“智慧护花计划”，派出一架微型无人机，每天清晨自动巡查花树状态，记录落叶情况，并在发现异常时发送预警信号。学生们被邀请担任“智能飞行设计师”，为这架无人机编写一套精准的飞行路线。 引导语：同学们，如果你们是这次任务的设计者，你们会怎么安排无人机的飞行路径？它应该从哪里起飞？要飞过哪些关键位置？怎样才能不撞到树枝又能拍清每一片花枝？ 提问1：你觉得无人机最需要避开什么障碍物？ 预设回答1：大树、电线、窗户、其他同学。 提问2：如果它只沿着一条直线飞，会不会漏掉某些区域？ 预设回答2：会，必须来回扫一遍才行。 小结：所以我们要设计一条有规律、覆盖全面、又不会出错的飞行路线——这就是我们今天要学习的“无人机创意飞行”！ 二、初识飞行指令，建立操作框架 （一）、展示模拟平台 教师打开无人机模拟软件，演示初始界面：一个二维网格地图，中心有一架无人机图标，旁边是积木式编程区。 引导语：我们来认识一下这个“飞行大脑”——它由一个个积木块组成，每个积木代表一个飞行命令。比如，“移动100步”会让无人机向前走100个单位，“旋转90度”会让它向右转一个直角。 出示第一个指令积木： 【移动100步】 【旋转90度】 【等待2秒】 【重复3次】 教师边操作边讲解： 1. 当点击“移动100步”时，无人机将沿着当前朝向前进100个单位，方向取决于上次旋转的角度。 2. “旋转90度”是逆时针转，若想顺时针转，则需输入-90度。 3. “等待2秒”用于让无人机在某个位置停留，便于拍照或观察。 4. “重复3次”是一个循环结构，可以批量执行一组动作，提高效率。 强调：所有指令必须按顺序排列，否则飞行逻辑就会乱套。 （二）、学生尝试简单飞行 分组发放任务卡1：“请用‘移动’‘旋转’‘等待’三个指令，让无人机完成一个正方形飞行。” 提示：正方形四条边相等，四个角都是90度，因此需要“移动→旋转90→移动→旋转90→移动→旋转90→移动→旋转90” 教师巡视指导，关注是否有学生遗漏旋转步骤或误用负值。 示例错误：学生把“旋转90”写成“旋转-90”，导致无人机往反方向转，画出的是倒三角形。 纠正方法：提醒学生注意“顺时针/逆时针”的定义，可用手势比划方向帮助记忆。 1. 观看视频，思考无人机应如何飞行。 2. 回答教师提问，说出自己的想法。 3. 观察模拟平台界面，了解各指令功能。 4. 小组合作，尝试搭建正方形飞行程序。 评价任务 指令理解：☆☆☆ 路径清晰：☆☆☆ 协作参与：☆☆☆ 设计意图 通过贴近生活的“护花行动”故事，激发学生的责任感与使命感，使抽象的编程指令具象化；借助正方形飞行这一经典练习，让学生在实践中掌握移动、转向、循环三大核心指令，建立初步的操作信心，同时培养团队协作能力。 任务驱动，深化实践【20分钟】 一、任务发布：设计“校园巡逻航线” （一）、明确任务目标 教师发放任务卡2，内容如下： 【任务名称】校园巡逻航线设计 【背景】学校计划启用无人机每日早晨对教学楼前广场、操场边缘、图书馆外墙进行例行检查，确保无安全隐患。 【要求】 1. 设计一条完整的飞行路径，包含至少5个关键检查点： - 检查点1：教学楼南侧入口处（坐标(0, 0)） - 检查点2：操场东端旗杆下（坐标(100, 50)） - 检查点3：图书馆北墙拐角（坐标(80, -60)） - 检查点4：行政楼西侧窗台（坐标(-40, -30)） - 检查点5：返回起点（坐标(0, 0)） 2. 每到达一个检查点，无人机需停留2秒进行“扫描”。 3. 整体飞行时间不得超过60秒。 4. 飞行过程中不得触碰任何障碍物（红色标记区域）。 5. 使用“循环”结构优化代码，减少重复指令。 教师强调：坐标系原点在地图中心，横轴为X，纵轴为Y，正值向右向上，负值向左向下。 提问：如果我们直接用“移动到(100, 50)”指令，会不会更快？ 预设回答：会，但我们需要先确定当前位置和方向，否则容易偏离。 教师补充：我们可以先用“移动到(100, 50)”实现快速定位，但要注意该指令依赖于当前坐标系的设定，建议配合“旋转”指令使用更稳妥。 （二）、小组合作，编程实施 1. 每组4人，分工明确：组长负责统筹，编程员负责拖拽积木，测试员负责运行程序，记录员负责填写飞行日志。 2. 教师提供参考模板： - 开始 → 移动到(0, 0) → 等待2秒 → 旋转90度 → 移动到(100, 50) → 等待2秒 → 旋转-45度 → 移动到(80, -60) → 等待2秒 → …… → 返回(0, 0) → 结束 3. 学生在平板上搭建程序，教师巡回指导，重点关注： - 是否正确使用坐标值？ - 是否遗漏等待指令？ - 是否出现坐标越界或路径交叉？ - 是否合理使用循环结构？ 4. 遇到问题时，鼓励学生自查：检查点是否对应正确？旋转角度是否准确？是否有拼写错误？ 5. 教师演示常见错误： - 错误1：将“移动到(100, 50)”误写为“移动100步”，导致无人机沿当前方向前行，无法抵达目标。 - 错误2：未设置旋转角度，导致无人机始终面向北方，无法转向下一个点。 - 错误3：使用“重复3次”但内部指令不完整，造成飞行中断。 - 纠正策略：建议学生采用“移动到”+“等待”+“旋转”三步法，逐步逼近目标点，提升准确性。 6. 成功完成的小组，可尝试添加“音效”或“灯光变化”增强表现力，如到达每个检查点时发出“叮咚”声或点亮红灯。 7. 教师随机抽取两组进行全班展示，分享设计思路与调试经验。 - 展示组1：我组用了“移动到”指令，因为这样可以直接跳到指定位置，节省时间。 - 展示组2：我们发现，如果不先旋转，无人机就一直朝前飞，所以我们加了“旋转90度”来修正方向。 - 教师点评：两位同学都抓住了关键点——方向控制和精准定位，值得肯定！ 1. 阅读任务卡，明确飞行目标与限制条件。 2. 小组讨论，制定飞行路线图。 3. 分工协作，搭建飞行程序。 4. 运行测试，发现问题并修改代码。 评价任务 路径合理：☆☆☆ 指令准确：☆☆☆ 团队协作：☆☆☆ 设计意图 以“校园巡逻”真实任务为载体，引导学生将数学坐标知识与编程实践深度融合，培养学生空间感知能力和逻辑推理能力；通过小组合作与展示交流，促进思维碰撞与经验共享，提升解决复杂问题的能力，真正实现“做中学、学中创”。 创意拓展，挑战升级【10分钟】 一、创意飞行挑战赛：灯光秀编排 （一）、发布新任务 教师宣布：“现在进入‘创意飞行挑战赛’阶段！” 任务卡3内容： 【任务名称】无人机灯光秀编排 【背景】学校即将举办科技节，拟用5架无人机在夜空组成“星辰大海”图案，象征梦想与探索精神。 【要求】 1. 每架无人机分配一个角色：星轨、光点、流星、星座、银河。 2. 设计一组同步飞行动画，使五架无人机在空中依次亮起灯光，形成动态星座图。 3. 使用“广播”指令实现多机协同，例如：当第一架无人机到达指定位置时，发送“开始发光”信号，其余四架接收到后立即执行相应动作。 4. 最终效果需持续15秒以上。 5. 鼓励加入音乐节奏匹配，如每敲击一次鼓点，就有一个无人机亮灯。 教师演示“广播”指令的使用： - 发送方：广播“开始发光” - 接收方：当接收到“开始发光”时，执行“点亮灯光”“移动到(20, 30)” 强调：广播是多机通信的核心机制，相当于“喊话”通知同伴。 提问：如果只有一架无人机发出了信号，其他四架没听见怎么办？ 预设回答：可能是没有设置接收指令，或者广播名称拼错了。 教师补充：一定要确保“接收广播”指令与“发送广播”名称完全一致，大小写也要相同。 （二）、小组挑战，自由创作 1. 学生自由组合，选择“灯光秀”主题，设计飞行剧本。 2. 教师提供创意灵感包： - 星座图：北斗七星、猎户座、天鹅座等。 - 动态效果：流星划过、星云扩散、光环旋转。 3. 鼓励学生发挥想象力，不限制具体形状，只要能体现“星空之美”即可。 4. 教师巡视，协助解决通信失败、同步不同步等问题。 5. 优秀作品将在班级大屏播放，评选“最具创意奖”“最佳协同奖”“最美光影奖”。 1. 听取挑战任务，理解多机协同原理。 2. 小组讨论，设计灯光秀方案。 3. 搭建多机通信程序，尝试同步飞行。 4. 演示作品，接受师生点评。 评价任务 创意独特：☆☆☆ 协同有效：☆☆☆ 表现流畅：☆☆☆ 设计意图 通过“灯光秀”这一高阶任务，引导学生突破单机控制思维，迈向多智能体协同系统认知，强化“信息传输—响应执行”的闭环逻辑；借助开放性创作激发想象力与审美表达，推动技术服务于艺术与情感，实现信息技术课程的跨学科融合价值。 总结反思，升华素养【5分钟】 一、课堂回顾与提炼 （一）、师生共议：我们学会了什么？ 教师引导学生回顾： 1. 今天我们学习了哪些飞行指令？（移动、旋转、等待、广播、循环） 2. 如何用坐标定位无人机的位置？ 3. 多架无人机如何协同工作？（靠广播指令） 4. 遇到问题时，我们是怎么解决的？（检查拼写、验证顺序、反复测试） （二）、升华主题：智能飞行的责任 教师提问：如果有一天，你设计的无人机飞到了别人家的屋顶上，该怎么办？ 预设回答：立即停止飞行，联系主人，道歉。 教师总结：我们不仅要会编程，更要懂规则、守底线。每一次飞行都应有边界意识，不能侵犯他人隐私，也不能危及公共安全。 引用一句名言：“科技是翅膀，责任是方向。”只有带着责任去飞行，才能飞得更高、更远。 二、布置延伸任务 （一）、课后作业：撰写飞行日记 要求：以“我的第一次无人机飞行设计”为题，写一篇不少于200字的日记。 内容包括： - 你设计了怎样的飞行路线？ - 遇到了哪些困难？如何克服？ - 你最自豪的一步是什么？ - 如果再来一次，你会怎么改进？ 教师鼓励：把你的心得记录下来，也许未来你就是一位真正的飞行工程师！ 1. 参与课堂总结，梳理所学知识点。 2. 思考智能飞行的社会责任问题。 3. 记录作业要求，准备课后撰写飞行日记。 评价任务 知识归纳：☆☆☆ 责任意识：☆☆☆ 反思深度：☆☆☆ 设计意图 通过总结与反思，帮助学生建构知识网络，实现从“操作技能”到“思维品质”再到“价值引领”的跃迁；通过飞行日记写作，引导学生内化学习经历，发展自我认知与成长型思维，落实信息社会责任教育。 作业设计 一、基础巩固：填空题 1. 在无人机编程中，使用________指令可以让无人机沿当前方向前进指定距离。 2. 要让无人机向右转90度，应输入旋转角度为________。 3. 若希望无人机在某个地点停留3秒，应使用________指令。 4. 多架无人机之间通过________指令实现信息传递。 5. 无人机的坐标系中，原点位于地图的________位置。 二、实践应用：编程任务 请使用图形化编程平台，设计一段程序，让无人机完成以下动作： 1. 从坐标(0, 0)出发，向右移动100单位。 2. 向上旋转90度，再向前移动80单位。 3. 向左旋转90度，再向前移动100单位。 4. 向下旋转90度，最后返回起点。 5. 每到达一个点，停留1秒，并播放一次“滴”声。 6. 整个过程用“重复”结构优化代码，使程序简洁高效。 三、拓展思考：情景判断 判断下列行为是否符合信息社会责任规范，并说明理由： 1. 未经允许，操控无人机飞越邻居家院子拍照。 2. 在飞行程序中设定一条穿过人群密集区的路线，只为追求视觉效果。 3. 将自己设计的飞行脚本上传至网络，供他人免费下载使用。 4. 在飞行过程中，故意干扰其他同学的无人机运行。 四、创意挑战：设计你的飞行故事 请为你的无人机设计一个专属飞行任务，例如：“夜间搜救犬救援行动”“城市绿化巡检计划”“太空站补给运输模拟”。 要求： 1. 写出任务背景与目标。 2. 绘制飞行路线草图（可用文字描述坐标点顺序）。 3. 列出所需使用的编程指令清单。 4. 说明你如何保证飞行的安全性与有效性。 【答案解析】 一、基础巩固：填空题 1. 移动 2. 90 3. 等待 4. 广播 5. 中心 二、实践应用：编程任务 参考程序结构： 开始 → 移动100步 → 等待1秒 → 播放声音 → 旋转90度 → 移动80步 → 等待1秒 → 播放声音 → 旋转90度 → 移动100步 → 等待1秒 → 播放声音 → 旋转90度 → 移动100步 → 等待1秒 → 播放声音 → 结束 （注：也可用“移动到”指令替代多次移动，提升精度） 三、拓展思考：情景判断 1. 不符合。侵犯他人隐私，违反法律法规。 2. 不符合。存在安全隐患，可能造成意外伤害。 3. 符合。开源共享是数字时代美德，但需注明原创来源。 4. 不符合。干扰他人设备属于不良行为，破坏公平竞争环境。 四、创意挑战：设计你的飞行故事 示例答案： 任务名称：城市绿化巡检计划 背景：城市绿化部门希望定期检查公园树木健康状况，避免病虫害蔓延。 路线：从公园南门(0, -50)出发 → 东侧林带(80, -50) → 中心湖畔(50, 0) → 北部花园(0, 60) → 返回起点。 指令：移动、旋转、等待、广播（与其他无人机协同）、检测传感器（模拟）。 安全措施：设定飞行高度上限为30米，避开人群与高压线；设置紧急返航按钮。 板书设计 无人机创意飞行 核心指令： 移动 ▶ 旋转 ▶ 等待 ▶ 广播（多机协同） 坐标系统： X轴（左右）｜Y轴（上下） 三步法： 1. 定位 → 2. 转向 → 3. 执行 安全准则： 不侵入私人空间，不干扰他人，不超限飞行 创意无限，责任同行 教学反思 成功之处 1. 以“护花行动”为真实情境，有效激发学生学习动机，课堂参与度高。 2. 通过“正方形飞行—校园巡逻—灯光秀”三级任务梯度，实现知识螺旋上升，学生能力稳步提升。 3. 多机协同任务设计新颖，极大调动了学生创造力与协作热情，部分小组甚至实现了音乐同步飞行。 不足之处 1. 部分学生对坐标系理解仍较模糊，个别小组在“移动到(80, -60)”时出现方向错乱，需加强几何直观训练。 2. 广播指令使用初期存在命名不一致问题，后续应增加“命名规范”微课讲解。 3. 课堂时间略紧，部分小组未能充分展示作品，下次可预留10分钟用于成果展演与互评。 学科网（北京）股份有限公司 $