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九年级下册信息技术教案

2021-05-08
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九年级（下册）信息技术教案教学课题第一课走进机器人的世界(1 课时) 教学目标知识与技能知道什么是机器人，了解机器人的发展情况，对即将要学习的机器人有一个感性的认识。过程与方法让学生自己动手通过上网查询机器人的定义，以及机器人的发展概况。再通过讨论把自己的所见所闻讲述出来，教师归纳总结。再以丰富的视频资料帮助学生对教学机器人建立一个感性的认识。情感、态度、价值观让学生体会自主学习所带来的成功感，培养学生发现问题、解决问题的能力。教学重点了解机器人的基本知识，特别是现在普遍使用的教学机器人。教学难点如何让学生对机器人有一个生动形象的认识，从而激发学生的学习兴趣。课前准备计算机机房、互联网、机器人器材教学方法讲授任务驱动法教学步骤教师活动学生活动教学目的 1.播放影片剪辑《终结者 2》片段观看影片引起学生的注意 2.提出问题：影片中的主角是人还是机器人？展开思考作答机器人引导学生进入主题 3.提出问题：什么是机器人？请同学们通过网络寻找答案学生开始通过搜索引擎去寻找答案让学生通过自主学习去解决问题 4.巡视整个机房，了解学生完成情况，并对部分学生给予提示。通过操作，学生对机器人的定义有了初步认识让学生体会成功感 5.请部分学生讲述他所发现的关于机器人的描述学生各自表达自己的观点通过发言的方式让学生增强自信心 6.总结发言：各位同学对机器人的描述都是大同小异的，应该说都是正确的，我们国家的科学家对机器人是这样理解的…… 关注教材中对机器人所下的定义让学生明白机器人实际上是一个开放性的话题 7.提出任务：同学们接下来继续通过搜索引擎去网上下载机器人的图片，等一下拿出来大家交流一下，看看谁下的不同种类的机器人最多？学生开始通过搜索引擎去下载图片继续渗透自主学习 8.巡视机房掌握学生完成情况将下载下来的图片保存在硬盘中了解学生的操作情况，为开展下一步教学作准备 9.请同学来展示自己下载的机器人图片并提出问题：你能给你下载的机器人进行一个简单的归类吗？学生凭自己的想象力进行归纳为讲解机器人的分类作一个铺垫 10.归纳总结：其实机器人分类的方法很多，现在还没有一个统一的标准，按目前一般的方式可分为…… （结合课本对这些分类作简单解释）关注教材中对机器人的分类让学生对机器人有一个框架上的认识 11.结合课本引入教学机器人的介绍，重点说明教学机器人在我国的发展情况，以及在现实中的具体应用，学生认真听讲，并观察机器人器材实物通过实物展示，提高学生的感性认识，为即将学习的内容提升兴趣配合讲解出示目前使用比较普遍的机器人器材 12.播放收集整理的关于教学机器人的使用和比赛片段，结合视频作一定的补充说明（比如近年来发生在身边的青少年智能机器人大赛等等）观看视频让机器人从一个抽象的概念变得较为形象，为下步学习作一个铺垫 13.出示一个已经制作好的机器人实物，结合这个机器人来讲解机器人的基本组成通过听讲和观察，去理解机器人的组成部分出示实物让学生能够把教师所讲的组成部分很容易和实际联系起来，加深理解 14.提出思考问题：用自己的方式表达，你心目中未来的机器人是什么样的？学生思考回答培养学生的想象力课后反思教学课题第二课机器人的编程系统（1 课时）教学目标知识与能力知道人与机器人是怎样进行交流的，认识纳英特和乐高机器人的编程平台过程与方法以形象生动的讲解和演示操作相结合，辅以任务驱动的方式完成授课情感、态度和价值观通过对本节知识的学习，着重培养学生的观察能力、理解能力和模仿能力。重、难点分析重点：认识机器人的编程平台，知道人与机器人是如何通讯的难点：学生如何能够熟练的完成打开编程软件---录入指令----下载程序到机器人课前准备网络教室、乐高纳英特编程软件、机器人核心部件（机器人的大脑）课时安排 1 课时教学方法讲授任务驱动法教学步骤 1、课前引入师：人与人之间的交流主要是通过语言完成的，比如我叫大家打开电脑，你们马上就可以完成这个动作。那么人与机器人之间的交流是怎样完成的呢？生：认真思考师：其实机器人并非人类因此它也不能听懂人类的语言，既然如此那么我们到底通过什么手段和机器人交流呢？这是我们这节课所要学习的。 2、新课教学师：首先我们进行一个简单的设想，机器人首先还是一台机器，我们把它能听懂的话叫做机器语言，人要与机器人进行沟通就需要一个翻译，把人类的语言翻译为机器语言，这样机器人就能听懂我们说的话了。那谁来充当我们的翻译呢，这就是编程软件了，我们把我们要说的话先组织好，写在编程软件里，再由它告诉机器人。接下来我们就来具体学习怎样使用我们的翻译，让它把我们的要求告诉机器人。师：首先给大家介绍两个翻译家认识，一个叫做纳英特、一个叫做乐高，这是两个不同地方的翻译家，一个来自杭州、一个来自北京，但是他们要做的工作是一样的，为我们和机器人充当翻译。首先我们来看看纳英特编程软件怎么使用？纳英特使用步骤：步骤一使用前首先要把这个软件装入电脑。装好以后可以看到桌面上的 nstrobot 图标。步骤二双击该图标，就可以看到纳英特积木式机器人图形化编程平台了。步骤三下面我们随便输入一些想要给机器人说的话，比如让机器人动起来（机器人的行动主要靠马达来完成）。 1、从左边的执行器模块库中拖一个启动电机模块到程序中如图，注：这里的拖动和我们平时拖动文件到某个地方是一样的 2、在右边的启动电机模块上双击或者点右键，点模块属性，如下图，把马达的功率设置为 100。步骤四好，接下来我们就要让翻译把这句转达给机器人了，在转达之间我们还要把机器人和我们的翻译联在一起，翻译是装在什么地方的？对，计算机里面的。那我们只需要把机器人和计算机连接在一起就可以了 1、先把机器人通讯线的一头和电脑的一个串口连接，连接方法见下图 2、通讯线的另一端和机器人相连，见下图。步骤五下面我们就开始让翻译把我们的指令传达给机器人在下载前我们用 1 个手把机器人提起，防止马达的转动使机器人从高处摔下损坏，然后向右打开开关。点“编译下载”，选择好与电脑连接的串口，点“下载应用程序”，如果下载失败，请检查串口是否搞错，通信线有没有连接，机器人电源有没有打开等情况。有时候什么也没有改变，关开一下电源，重新下载，也可能会取得成功。下载成功后把电源拨到中间，关闭机器人，然后在把电源拨到右侧打开机器人，这时你就可以看到机器人按我们的意思动起来了任务一下面各位同学马上把刚才学习到的体验一下吧，有什么问题请举手师：下面我再给大家介绍另一位翻译看看它又是怎样把我们的语言翻译给机器人的乐高的使用步骤步骤安装好的软件在桌面有一个快捷方式，双击该快捷方式即可进入如图所示的 ROBOLAB 的主菜单界面。 1、单击“管理员”按钮即可进入管理者界面 2、将红外发射器与电脑相连，做好下载前的准备（红外发射器和刚才使用的通讯线作用是一样的，负责把程序传给机器人。 3、RCX 电源打开，并将 RCX 红外发射的地方（前面黑色部分）对准红外发射塔的红外发射部分，如下图： 3、下面我们点击“下载固件”按钮，将固件下载到机器人里面。为什么需要下载固件？就象我们使用计算机首先要装操作系统一样，固件也可以想象成是机器人大脑的操作系统。有了它，机器人才可以识别翻译传达来的信息。为什么刚才使用的纳英特不需要固件？纳英特的固件实际上在出厂前已经固化在机器人的大脑里了，所以不需要再次安装。课后反思 [教学课题]第三课制作能行走的机器人教学目标： 1.知识目标：学习使用 ROBOLAB 软件编制程序，会搭建具体的机器人 2.能力目标：通过实践培养学生的观察能力、动手能力、创造能力，具体要达到： ①能够使用乐高编程软件；练习用电脑控制机器人，启动机器人； ②学会简单的搭建技术 3.情感目标：培养学生对待知识的科学态度和辩证唯物主义观点。培养学生探索机器人的兴趣和科学精神。培养良好的生活习惯、与人的沟通与合作、对他人的尊重、面对困难的毅志力与自信心的树立及时间的合理分配和利用。教学重点难点：重点：编程软件的使用。难点：编写程序的逻辑思想。教学方法：以学生直接体验为主，并辅以教师启发、引导。教学准备：乐高机器人套装、电脑、网络教室。教学方法讲授任务驱动法教学过程： 1、引入：通过前面的学习，我们已经知道了怎样跟机器人交流。今天，我们具体搭建一个机器人，让它按我们的要求工作。 2、新课：首先我们还是要再次熟悉一下今天我们要使用的翻译家“乐高编程软件”。步骤一介绍基本图标功能从电脑桌面双击其快捷方式，即可进入 robolab 的编程主界面。（图一）主界面上有三个菜单项：管理员、编程者级别和研究者级别，以及三个按钮：帮助、退出和说明。点击编程者级别菜单项进入其界面（图二），它的界面菜单分为导航者与发明家两大级别，每一级下有三个小项：水平、主题和程序。一般编程分为三个步骤： 1.根据模型从功能板上选择所需的图标 2.在编程窗口里合理布置图标，并进行连线 3.程序的下载 a.当功能和工具模块不在编程窗口显示时，可通过点击菜单栏里的 Windows,分别选取 showtoolspalette（显示工具面板）和 showfunctionspalette（显示功能面板）来使它们出现 b.工具模块中主要用到的几个说明：1--操纵工具（operatingtool）:2--定位工具（postioningtool）:可选取、移动物件 3--标示工具（labelingtool）:编辑注解或文字输入 4--连线工具（wiringtool）:连接图示区内各结点 5--弹出工具（objectpopup）6--滚动工具（scrollingtool）7—断点工具（set/clearbreakpoint）8—探针工具（probedata）9—颜色工具（getcolor）10-着色工具（setcolor）注：图标的选取一般选用定位工具；连线使用连线工具 c.图标的抓取及连线说明:把光标移到功能模块上,选取所需的图标点击一下，然后把鼠标移到适合的位置再点击一下鼠标，则完成了图标的抓取过程；把鼠标移到工具模块上，在连线图标点一下，便可进行连线。当把鼠标移到将要进行连线的图标上，图标会不停的闪烁并出现黄色的端口提示，在所要进行连线的端口点一下，然后移到另一端口再点下，即可完成连线过程，连线正确为一条粉红色的粗线，不正确为黑色的细虚线。步骤二：搭建一个任务机器人现在我们以一个简单的例子来说明：目的：制作一辆直线竞速车，要跑得顺、跑得好，车子不能一跑就散了。 1.我们用两个马达控制车轮 2.左图中使用了一个 L 型的积木，它的作用是什么？ 3.小车轱辘擦边如何解决？ 4.想想图中各部分结构的作用？步骤三、演示图标对机器人的控制下面我们给机器人编写一个往返跑的程序注意观察两个程序有什么不同？答：刚才我们说过连线正确为一条粉红色的粗线，不正确为黑色的细虚线。因此，只有第二个程序能够正确执行。 3.课堂体验：让他们从具体的搭建过程中感受力学知识；从控制马达的转动中体验电学知识；从电脑控制机器人运作体验信息技术知识。并在动手做的过程中观察、体验、思考：我学会了什么？我怎样才能做得更好？这与我们的生活有什么联系？六、布置课后探索思考：（1）我们能为这个机器人设计更多、更好的动作吗？（2）今天学的机器人同我们自己家的电器有什么关系？课后反思教学课题第四课让机器人送餐教学目标知识目标：了解马达的运转带动齿轮及机器的运转原理。知道通过马达控制机器人运动的基本原理。能力目标：通过实践培养学生的观察能力、动手能力、创造能力，具体要达到：通过编辑程序控制机器人前进、转向等动作。学会按需组装简单机器人，例如：齿轮连接、马达的连接等；观察机器人的运作原理，思考是否能改进，使它运作得更好一些。情感目标：培养良好的生活习惯、与人的沟通与合作、对他人的尊重、面对困难的毅志力与自信心的树立及时间的合理分配和利用。培养学生对待知识的科学态度和辩证唯物主义观点。培养学生探索机器人的兴趣和科学精神。教学重点、难点重点：正确完成通过编辑程序控制机器人前进、后退、转向、上下移动等动作。难点：用电脑编辑控制程序，控制机器人完成任务规定动作；按需组装好能完成规定任务的机器人；控制好机器人完成任务的动作距离。教学方法：以学生直接实践体验为主，辅以教师演示、启发、引导。教学准备：纳英特机器人套装若干套，乐高机器人套装若干套，电脑，积木、导线等若干工具。教学方法讲授任务驱动法教学过程：教学环节教师活动学生活动复习旧知识前两次课我们学习过“让机器人动起来”、“能行走的机器人”，现在我们来回忆一下机器人怎样前进的。板书： Motor0,50 Motor1,50 Sleep2 问题一：请一位同学来说说上面这段代码是什么意思。问题二：如果是乐高机器人又是怎么样实现上面的功能。学生回顾旧知识，回答：三行代码分别是让 0 号马达按转速 50 正转；1 号马达按转速 50 正转；两个马达转动的时间为 2 秒。导入新任务情景演示：一个机器人按正方形的路径进行；一个机器人进行“送餐”表演。今天我们不光要让机器人前进，我们还要让它按照我们的设定的程序前进。学生观察、思考，激发学生兴趣新一、教纳英特机器人走正方形课要让纳英特机器人完成走正方形，实际上就是让机器人重复完成四次“前进→转弯”的动作。我们先来看看，机器人是怎样实现“前进→转弯”的：首先启动电机，让机器人以一定的速度向前一段路程，再以左轮（或右轮）为中心转动 90°，最后停止。这样就走完了正方形的一个边。BASIC 程序设计可参考教材图 4-1。二、让乐高机器人去送餐任务分析：机器人运动的同时，还需要有一只机械手托起餐盘。另外，机器人必须准确地到达目的，并能准确地将餐盘放在餐桌上，后退回出发点时不可以将餐盘打翻。由于餐桌上的空位不在出发区的正前方，机器人必须做转弯运动。解决策略：用两个马达驱动机器人的运动，一个马达控制机械手，完成送餐任务。机器人行进路线和动作行为：前进——右转——前进——放餐盘——后退——左转——后退。用时间控制机器人前进、转弯、后退的距离。学生观察、分析机器人是如何通过程序实现“转变”。学生分析总任务、解决策略，思考如何在程序设计里实现左右转、后退、放餐盘等具体动作指导实验动手体验第一个任务：让机器人走正方形这个任务由纳英特机器人机器人来完成，刚才我们讲了正方形一个边的程序，想一想：要让机器人走正方形，该如何修改程序？如果要让机器人与运动员一样绕正方形场地跑三圈，又该如何修改程序？参与程序如图 4-2 所示。用通讯下载线将机器人与计算机连接，打开下载运行开关；单击编译下载按钮，编译下载程序，试运行，观察机器人运动情况，修改程序。第二个任务：让机器人送餐要完成这个任务，首先要搭建可以实现送餐的机器人，图 4-5A 是马达驱动机器人运动的参考搭建，这里采用的是齿轮传动，主动轮 24 齿，从动轮 40 齿。完成这个任务有两种方法。方法 1、时间控制法。乐高机器人送餐重点要解决几个关键动作：前进——右转——前进—— 放餐盘——后退——左转——后退，这几个动作的控制距离还要通过同学们实践反复调试。调试时机器人如果没能按你的要求动作，请仔细检查机器人的连线是否正确，如果马达的转动方向不是你希望的，可以改变导线的连接方向。方法 2、角度传感器控制法。角度传感器的 RCX 和乐高轴的连接方式可以参考图 4-7。当马达工作时，带动乐高轴转动，套在轴上的角度传感器开始记数。同时，由于角度传感器与 RCX 的输入端口相连，计数器的值随时反馈给 RCX，以便机器人做出判断和决策。在程序设计时，要清楚角度传感器的计数器与它的初始位置有关。当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为 0，为确保数据的准确，角度传感器在重新计数前，最好对其清零。这个程序也要完成前进——右转——前进——放餐盘——后退——左转 ——后退几个动作，程序基本和方法一相同，只是在控制机器人转动时使用的程序不一样。同学们参考图 4-2 进行程序设计与修改实现机器人跑正方形三圈根据图 4-6 程序的提示进行设计程序，重点是反复调试，直到完成相应任务为止。根据图 4-7 程序的提示进行设计程序，重点是反复调试，直到完成相应任务为止。评价激励，成果分享让每个小组发表见解，大家参与评价、分享。对实验成功的学生给予表扬，并鼓励改进实验的方法；对实验失败的学生要帮助分析原因，重树他们的自信心；不论成功还是失败，每个小组都会发现一些问题，以及对这些问题的分析和议论，或是对实验有创意的想法和设计。学生发表见解畅谈实验过程中的感想。布置课后探索思考 1、图 4-6 所示的程序中，机器人是怎样实现右转的？请补充机器人送餐后，返回出发区的程序。 2、同样是指挥机器人前进和转弯，纳英特机器人和乐高机器人在编程思想和方式上，有哪些地方相同，哪些地方不同？ 3、对机器人来说，角度传感器是输入信息还是输出信息？它是怎样工作的？使用角度传感器控制机器人运动的距离与电池的电量有关吗？为什么？课后反思 [教学课题]第五课计算机程序与 QBASIC 语言教学目标 1.知识目标：了解计算机语言、计算机程序的基础知识。了解 BASIC 语言的基本运用规则。了解 BASIC 的函数和变量。 2.能力目标：能准确运用 QBASIC 语句的格式能编辑简单的 QBASIC 程序。 3.情感目标：培养良好的生活习惯、与人的沟通与合作、对他人的尊重、面对困难的毅志力与自信心的树立及时间的合理分配和利用。培养学生信息素养，培养学生的程序员基本道德操守。培养学生编写程序的兴趣。教学重点、难点重点：计算机语言的基础知识。编写简单 QBASIC 程序语句。难点：正确理解程序语言 QABSIC 的常量、变量与函数的定义与作用；正确理解程序语言 QBASIC 的变量的数据类型；如何编写 QBASIC 的循环语句。教学方法教师讲解、演示、启发；学生上机实践体验；教师个别辅导。教学过程第一板块计算机程序与计算机语言介绍。 1.计算机程序在上节课“教机器人走正方形”的任务中，我们知道，让机器人执行程序后就能完成“前进——转弯”的动作。如果让计算机执行图 5-1 所示的程序 2，它就能沿着正方形轨迹运动。电脑每做的一次动作，一个步骤，都是按照以经用计算机语言编好的程序来执行的，程序是计算机要执行的指令的集合，而程序全部都是用我们所掌握的语言来编写的。所以人们要控制计算机一定要通过计算机语言向计算机发出命令。把解决问题的方法、步骤，用计算机能听懂的语言，编成一条条指挥计算机动作的指令集，就叫做计算机程序，简称程序。如果由机器人的“大脑”执行一段程序，它就能完成相应的任务。 2.计算机语言计算机语言通常是一个能完整、准确和规则地表达人们的意图,并用以指挥或控制计算机工作的“符号系统”。 ①机器语言机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。它是计算机的设计者通过计算机的硬件结构赋予计算机的操作功能。机器语言具有灵活、直接执行和速度快等特点。机器语言编出的程序全是些 0 和 1 的指令代码,直观性差,还容易出错。现在,除了计算机生产厂家的专业人员外,绝大多数程序员已经不再去学习机器语言了。 ②汇编语言为了克服机器语言难读、难编、难记和易出错的缺点,人们就用与代码指令实际含义相近的英文缩写词、字母和数字等符号来取代指令代码(如用 ADD 表示运算符号“＋”的机器代码),于是就产生了汇编语言。所以说,汇编语言是一种用助记符表示的仍然面向机器的计算机语言。汇编语言亦称符号语言。汇编语言由 ③高级语言不论是机器语言还是汇编语言都是面向硬件的具体操作的，语言对机器的过分依赖，要求使用者必须对硬件结构及其工作原理都十分熟悉，这对非计算机专业人员是难以做到的,对于计算机的推广应用是不利的。计算机事业的发展,促使人们去寻求一些与人类自然语言相接近且能为计算机所接受的语意确定、规则明确、自然直观和通用易学的计算机语言。这种与自然语言相近并为计算机所接受和执行的计算机语言称高级语言。高级语言是面向用户的语言。无论何种机型的计算机,只要配备上相应的高级语言的编译或解释程序,则用该高级语言编写的程序就可以通用。随着计算机硬件的发展，近年来又出现了图形化编程语言，它具有直观易学的特点。如 ROBOLAB 语言就是一种图形化编程语言。我们必须清楚，计算机本身是不能直接识别高级语言的，必须将高级语言的程序翻译成计算机能识别的机器指令，计算机才能执行。这个翻译的工作是由“编译系统”软件来完成的。不同类型的计算机上使用的翻译软件也不尽相同。 3.程序结构程序结构顺序程序结构循环程序结构分支程序结构等。执行程序 1，机器人先前进 2 秒，然后再左转 0.6 秒，最后停止。机器人从程序开始依次执行命令，直到程序结束，这样的程序结构叫顺序程序结构；而程序 2，我们用了 fori=1to4step1……nextI 语句，使机器人执行了四次“前进、左转”命令，这样的程序结构叫循环程序结构，以后我们还会学到条件循环和无条件循环程序结构以及分支程序结构等。第二板块 QBASIC 语言简介。所有计算机语言中，高级程序语言是适合人们学习的编程工具，高级语言有：C 语言、BIASC 语言、 FOXBASE、JAVA 等，在众多的高级语言中，QBASIC 语言是比较适用青少年学生学习和使用的高级语言，它具有简单、适用、易学的优点。是比尔•盖茨发明的。 1.QBASIC 程序的组成 ①一个 QBASIC 程序由若干行组成，程序按照语句排列顺序执行。每一行称为一个语句行，一行中可以包含一个语句，也可以包含多个语句，若一行中包含多个语句，语句间应用“：”分开。注意由于纳英特机器人的微电脑比我们使用的普通电脑处理能力差，在它的 QBASIC 子系统中规定，一行中只能有一个语句。 ②每个语句都以一个语句定义符开始，如程序中的 stop、dimfor 等都是语句定义符。语句定义符用来标识语句的性质，告诉 QBASIC 执行什么样的功能，语句定义符后面一般还跟有语句体，表示语句执行的对象。如 dimiasint 说明变量 i 是一个整数型变量③一个 QBASIC 程序一般以“END”语句结束。程序执行到“END”语句时即停止执行。一个程序中可以有多个“END”语句，在程序执行时遇到任何第一个“END”语句都会停止执行。如果程序中只有一个“END”， “END”语句应放在整个程序的最后。但在纳英特机器人 QBASIC 子系统中，没有 END 命令，我们用 STOP 来停止机器人动作。一个程序可以只包括主程序，也可以包括一个主程序及若干个子程序或函数。 2.QBASIC 常量、变量、函数介绍板书：整数：-32767 到 32767 之间的整数；单精度浮点数：可以精确到小数点后 7 位；双精度浮点数：可以精确掉小数点后 15 位；字符串：是一个不超过 32767 个字符的序列。函数相当于数理化中的计算公式。在 QBASIC 中，开发人员把一些常用的算法编成一个个标准程序放在解释程序中，称为标准函数。我们编写程序时，只要按约定写出函数名及它的自变量就可以随时调用了。如图 5-1 程序中的 motor，sleep 就是函数名，而其后的数字则是自变量的值。如 motor0,50 表示 0 号马达以 50 转速前进； motor0,-50 表示 0 号马达以 50 转速反转； sleep2.0 表示延时 2 秒。本节注意点： ①字符串需要用引号引起来 ②变量的数据类型必须在使用前定义 3.QBASIC 语言的语句格式 QBASIC 的基本语句一般格式为：语句定义符语句体 ①变量说明语句格式：dim 变量名 as 变量类型举例：dimiasint 解释：定义变量 i 为一个整数型数字变量。 ②循环语句格式： FOR 循环变量＝初始值　TO 终止值　［STEP 步长］命令串 NEXT 循环变量举例： fori=1to4step1 motor0,50 motor1,50 sleep2.0 motor0,-50 motor1,50 sleep0.6 nexti 解释：第一行程序表示给循环变量 i 赋初始值 1，终止值是 4，步长是 1，这是循环的开头。第六行是循环体，指挥机器人前进 2 秒，左转 0.6 秒。 ③结束语句格式：stop 功能：终止程序执行五、探索活动请编依照本课实例，试着编写一段程序，让机器人实现走“8”字。六、教学反思第六课程序设计流程图教材分析：本节课是人如何控制机器人进行工作、交流的一节基础课程；学习后便于学生理清思路、严密思考、分析问题，并以相应的框图来形象、直观的表示问题，从而找到解决问题的算法，为程序设计做好关键的一步。教学目标知识与技能：学会用流程图来分析问题。过程与方法：通过分析、举例画出流程图。通过动手练习，发现这样做会让问题更简单，思路更清晰，思考问题更严密。情感态度与价值观：通过本节学习让学生体会到这样做会把复杂问题简单化，学好、会用、爱用流程图来分析问题并解决问题；成功调试一个程序，从而树立他们学习的信心，找到成功感。教学重难点重点：了解程序设计的一般步骤及流程图，学会用流程图来表示问题，为其编好程式打下基础。难点：分析问题，正确的画出流程图写出程序并调试。学生分析：通过上几节的学习，学生巳经掌握和了解了机器人的相关知识，并对之产生浓厚的兴趣；学习本节后学生能更好的与 ROBOT 交流，控制它来完成一定任务。教法与学法：教法：例证分析任务驱动主题研究学法：观察，分析，模仿，任务驱动，评价课时：1 节教学过程：一、引入课题前面的课程中我们学习了如何搭建一个机器人，并有目的搭建了走正方形和送餐机器人，并了解和使用了用 BASIC 语言来编程控制我们的机器人，但我们都是直接拿来用的，今天我们就与同学们一起学习、分析如何进行程序设计，要经过哪些步骤、了解什么是算法？算法与流程图有什么关系？它的作用是什么？如何画流程图，并根据流程图来进行程序设计。二、程序设计的一般步骤（15 分钟）要为机器人设计一个好的程序，一般需要以下几个步骤：分析问题->设计算法->画出框图->编写程序-> 调试程序，共 5 个步骤。 1.分析问题首先明确机器人要干什么，有些什么已知条件，未知条件，最终要达到什么目标，要完成这些还需要哪些条件。 2.设计算法从已知的条件出发，到达目标需要经过一系列的处理过程，通常把这种解决问题的方法步骤称为“算法”。注，它不是数学中“计算方法”，而是解决问题的方法步骤。如，前边我们讲到的让机器人走正方形的算法见书 P32 页倒数第四行开始。 3.画出流程图前边我们进行了算法设计，对于机器人走正方形的算法是相对来说很简单的，但一般情况我们面对的问题都是比较复杂的，故人们喜欢用一种框图来描述算法，这样让我们把解决问题的思路更加清晰、形象、直观地表现出来，为下一步的程序编制打下基础。现在我们就以机器人走正方形的算法来画出流程图：师：与学生一起分析机器人走正方形的算法，画一个正方形推导机器人运动过程，找出共同点，如前进->转弯要做同样的事 4 次才能形成一个正方形，分析时看到书上的流程图 6-1 所示。流程图中各框图的意思见书上图 6-2 4.编写程序根据流程图我们可以用相应的指令、命令语句来编制出程序了。如前面的走正形的程序为： FOR I=1 TO 4 STEP 1 MOTOR 0，50 MOTOR 1，50 SLEEP 2.0 MOTOR 0,-50 MOTOR 1,50 SLEEP 0.6 NEXT I STOP 任务 1：现在分析并画出一个机器人原地转 4 个圆圈的流程图，并写出程序。（仿照图 6-1）[时间 5 分钟] [小帖示：]此题在于只要任何一个轮子不动，另一个以一定的速度转动，这样就形成了一个同心圆。 5.调试程序前面我画好了流程图，编好了程序，是不是就大工告成了呢？不是这样的，还要将编制好程序下载到我们的机器人中去执行，对比与我们的目标是否一至，不对的就去修改程序，再下载，再调试了，可能个需要多次才能成功哦，大家快去调试吧，享受其中的快乐吧。三、应用举例：前方有障碍，STOP！！完成此任务的步骤： 1.任务描述机器人在前进的过程中，遇到障碍物，即停止，否则继续前进。 2.分析任务机器人运动中最重要的是检测有无障碍物，无继续前进，这样一直下去直到检测到障碍物机器人停止。流程图（见 P35 图 6-5）要完成这个任务必需要一个检测设备，它就是红外线传感器。 3.红外线传感器检测障碍物的纳英特的红外线传感器见书图 6-3（实物出示），它检测到障碍物灯亮，否则灯为不亮。调节设置方法为：前边有一障碍物，若指示灯亮，则逆时针旋转直到不亮；相反，则顺时针调节传感器的调节钮，直到调亮；这样的距离为为其检测范围。（演示示例）如，10CM 距离有手前后移动时，指示灯会在移近时产生一个高电平灯亮，移开时会是低电平灯处于灭的状态。 [学生动手自己测一下] 4.[生]搭建一个两轮的机器人，用上红外线传感器，如书上图所示将传感器连在第 10 输入端口上。 5.编程因为要一直检测下去，只当传感器检测到障碍物下停下，所以要使用条件循环，在 BASIC 中其语句和语法格式为： WHILE 条件为真语句组 WEND 所以，上面的任务的程序应如下： WHILE DIGITAL（10）=0 MOTOR 0，50 MOTOR 1，50 WEND STOP 表示 10 号端口的传感器没检测到障碍物时状态为 0，反之为 1；若一直为 0 就一直前进，反之就停止。 6.调试注意其值和传感器可检测范围的调整。四、学生作品展示、评价从活动组中抽取几个组的作品来展示，有成功的，有还存在问题的，引导学生从下表内来点评，老师总结。 \ 总结，第一本活动课重在前边的用流程图分析，并写出程序调试，要完成任务必需会用，用好红外线传感器；第二对于传感器的使用关键在于障碍物可视范围参数设置；第三本活动重在动手实践，从问题分析-> 搭建->编程->调试的动手做、做中学的思想中感受成功。五、各组归纳整理设备各组按分类盒的要求归纳整理好自己使用的设备，检查后离开。 [目标]行为习惯的养成，做事有条不紊，爱护设备。六，教学反思教学流程畅通吗？学生参予度？绘流程图的情况，编写程序，进行调试情况？从学生作品评价后发现了些什么问题？第七课机器人的“感觉器官” 教材分析：本节课主要介绍机器人的各种传感器，如，声音，红外，灰度，烟雾，触动，温度等等；它如同我们的感觉器官，要会灵活的使用它们，从而控制机器人工作。教学目标知识与技能：了解各种常用的传感器，并能够熟练使用红外、声音、灰度传感器，利用他们来检测声音的强弱，光值的变化，有无障碍物等。过程与方法：实验例证，观察分析；主学习、研究；多实践，多动手，多总结。情感态度与价值观：培养吃苦耐劳的钻研精神，动手通过实验得到第一手资料是很宝贵的。应用所学知识来解决现实生活中的实际问题，培养信息素养。教学重难点重点：声音传感器、灰度传感器等传感器的使用。难点：如何使用各种传感器，调试、并获取相关的参考值；实现：机器人+传感器+程序=任务的完成。学生分析：学生巳对机器人有所了解，能分析问题，画出流程图，编出简单任务的程序。教法与学法：教法：实验举例任务驱动学法：观察，分析，取证，自主学习课时：2 课时教学设施：机器人活动室，多媒体投影仪，乐高套件，纳英特套件及各种传感器教学过程：一、播放影片剪辑片段，引入课题（5 分钟）播放影片剪辑片段《终结者 2》及机器人视频《迎宾机器人》、《快乐接线员》，通过影片和视频片段，我们看到机器人具有我们人脑的一部分功能。机器人的核心是其电脑核心，光有电脑发号施令还不行，要让机器人处理相视频中的各种复杂的事务，对周围的环境能够很快做出反应，能够完成“至欢迎词”，“能过简单接听电话”等功能，是靠各种传感器来实现的，他们好像有我们人类的眼、耳、口、鼻、舌。什么是传感器？传感器是机器人的“感觉器官”，是一种电子元件或装置，能响应或感知被测量的物理量或化学量，并按一定规律转换成电信号，以供机器人核心识别。它就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，能够感应到周围环境的信息，并把这些信息传递给机器人的“大脑”。有了传感器，机器人就变得更加聪明了。下图展示的是各种类型的传感器。二、机器人的“嘴巴”和“耳朵” 1、机器人的“嘴巴”：它是一个峰鸣器，也叫扬声器，可以通过它发出声音，如音符、音乐等。 2、机器人的“耳朵”：它只能分辩声音的强、弱度，返回一个电信号，用相应的数值来表示，而现在此类传感器不能分辨具体的声音，也就是没办法进行高难度、复杂的语言智能识别。声音传感器的原理：将其连接在机器人的模拟端口上，用它感觉外界声音的强度与给定的强度比较，超过时向主机发送“有声音”，反之“无声音”。如图所示（纳英特声控传感器）：技术指标：外形尺寸：30.5×15.0×14.5mm(长×宽×高) 重量：20g 额定电压：直流电源 5.0V 线长：17.2cm±0.2cm 调节方式：多圈电阻式调节，顺时针方向旋转功率调强，逆时针方向旋转功率调弱连接方式：单条 3 芯排线，2510 型 3 脚插头安装方式：单颗 Ø3 螺丝安装返回值：有声音返回 1，无声音返回 0（相对）指示方式：白灯发出绿光指示使用方法: 使用单颗 Ø3 螺丝将声控传感器安装于要检测的环境之内，将其连接线接入任何空闭的数字传感器接口中。声控传感器上配有信号指示灯，当有声音时指示灯会亮，还配有检测强度调节器。欲使声控传感器在给定的环境中有无声音时，可以使其先处于相对无声音的情况中，利用距离调节器可调出给定的初始声音强度。方法如下： a）如果指示灯不亮，将调节器顺时针方向旋转，旋转至指示灯刚刚不亮为止； b）如果灯不亮，将调节器逆时针方向旋转，旋转至指示灯刚刚亮起为止；此时，声控传感器的检测强度即为给定的强度。实验一：测定声强相对值（将学生按 4 个人一小组进行分组来完成本实验任务。）运行下面的程序：（见书 P38）注意：WHILE 1 。。。 WEND 是一个无条件循环，始终为真，也称为死循环。在 LCD 上会显示当前的声强值，如：ANALOG（4）= 100 其中返回值的范围为[0，255]，声音越大，值越大，反之越小。 [师]：巡视，帮助学生测出相应声强的值；注意事项: 1、环境内的声音值是个变量，要取得比较精确的环境声音值，可以在一段时间内连续取几次值，再求它们的平均数。这种办法适用于所有的模拟传感器。 2、检测指定环境声音时，注意不要受其它声源干扰。三、机器人的“眼睛” 眼睛是人们心灵的窗户，人们 80%的信息都是通过视觉获取的，所以是非常重要的器官。机器人的视觉传感器也一样非常重要，它主要通过红外传感器或光电传感器两种传感器来“看”东西，“辨别”颜色。现目前主要的红外传感器、灰度传感器和光电传感器：原理和功能：红外传感器（以下简称红外）。红外具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外波的返回信号来识别周围环境的变化。灰度传感器是模拟传感器，有一只发光二极管和一只光敏电阻，安装在同一面上。灰度传感器利用不同颜色的检测面对光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不同的原理进行颜色深浅检测。在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为机器人可以识别的信号。用途范围： -通过检测光强变化计数人数 -通过测试反向光强来辨别颜色 -测量一个光源的光强类型和供电要求:有源模拟传感器典型应用和说明: 实例 1：沿黑线机器人。实例 2：在交通模型中，控制路灯在晚上自动打开。实例 3：自动门。实验二：分别用不同的传感器来检测迷宫场地地面（黑色）和白线的灰度值。方法一：将书上 P40 的图 7-5 程序编写好并下载到纳英特机器人内存中，检测其灰度值。实验结论填写在书上。方法二：不用编程将乐高光电直接在其输入端口 1 上面，打开电源按一下 RCX 上 VIEW，将光电分别对白色物体和黑色物体上，观察其 LCD 上显示的数值。乐高光电读取值的范围为（0~100）实验结论（白色物体的读取到的灰度值应大于 50，黑色物体的灰度值应小于 50）。注意：各品牌的传感器只能用于本品牌的电脑核心上，不能相互混用。四、机器人的“鼻子” 人们用鼻子来分辨气味，机器人的“鼻子”是用气体分析仪做成的，当遇到某类气体其电阻会发生变化，这样电路上反应出来，机器人接受到后，从而实现如报警等处理方式。现在我们就来了解一下机器人的“鼻子”吧。原理和功能：检测环境是否有烟雾和烟雾的浓度，例如检测起火时的浓烟。烟雾探头碰到烟雾或某些特定的气体，烟雾探头内部阻值发生变化，产生一个模拟值，从而对其进行控制。烟雾传感器利用烟雾敏感电阻受烟雾（主要是可燃颗粒）浓度影响阻值变化的原理向机器人主机发送烟雾浓度相应的模拟信号。烟雾传感器是模拟传感器，接在主板（A2-A6）模拟口跟扩展板的（A16-A31）模拟口。使用前先预热 1—5 分钟（开机 1-5 分钟后使用）。在无烟的房间内，烟雾传感器测试的返回值大概在 75 左右。例如：你可以点支香烟，距离烟雾 50 公分左右时，烟雾传感器测试的返回值在 110 左右，浓烟时，烟雾传感器测试的返回值在 180 左右。编程应用示例： While 1 Print “Bottom=%d”,analog(4) //烟雾传感器接在模拟口 4 上 Sleep 0.5 WEND 运行程序，观察液晶屏显示可知：烟雾浓度越高，返回值越大；烟雾浓度越低，返回值越小。注意事项: 1、环境内的烟雾浓度值是个变量，要取得比较精确的环境烟雾值，可以在一段时间内连续取几次值，再求它们的平均数。这种办法适用于所有的模拟传感器。 2、检测指定环境烟雾时，注意不要受其他烟雾源的干扰。 3、烟雾探头上装有滤烟网，注意在使用时不要堵塞滤烟网，否则会影响检测效果。 4、可以点支香烟，测试烟雾传感器的效果。 [实验]：本实验由老师完成，学生只观看其结果，实验中注意防火。五、机器人的“触觉” 人们用通过身体部分的触觉器官如触碰、温度、温度来感知外界，作出反应。而机器人的触觉传感器仍然是都过相应的触敏元件来反馈接触信号，从而主机处理接受到信号。使用方法与技巧见网上资源： http://www.semia.com/new/robot/RCX/99xx.asp RCX 传感器介绍篇。使用方法与技巧见网上资源： http://www.robotedu.com/Html/kzhfj/133452626.html http://www.robotedu.com/Html/kzhfj/160551151.html 实验三：用乐高机器人做一个碰墙返回的机器人。步骤 1，用乐高设备搭一个机器人，最前面安一个触碰传感器。 2，在 ROBLAB 中编写如下的程序，并下载到乐高 RCX 的中。程序表示：A、B 马达一直前进，当 1 号端口的触动传感器碰到墙后马上退回来。自主学习、探究：自主探究其余的几个传感器。六、机器人的电源机器人的电源是其动力的核心，没有一个稳定的供电系统，你的机器人就无法很好运转，它是一切的有本之源。现目前的所有教育机器人一般都使用直流的 9V~12V 供电，可采用锂电池、碱性电池、可充电的镍氢电池和相应的交流变压器。建议大家平时训练和实验时都使用可充电电池，这样一次性投入可以得到一个经济实惠、稳定的电源。七、探索活动练： 1．将已经认识的几种传感器，填写在下表中。 2. 设计一个声控机器人，无声音时原地不动，“听”到声音时立即向前运动。八、后记第八课机器人走迷宫教材分析：机器人走迷宫是本节课在经过几节实验课后，在掌握了相关知识后的一项大的、传统的，并具有一定任务难度的活动课；它要求我们的同学能够综合前面的所学，加上自己的创造、创新，去分析、解释任务；搭建机器人；写出详细的流程图，并选择一种编程语言如 BASIC 来描述我们的算法，并通过机器人来检验其正确性，通过反复调试最终完成项目任务。教学目标知识与技能：学会任务分析，找出其特点；综合运用红外传感器和相关机器人的知识来完成任务；用 BASIC 语言来编制程序，完成任务。情感态度与价值观：培养团队、合作、交流精神；形成脑力、智力资源共享；不经历风雨，怎么会见彩虹。教学重难点重点：任务分析找准走迷宫的左手法则、或右手法则；搭建机器人；画流程图；编程；调试。难点：迷宫定则的找出，画流程图，编程、下载、调试。学生分析：学生有一定的相关知识，但本节难度比较大，要多引导，多鼓励。教法与学法：问题分解模块化，组内合作、交流、分工；教学过程：走迷宫是一项比较有趣的活动，是国际上最流行的赛事之一，可以考验每个人的记忆力、判断力、分析问题等方面的能力。如图 8-1 所示是一个迷宫场地，要求机器人从起如区出发，寻找一个最佳路径，走完 1，2，3，4 号房间后回到起始区。具体参数如书 P44 页所述。一、任务分析及算法：让机器人沿迷宫的墙壁的某一侧行走可以使机器人走遍迷宫几个房间，这是走迷宫的一般方法，我们称沿左侧行走的方法为左手法则，称沿右侧行走的方法为右手法则。假设按左手法则行走，机器人可以在左边安一个红外传感器来检测左边的墙壁，以确定前进的方向，一只红外传感器伸向前方，避免在前进的过程中撞到前方拐弯处的墙上。根据两只传感器获得的光电信息可以做出以下四种判断： 1．当左边检测到墙壁障碍物时，向前方走，如图 1 所示。 2．当左边和伸向前方的传感器都探测到墙壁障碍物时右转 90 度，如图 2。 3．当左边探测不到墙壁时，左转 90 度，如图 3。二、搭建机器人根据分析搭建一个机器人，因实践发现，由于前方的传感器视觉太小，机器人容易卡死，为了增加机器人视角，在其左前角 45 度处再安装一个红红传感器，配合正前方传感器的工作，这样卡死现象有所改善。搭建如图所示的机器人：（要求机器人要装饰，并给它取名）教师指导其搭建三、画流程图利用左手法则让机器人走迷宫，流程图可参考图 8-4。教师一步的分析。四、BASIC 的两个语句 1.WHILE 条件循环语句格式：WHILE 条件表达式 WEND 功能：当条件满足时，即为真时，执行循环体中语句组。条件表达式得到的是一个布尔值，当返回值为真时，其值在 QB 中可为“-1”或“1”，为假时为“0”。例，WHILE DIGITAL（2）>50 MOTOR( 0,50) MOTOR (1,50) WEND 表示 2 号红外传感器的值当大于 50 时，马达 0，1 按 50 的速度前进，直到 2 号传感器的值小于 50。 2.IF 条件语句格式： IF 条件表达式 THEN 语句组 1 THEN 语句组 2 ENDIF 功能：如果条件表达式成立为真时，则执行语句组 1 后执行 ENDIF 后面的语句；反之，执行语句组 2 后执 ENDIF 后的语句。例如， IF DIGITAL（2）查看更多

九年级下册信息技术教案

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