单分支结构走简单轨迹教案

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1、“单分支结构走简单轨迹”教案盐田区沙头角中学李发成授课日期：2012年3月29日第8周星期四 第3节公开类型：盐田区机器人研讨课课型：新授课教学平台：诺宝机器人10.1仿真界面第一部分教案头一、 教材分析：1、 教材不太严谨的地方：(1) P30页的轨迹跑道过于单一，如果增加一边为凹的，则能体现机器人左转右转的能力。(2) P32页机器人位置图中的“1”和“2”中机器人的左右轨迹传感器就移动到轨迹线上。2、教材错误：(1)机器人前面的两个小黑点并不是它的左右轨迹传感器，而是输出模块中的发光灯，教材错误把它当成了传感器的两只眼睛，这样就没法解释后面机器人运行时的位置状态。轨迹传感器的两只眼睛应该

2、是在机器人头部中间的地方，且离的很近，没有标示出来，这从实际“走动”过程可以观察出来。(2)就算教材把那两个黑点说成是机器人的轨迹传感器，但在P32页的图中，情况“1”和情况“2”也应该让一只“眼睛”在轨迹上才对。（3）P32页“当机器人正位于轨迹上时，左右两侧的轨迹传感器探头将同时检测到轨迹”，这句话显然是错误的，假设轨迹的有效（因为轨迹不全是规则且直的）宽度为Width，机器人的两只眼睛的扫描不是一个点而是有一个范围，假设这个范围的最小距离是Distancemin，则只有当DistanceminWidth时，才可能“同时”。（4）P32页表中最后一行“左转或右转都可以”，如果机器人是在轨迹

3、线的左侧，怎么可以左转？那不是越转离线越远了吗？这个时候应该是分情况讨论，使用“通用变量”对行走的“历史”有一个记录，然后根据“历史记录”来确定旋转的方向。3、 教材缺陷：（1）教材P30说到“本任务中的判断条件相对复杂，需要使用多重判断的组合”，教材在这里已经感觉到复杂了，但又不化复杂为简单，先讲单分支再到多重判断。直接用“多重判断”语句来编程，不利于学生的思维由浅入深。（2）教材对于机器人沿轨迹边沿行进没有涉及，影响教材的全面性。（3）缺少由易到难的难度，轨迹编程不深入，如缺少复杂轨迹的讨论；同时也缺少深度，如对沿边沿行走没有讨论，而这一点正能加深学生对轨迹变量理解的。二、 教材处理：针对

4、教材以上的不完善之处，对部分教材作以下补充处理，适当增加内容和课时，以适应学生的身心发展水平和轨迹常规比赛的基本要求要求（本节课为第2课时）：第1课时：按教材P30P32，学习轨迹传感器的原理，制作轨迹跑道。第2课时：补充内容，单分支结构走简单轨迹。第3课时：补充内容：机器人沿轨迹边沿行进的八种模式探究。第4课时：按教材P32P33，多重分支结构走简单轨迹。第5课时：补充内容：含各种拐弯（直角向左、直角向右、锐角向左、锐角向右、含缺口、绕障碍物、火焰等）的轨迹研究，以及终点停止标志的判断。第6课时：补充内容：使用2个轨迹传感器，4只眼睛，使用“通用变量”走复杂轨迹。第7课时：补充内容：双机器人

5、复杂轨迹接力（区科技节比赛内容）。第8课时：补充内容：常规比赛实战训练（市、省、国家比赛内容）。三、 学情分析：这是机器人课程的第7节课，学生前面已经学习过了大部分传感器的功能和使用，能用顺序结构、循环结构、选择结构编辑简单程序让机器人完成单一任务。学生学习机器人的编程还是有兴趣的，特别是对程序运行的结果比较感兴趣，教师要就正确引导学生，怎样才能达到预期的运行结果，带着这样的目的使学生学习到机器人的基础知识，掌握机器人编程的基本技能和方法。四、 教学目标1、 知识与技能：通过复习使学生进一步熟记轨迹变量4种取值和4种状态之间的关系，学会分析机器人沿轨迹边沿行走时的状态与轨迹变量之间的对应关系。

6、学会设计程序流程图，掌握正确修改各模块中的参数的值，能使机器人沿轨迹边沿正确行走，在运行程序时可能遇到的各种问题能够给出合理的理由。2、 过程与方法：通过对机器人行走状态的分析过程、轨迹变量取值的分析过程，归纳机器人沿轨迹边沿行走的方法，进一步总结出左右电机转动速度的变化规律，得到程序设计和参数修改的方法。总之，通过学生自己动手编制机器人程序和在仿真环境中运行程序的过程，掌握单分支结构走简单轨迹的方法。3、 情感态度与价值观：培养学生分析问题和解决问题的能力，在不断探索的过程中提高技能和掌握方法。通过对模块参数的多次修改，体会量变引起的质变，理解“速度”和“稳定性”之间的辩证关系。培养学生的协

7、作精神，让先会的教不会的，让不会的、慢会的向先会的学习。五、重难点和教学方法：重点：轨迹传感器的原理、轨迹变量的取值与机器人状态之间的关系难点：轨迹变量的取值有4种可能，为什么单分支结构就可以使机器人沿轨迹运行？教学方法：任务驱动法、探索法、讲解法的灵活运用任务一熟练掌握4种轨迹变量的含义。任务二理解机器人左“眼”沿轨迹线右侧“摆动式行进”时轨迹变量的变化。任务三设计流程图，设置模块参数，能使机器人左眼沿轨迹右边沿行进。六、教学提醒：轨迹变量值的含义，上节虽然已经讲过，但这节还要重点复习，并且增加在大屏幕上停留的时间，因为这是贯穿整个教学过程的主线。讲授这一课时，以设计单分支走简单轨迹的机器人

8、程序为主，重点在编程思路的讨论上，引导学生把思路理清，设计出完整的程序流程图，然后再修改各模块的参数使机器人能正常在轨迹上行走。七、课前准备：1、开好电脑，把上节课画好的轨迹曲线图预先传到学生机的桌面上。2、开好投影机，把教材P32页的内容投影在大屏幕上。3、把学案发到学生手上。八、教学活动： 活动阶段教师活动学生活动学生互动师生互动时间(分钟)复习过渡投影教材上轨迹变量的值并加以说明填写表格同桌互对说出答案抽查答案修改错误6引导铺垫用肢体动作演示机器人行走过程填写5种情况下的轨迹值前后互对抽查答案提问原因3编程预备解释左眼沿轨迹右边沿的含义填写表格讨论0、1的变化过程检查结果5程序流程图对流

9、程图的说明绘制流程图互相检查展示流程图3参数设置程序运行对左右、快慢的解释说明设置模块参数自我完成察看学生运行情况10观察思考提出问题动脑思考讨论提问回答3动手实践问题的提出调节左右速度观察对方和自己比较和学生一起总结规律5举一反三提出问题学生思考互相讨论下节提问2归纳总结引导学生先总结互相补充点评2拓展练习展示题目课后思考互对答案下节点评1第二部分教案体一、 复习过渡：轨迹变量的取值有4种，分别是1，2，3，0，它们对应下表图示的4种状态，请根据表中图示列机器人的位置填写表格中其它单元格内容。图示轨迹变量左眼看轨迹右眼看轨迹相对轨迹中线的偏离方向调整方向电机速度=1能看到看不到偏右了向左调整

10、左慢右快=2看不到能看到偏左了向右调整左快右慢=3能看到能看到没偏直行左右等速=0看不到看不到脱线了寻线分情况 若按以上表格内容编写的程序比较复杂，因为在程序中有4种情况需要考虑，本节课通过简化机器人行进时轨迹变量的值编写比较简单的程序。二、引导铺垫：已知机器人的两眼曈距为1.2CM，则在一条宽度为2CM的简单轨迹线上，从左到右连续移动机器人，则“轨迹变量”的值会有如何变化？请把轨迹变量的值填写在下面对应的括号中。 （0）（2）（3）（1）（0）在轨迹变量发生变化的临界点（如0、2互变、2、3互变、3、1互变、1、0互变）机器人的位置、左右“眼睛”的变与不变如下表（学案中不在这个地方解释说明，

11、后面用到）：轨迹值0，22，33，11，0位置右眼沿轨迹线左边沿左眼沿轨迹线左边沿右眼沿轨迹线右边沿左眼沿轨迹线右边沿变化右眼有变化左眼有变化右眼有变化左眼有变化三、编程预备（以左眼睛沿轨迹右边沿为例）：在宽度为2CM的简单轨迹线上行走的机器人，假设（情况之一）它的左眼睛始终在轨迹线的右边沿小幅度摆动，如果左眼一看到轨迹就立马往右调整，左眼一但看不到轨迹就立马往左调整，如下图：请根据图示填写下表：轨迹值左眼右眼左眼位置左眼相对右边沿偏向调整方向电机速度1能看到看不到右边沿左侧偏左了向右左快右慢2不可能3不可能0看不到看不到右边沿右侧偏右了向左左慢右快四、程序流程图：在不考虑“终点判断”的简单情

12、况下，可以让机器人“永久循环”，一路走，一路不停地轨迹识别，然后对轨迹变量所采集到的值进行判断并相应处理，因为在该情况下，变量的值只可能取到2种情况，所以采用单分支结构，如下图。五、设置参数、运行程序：在这种情况下，轨迹变量的值其实只有两种情况，非1即0，为1时使其向右转成为0，为0时使其向左转成为1，机器人的左眼睛始终在轨迹线的右边沿附近“摇摆式前进”。如下表：轨迹值可能性转向=1可能向右!=12不可能向左30可能根据上表设计各模块参数如下：代码段不要求学生掌握，但教师必须掌握：int main(void) /主程序/ init_devices(); /初始化设备/ while(1) /永久

13、循环/ GetColor(0); /取轨迹变量的值/ if(color_1=1) /如果轨迹变量=1/ HighMotor(10,5); /左10右5/ else /否则/ HighMotor(5,10); /左5右10/ 观察思考：1、机器人的初始位置不对就不能正常行走，那么对机器人初始位置的放置有什么要求？2、观察机器人的行走过程，发现机器人的两只眼睛并没有按理论要求走在轨迹线的相应位置，这是为什么？提示：实际轨迹传感器的眼角距为0.8CM，瞳孔距为1.2CM，仿真机器人的尺寸为20CM，而机器人前面的两个黑点的距离有10CM左右，说明这两个黑点是轨迹传感器的两只眼睛吗？有何证据说明是还是

14、不是？如果不是，机器人的眼睛大概位置在那里？3、在粗细不同的轨迹上，有没有区别？动手实践：电机的速度在“非后退”方向有0到10共11个档位，假设左电机的速度为VL，右电机的速度为VR，则在“是”分支，VLVR 0表示向右转，在“否”分支，VLVR 0，表示向左转，VLVR的大小将影响到机器人的速度和稳定性，这里的电机速度只是举了一个例子而已，同学们试试修改左右电机的速度观察机器人的行走结果。（其实，用-1，-2也可以，这点本节课先不向学生说明）（以上为本节课的主要内容，以下内容在本节课只是提出问题，让学生课后思考）举一反三：修改“条件判断”中“表达式”的“轨迹变量n”的值，同时也交换分支结构“

15、是”分支和“否”分支“高速电机”中左、右电机的转速，观察机器人还能不能沿轨迹行走？ （本节课如时间不足，可改为课外思考，下节再讨论）轨迹变量电机转速能否沿轨迹沿轨迹那一边“是”分支“否”分支1左快右慢左慢右快能右边左慢右快左快右慢能中间偏右2左快右慢左慢右快能中间偏左左慢右快左快右慢能左边3左快右慢左慢右快能中间偏右左慢右快左快右慢能中间偏左0左快右慢左慢右快能左边左慢右快左快右慢能右边小结归纳：无论是左慢右快，还是左快右慢，无论是轨迹变量1，还是2，3，0，只要电机转速合适，机器人都能沿轨迹行走，为什么？（本节课堂只观察结果，不分析原因，留一个悬念，给学生留下思考的空间，下节课研究）学生思考

16、后填写下表（课外完成）：机器人前行方式及位置变量取值右眼在左边沿左右摆动式前行0,2左眼在左边沿左右摆动式前行2,3右眼在右边沿左右摆动式前行3,1左眼在右边沿左右摆动式前行1,0 探索发现：（后节课再涉及，但教师备课时应该要超前想到）对于同样的程序，在几乎相同的轨迹上，轨迹角弯处有细小的差别，行走成功与否会有区别。让学生绘制相近似的轨迹，试一试。六、练习与提高（下节课前检查，为下节课做铺垫）：1、在一条宽度为0.5cm的简单轨迹线上，从右向左连续移动机器人，则“轨迹变量”的值会有如何变化？ （ 0 ）（ 1 ）（ 0 ）（ 2 ） （ 0 ）2、在宽度为2CM简单轨迹线上行走的机器人，（1）

17、“轨迹变量=1”表示机器人（A）。A.只有左眼看到了轨迹线B.只有右眼看到了轨迹线C.双眼均看到了轨迹线D.两眼均没有看到轨迹线（2）“轨迹变量=3”表示机器人（C）。A.只有左眼看到了轨迹线B.只有右眼看到了轨迹线C.双眼均看到了轨迹线D.两眼均没有看到轨迹线（3）当“轨迹变量=1”时机器人向左调整方向，则必然会使“轨迹变量=( 3 )”，当轨迹变量的值发生了变化时，立即向右调整方向，则轨迹变量的值又会返回1。在这种情况下，轨迹变量不可能等于（0和2），这时轨迹变量的值非1即（3），如下图：第三部分教案尾课外研究：（在仿真界面中） 对于不同宽窄的轨迹线，发现机器人行进时有何不同？ 对于拐角弧度大小的不同，发现机器人电机速度改变时的影响。 方向调整时能否用倒档？ 同样的轨迹线，同样的程序，机器人初始位置是否恰当将影响机器人能否按轨迹行进，开始放置机器人时，应注意那些事项？课外实践：有条件的同学，动手搭建一个机器人，使其能沿轨迹行走（课外活动小组）。下节预习：轨迹第3节：“举一反三”中其它7种情况和详细研究教学反思：（教学后记在教学结束后回顾总结）1、 压缩理论教学，增加实操时间。2、 应该提醒同学们不要重开机。3、 应该教学生如何打开轨迹。课后辅导记录： 8