邵媛

學科核心素養(yǎng)

①能夠根據(jù)實際問題，自覺主動地尋求恰當?shù)姆椒ǐ@取信息、分析信息、處理信息，增強信息的敏感性。（信息意識）

②在實踐活動中采用計算機的學科研究方法描述問題、抽象特征、建立系統(tǒng)化和模塊化的結(jié)構(gòu)模型，并與數(shù)據(jù)建立邏輯關系;通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案。（計算思維）

③理解數(shù)字化學習系統(tǒng)的工作原理，主動利用數(shù)字化學習資源和學習工具開展自主學習、協(xié)作學習，實現(xiàn)思維的發(fā)散與創(chuàng)新，助力終身學習能力的提高。（數(shù)字化學習與創(chuàng)新）

④關注信息技術(shù)革命所帶來的社會責任和人文價值。（信息社會責任）

學情分析

本課的教學對象為九年級的學生。學生對機器人的基本結(jié)構(gòu)和傳感器的作用有一定的了解，為本課深入學習紅外傳感器及制作紅外傳感機器人打下了知識基礎。對生活中各類紅外傳感器應用場景的接觸也為本課學習奠定了經(jīng)驗基礎，有助于思維的發(fā)散與創(chuàng)新，從而設計制作出個性化的紅外傳感機器人。

教學目標

①通過對紅外傳感器應用場景的討論，感受紅外傳感器的應用需求，體會紅外傳感器的應用和價值。②通過認識紅外傳感器的工作方式，梳理出紅外傳感器的工作流程，實現(xiàn)從對數(shù)據(jù)獲取的具體形象思維向?qū)?shù)據(jù)分析表達的抽象邏輯思維的升級。③通過實驗研究探測機器人，感受數(shù)據(jù)的實驗獲取分析的過程，體驗科學的實驗研究方法。④通過制作迎賓機器人，抽象出傳感器數(shù)據(jù)、軟件程序和硬件結(jié)構(gòu)之間的邏輯關系，體驗運用算法思維分析問題、解決問題的過程。⑤通過設計制作個性化智能機器人的拓展探究環(huán)節(jié)，系統(tǒng)有效地管理整個設計制作過程，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。⑥在利用機器人技術(shù)和工具創(chuàng)造性解決生活中實際問題的過程中，體會新技術(shù)的價值和責任。

教學重點與難點

重點：了解紅外傳感器的工作原理;實驗與完善探測機器人;制作與調(diào)試迎賓機器人。

難點：運用紅外傳感器制作個性化的智能機器人。

教學策略分析

本課的設計以學生為主體，從學生的經(jīng)驗、興趣、個性化培養(yǎng)出發(fā)，以設計制作紅外傳感機器人為項目主線，借助數(shù)字化學習資源和學習工具，重視知識和技能的掌握、能力和素養(yǎng)的提升。

項目準備

學生機器人、含紅外傳感器的迎賓器（學生進門時語音提示“歡迎光臨”）、學習材料。

教學過程

師：隨著5G、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人的智能化程度日益提高，其應用范圍已滲透到生活的多個方面，如迎賓機器人、掃地機器人、聊天機器人等。今天我們就來針對機器人中的一類——紅外傳感機器人進行項目學習。

1.項目布置

師：今天你們進教室時有沒有發(fā)現(xiàn)什么特別之處？

生：門口的“迎賓器”會自動發(fā)出“歡迎光臨”的問候語。（教師引導學生關注“迎賓器”是“自動”感知信息的）

分析1：為什么會“自動”感知？

學生仔細回想剛進教室時的經(jīng)歷，想到迎賓器頂端有盞紅色的小燈，每當有人經(jīng)過時，小紅燈會閃一下，然后發(fā)出“歡迎光臨”的聲音。

分析2：迎賓器是怎樣判斷有人經(jīng)過的？即人體的哪些“信息”被感知，如看到了什么或聽到了什么？

學生大膽猜測：外貌、聲音、身高、體重……

教師提供文字材料，學生閱讀，初步體驗，找出答案。

師生總結(jié)：迎賓器中安裝有紅外傳感器，人經(jīng)過時發(fā)出紅外線數(shù)據(jù)被紅外傳感器檢測到，迎賓器中的聲音模塊就會發(fā)出“歡迎光臨”的聲音。

教師引導要把研究焦點集中到“紅外傳感器”上，引出本課項目主題——利用紅外傳感器設計制作一款個性化的智能機器人。

設計意圖：從生活中的情境、學生已有的經(jīng)驗出發(fā)，導入新課，激發(fā)興趣，再通過“提出問題—大膽猜測—借助感性觀察和輔助材料小心求證”，讓學生自主歸納出迎賓器的工作過程。在這個過程中，引導學生分析問題要追根溯源，鍛煉分析問題的邏輯推理能力。

2.項目實施

活動一：項目知識補給站——認識紅外傳感器

以小組為單位提供“紅外傳感器”實物，學生近距離觀察紅外傳感器的外觀，體會其小身材、大用途，同時拆開迎賓器，找出迎賓器中的紅外傳感器。

教師課件動畫展示紅外傳感器的原理，并引導學生聯(lián)想生活中的紅外傳感器的實際應用，如感應水龍頭、自動門、感應電梯等。之后回到紅外傳感器的工作過程分析，引導學生畫出工作流程圖，讓學生清晰了解紅外傳感器的工作原理。教師引導要把研究焦點集中到將紅外傳感器搭建到機器人身上。

設計意圖：通過觀察實物和動畫、聯(lián)想生活應用實例、抽象出工作流程圖，從感性認識到抽象建模，層層推進，既讓學生對紅外傳感器的工作原理有更具體深刻的認識，又實現(xiàn)具體形象思維向抽象邏輯思維的過渡。

活動二：體驗探測機器人

①活動分析。目標分析：利用機器人前面的紅外傳感器監(jiān)測前方是否有物體。結(jié)構(gòu)分析：觀察“學生機器人”上紅外傳感器的位置。程序分析：在機器人平臺中打開“機器人探測.dat”文件，分析程序算法，引導繪制程序流程圖。

②實驗測試。程序?qū)懭霗C器人中并執(zhí)行，進行實驗探測：觀察紅外傳感器對不同顏色的障礙物數(shù)值變化并記錄;紅外傳感器在檢測障礙物時容易受到環(huán)境光線的影響，嘗試進行光線干擾實驗并記錄。

設計意圖：通過實驗研究探測機器人，進一步理解紅外傳感器和探測機器人的工作原理;通過參與實驗，總結(jié)紅外傳感器的工作特性，培養(yǎng)學生嚴謹科學的治學態(tài)度;通過獲取、分析實驗數(shù)據(jù)，讓學生理解傳感器數(shù)據(jù)對程序目標功能的影響，培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)思維。

活動三：制作迎賓機器人

①活動分析。目標分析：紅外傳感器檢測到有人從機器人面前經(jīng)過，機器人發(fā)出個性化的提示，如燈閃爍、蜂鳴器鳴叫、播放音樂等;在沒有人從機器人面前經(jīng)過時，機器人不做動作。算法分析：引導繪制迎賓機器人流程圖。結(jié)構(gòu)分析：根據(jù)迎賓方式，調(diào)整傳感器，如需要燈閃爍，就需要安裝Led燈。

②程序調(diào)試。準備環(huán)境：拉上教室窗簾，打開日光燈，準備好學生機器人。修改程序：進入機器人平臺，打開“機器人探測.dat”，修改程序為迎賓機器人的程序。運行調(diào)試：觀察不同物體經(jīng)過時機器人的反應，調(diào)試程序以達到想要的效果。

③活動效果展示，師生共同點評。

設計意圖：在明確機器人的目標功能后，借助流程圖梳理出傳感器數(shù)據(jù)、軟件程序和硬件結(jié)構(gòu)之間的邏輯關系，將現(xiàn)實情境的聯(lián)系抽象為程序世界的邏輯關系，幫助學生加深對算法執(zhí)行過程的理解，培養(yǎng)學生的算法思維。

拓展活動：設計制作個性化智能機器人

①活動分析。目標分析：開展頭腦風暴，討論運用紅外傳感器還可以制作哪些更有趣、更環(huán)保、更實用的智能機器人作品。策略分析：確定需要解決的問題，形成解決策略，完成《問題及解決策略表》（如下表）。算法分析：嘗試把大任務分解為可操作的小任務，化整為零，分步突破;引導繪制個性化機器人流程圖。結(jié)構(gòu)分析：根據(jù)目標，調(diào)整傳感器。

②編程調(diào)試。設計程序：進入機器人平臺，根據(jù)流程圖設計個性化程序。運行調(diào)試：觀察機器人效果，調(diào)試程序以達到想要的效果。

③活動效果展示，師生共同點評。

設計意圖：通過從整體到局部的分解思維，分析傳感器在這個過程中的各個狀態(tài)，再組合各個狀態(tài)，推導出機器人可能遇到的各種情況，實現(xiàn)技術(shù)關聯(lián)到意義關聯(lián)的轉(zhuǎn)換。學生們在有意識地擺弄學習中主動探究，經(jīng)歷“記錄問題狀態(tài)—設計優(yōu)化措施—實踐中檢驗效果”的反復迭代的過程，培養(yǎng)系統(tǒng)工程思維，并在創(chuàng)新實踐中實現(xiàn)思維發(fā)散與創(chuàng)新。

3.項目評價

師：今天我們學習了紅外傳感器，并應用紅外傳感器制作了智能機器人。有了紅外傳感器，可以讓我們的生活更舒適、更節(jié)能。最后，結(jié)合課堂聽講、小組活動、自主探究、作品情況，請你填寫《項目合作分工表》《項目作品評價表》和《項目活動反思表》，對自己本節(jié)課的項目學習做一個全方位的評價，記得和老師同學們分享哦！

設計意圖：總結(jié)提升，激發(fā)學生深入學習機器人知識的興趣，并從思維、能力、習慣、作品等方面進行全方位評價，引導學生學會學習，啟動元認知實現(xiàn)深度學習。