初中信息技术第3课 让开源机器人动起来——为开源机器人编程教学设计

这是一份初中信息技术第3课 让开源机器人动起来——为开源机器人编程教学设计，共5页。教案主要包含了项目分析，探究新知，项目实施等内容，欢迎下载使用。
粤教版信息技术九年级上第3课让开源机器人动起来教学设计课题 让开源机器人动起来单元第二单元学科信息技术年级九年级学习目标知识目标：了解电机扩展板的用途；熟悉电机和电机扩展板的正确连线。技能目标：掌握编程驱动直流电机工作，实现前进、后退、左转弯、右转弯。情感目标：自己搭建机器人，增强探索机器人的兴趣。重点熟悉电机和电机扩展板的正确连线；掌握编程驱动直流电机工作，实现前进、后退、左转弯、右转弯。难点根据机器人走不同的几何轨迹图形设计算法。 教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课我们已经了解 Arduino开源机器人的硬件，机器人也被初步搭建起来了。现在我们开始编程驱动它，实现前进、后退及转弯，让它能逆时针走一个正方形。思考 激发学生学习兴趣并快速进入学习状态讲授新课一、项目分析（一)项目要求设计一个如图所示的机器人让机器人逆时针按一个正方形的图形轨迹行走(如图所示)(二)实现思路1.在上一节课搭建的机器人的基础上，连接好线路。2.编程实现让机器人前进5秒，然后向左转弯90度。重复直行、左转弯4次这样的步骤，从而实现机器人按一个正方形图形轨迹逆时针行走。(三)所需器材本项目所需的器材如下表所示。(四)所需软件编程软件是 EDUArduino2.0，内嵌图形编程模块是ArduBlock。二、探究新知(一)电机扩展板低功率的小直流电机可以直接连接在 Arduino UNO主控板的数字引脚上，设置高电平驱动它，但是却无法灵活实现正反转;Arduino的数字引脚的电流比较小，大功率电机无法直接驱动，因此需要引人电机扩展板。本项目采用的电机扩展板如图所示， Arduino UNO主控板和电机扩展板是通过上下堆叠的形式进行连接的，电机扩展板再通过引脚，用导线和直流电机连接。电机扩展板上的接口VIN和GND是外接电源的正极和负极，输入电压范围为5~9V电机扩展板的4个引脚的功能如表所示。直流电机、电机扩展板和主控板的完整连接如图所示。很多直流电机的正负极没有进行明显标识，因为大多数直流电机正负极都是可以反接的，改变电流的方向，电机的转向也随之改变。安装上电机扩展板的“智能小车”外观如图所示。(二)驱动电机组装好硬件后，机器人还不能运行，我们可以用EdUArduino2.0内嵌的 ArduBlock流程图编程工具编写程序驱动它。电机的速度值可设置为-255～+255，负值表示后退，正值表示前进，0表示停止。电机的转向可以通过调整电机的正负极接线顺序，使速度的正负值和转向保持一致，方便编程。实践参照下图，编程实现机器人前进2秒，然后再后退2秒。一般地，把机器人的左电机接在A引脚、右电机接在B引脚。在 Ardublock编程中电机扩展板A引脚连接的电机对应编程图形模块                             的电机M1 B引脚连接的电机对应编程图形模块的电机M2。交流上述程序为何写在设定模块里面，而不是写在循环模块里面?如果把上述程序放在如图所示的循环模块里面，会出现什么情况?放在设定模块里，小车只执行一次程序。放在循环模块里，小车重复执行程序我们知道如何控制机器人前进和后退了，那如何实现转弯呢?交流设置机器人左电机的速度大于右电机的速度，观察机器人行走的情况；设置机器人左电机的速度小于右电机的速度，观察机器人的行走情况，将结果填入下表。通过实践可知，当机器人左右电机存在一定的速度差，则机器人会偏离直线行走，当速度差大到一定值时，便实现转弯。 当左电机的速度小于右电机的速度，机器人左转;当左电机的速度大于右电机的速度，机器人右转。探究图中的(a)和(b)程序都是实现机器人左转，请观察行走的轨迹，看有什么不同。（a）原地直角左转。（b）前进中左转实践编程实现控制机器人右转弯。三、项目实施(一)硬件安装硬件的接线按下表所示进行电机扩展板的A引脚连接机器人的左电机(左轮)，对应编程软件的电机运行模块的电机编号M1B引脚连接右电机(右轮)，对应电机编号M2(二)算法设计机器人逆时针走正方形的算法流程如图所示。(三)编写程序因为机器人行走速度各有不同,要实现转弯90度，需要根据实际情况，调整转弯的实际延迟时间。用 ArduBlock编程实现上面算法的程序，如图所示在该程序中，变量n控制直行和转弯重复执行的次数（四)效果检验将程序上载到 Arduino UNO主控板，运行机器人，测试它的实际行走情况探究探究机器人实际运行的效果，把结果记录在下表中。经过实际效果验证，我们发现，机器人会沿着一个正方形逆时针行走从而实现了该项目的设计要求。实践与创作1.设计机器人逆时针走圆。课堂检测1.驱动电机转动，需要用到如下哪组硬件(     )        Arduino主控板、电机扩展板、直流电机       B.电机扩展板、直流电机C. Arduino主控板、传感器扩展板、直流电机   D.电机扩展板、传感器扩展板、直流电机2.关于电机扩展板，下面说法正确的是(     )A.大功率的电机不需要电机扩展板也可以驱动B.电机扩展板可以用来驱动大功率的电机C.电机扩展板的引脚是和 Arduino主控板的模拟端口连接的D.电机扩展板驱动大功率电机一般不用外接电源         通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。                             通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。                    学生小组间讨论，共同完成任务，并分组汇报。             学生小组间讨论，共同完成任务，并分组汇报。               通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。       学生小组间讨论，共同完成任务，并分组汇报。        通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。                        学生小组间讨论，共同完成任务，并分组汇报。          通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务，                              通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务，                     培养学生动手操作能力，并且锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。             培养学生动手操作能力，并且锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。              通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务，        培养学生动手操作能力，并且锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。       通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务，                          培养学生独立完成练习的能力。 课堂小结分小组总结归纳，教师补充。各组汇报总结，其他小组成员做补充。锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。布置作业1.设计机器人顺时针走一个等边三角形的轨迹请举例说明。  板书一、项目分析（一)项目要求(二)实现思路(三)所需器材(四)所需软件二、探究新知(一)电机扩展板(二)驱动电机三、项目实施(一)硬件安装(二)算法设计(三)编写程序（四)效果检验