粤高教版 (2018)九年级全册第4课 制作“害羞”机器人——超声波传感器及其应用教案
展开粤教版信息技术九年级上第4课制作“害羞”机器人教学设计
课题 | 制作“害羞”机器人 | 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：了解超声波传感器的用途和工作原理；了解超声波传感器的使用方法。 技能目标：理解害羞机器人的算法原理及程序；理解害羞机器人的设计与制作。 情感目标：制作害羞机器人，增强机器人探索的兴趣。 | ||||||
重点 | 应用超声波传感器侦测距离；理解害羞机器人的算法原理及程序；理解害羞机器人的设计与制作。 | ||||||
难点 | 编程实现“害羞”机器人。 | ||||||
教学过程 |
教学环节 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
导入新课 | 视频：《机器人走迷宫》 视频中的机器人能够走迷宫，其中一个有趣的动作就是，当靠近墙时，它就“害羞”地停止，让后转弯，好像长了眼睛一样，你知道其中的原理吗?这节课我们将制作一个“害羞”机器人，探索其中的奥秘。 | 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 制作一个外观如图所示的机器人，并让机器人产生“害羞”的动作。当人靠近时，它后退;当人远离时，它就前进。 (二)实现思路 1.根据项目需求选择合适的开源硬件，完成机器人硬件的组装。 2.编写程序，利用超声波传感器监测机器人和人之间的距离。当距离小于或等于临界值时，驱动机器人后退;当大于临界值时，驱动机器人前进。 (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，图形编程模块是ArduBlock。 二、探究新知 (一)超声波传感器 本项目中，超声波传感器的外观如图所示。 它的引脚共有4个，引脚名称和用途如表所示。 探究 到图书馆或上网搜索超声波传感器的有关知识，理解其工作原理。 超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。 超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。 不同的超声波传感器可测的距离不一样，例如HC-SRO4超声波传感器可提供2～400Cm的非接触式距离感测功能。 (二)超声波传感器测量距离 超声波传感器测距离是利用时间差测距法。 通过超声波发射器向某一方向发射超声波，从发射开始计时，超声波在空气中传播时碰到障碍物就反射回来，接收器在收到反射波时立即停止计时。 设超声波在空气中的传播速度为V ，而根据计时器记录测出发射和接收的时间差为△t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S 即S＝V・ △t /2 实践 用超声波传感器測量传感器和物体间的距离。 1.硬件接线 超声波传感器的TRIG和ECHO引脚，以及 Arduino传感器扩展板的数字引脚连接，这里TRIG连接传感器扩展板的数字引脚D2，ECHO连接数字引脚D3，硬件接线如下表所示 连接实物图如图所示 2.编写程序，在串口监视器中显示超声波传感器所测距离值(Cm)，如图所示。 探究 利用上述程序，把超声波传感器放在与物体的不同距离上进行测量，并把实际距离与超声波传感的测量值结果填入下表 探究发现，物体的实际距离(单位:cm)与超声波传感器的测量值（ ）(存在/不存在)误差，误差范围在（ ）内 三、项目实施 (一)硬件安装 主控板、传感器扩展板、电机扩展板通过垂直堆叠的方式连接。 超声波传感器与传感器扩展板的连线如表所示 直流电机与电机扩展板间的连线如表所示。 电机扩展板因为已经占用了主控板的数字端口D4、D5、D6、D7，所以传感器不能再用这4个端口了。 为了避免端口冲突，选择把超声波传感器的TRIC引脚连接到传感器扩展板数字引脚D2，ECHO引脚连接到数字引脚D3。 (二)算法设计 根据本项目的功能要求，算法流程如图所示。 (三)编写程序 用 ArduBlock编程实现上述算法，程序如图所示。 (四)效果检验 将程序上载到 Arduino主控板，运行机器人程序，测试机器人的行走情况。 探究 探究人与超声波传感器间的不同距离，检验机器人的反应，把结果记录在下表中 探究发现，机器人与人的距离（ ）(小于/大于)（ ）Cm，机器人（ ）(前进/后退);距离（ ）(小于/等于/大于)（ ）cm，机器人（ ）(前进/后退)。 实践与创作 1.设计一个不会跌落的机器人，当机器人走到桌子的边缘时，它会调整方向，始终不会从桌子上跌下来。 课堂检测 1.关于超声波传感器，下列说法正确的是( ) A.超声波的率很低 B.可以用它来侦测距离 C.超声波有三根连接线 D.超声波传感器的Trig和Echo针脚要连接在主控板的模拟端口上2.下列应用情景，不能用超声波传感器实现的是( ) A.测量人的身高 B.测量与墙壁的距离 C.测量光线的亮度 D.测量是否有障碍物 |
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。
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。
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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。
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。
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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、设计一个靠着墙走的机器人 |
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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)超声波传感器 (二)超声波传感器测量距离 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 |
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