“紅外傳感器”項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

邵媛

學(xué)科核心素養(yǎng)

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

②在實(shí)踐活動(dòng)中采用計(jì)算機(jī)的學(xué)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(guān)系;通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案。（計(jì)算思維）

③理解數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的工作原理，主動(dòng)利用數(shù)字化學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)工具開展自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)思維的發(fā)散與創(chuàng)新，助力終身學(xué)習(xí)能力的提高。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）

④關(guān)注信息技術(shù)革命所帶來的社會(huì)責(zé)任和人文價(jià)值。（信息社會(huì)責(zé)任）

學(xué)情分析

本課的教學(xué)對象為九年級(jí)的學(xué)生。學(xué)生對機(jī)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(xué)習(xí)紅外傳感器及制作紅外傳感機(jī)器人打下了知識(shí)基礎(chǔ)。對生活中各類紅外傳感器應(yīng)用場景的接觸也為本課學(xué)習(xí)奠定了經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，有助于思維的發(fā)散與創(chuàng)新，從而設(shè)計(jì)制作出個(gè)性化的紅外傳感機(jī)器人。

教學(xué)目標(biāo)

①通過對紅外傳感器應(yīng)用場景的討論，感受紅外傳感器的應(yīng)用需求，體會(huì)紅外傳感器的應(yīng)用和價(jià)值。②通過認(rèn)識(shí)紅外傳感器的工作方式，梳理出紅外傳感器的工作流程，實(shí)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(dá)的抽象邏輯思維的升級(jí)。③通過實(shí)驗(yàn)研究探測機(jī)器人，感受數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)獲取分析的過程，體驗(yàn)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法。④通過制作迎賓機(jī)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(guān)系，體驗(yàn)運(yùn)用算法思維分析問題、解決問題的過程。⑤通過設(shè)計(jì)制作個(gè)性化智能機(jī)器人的拓展探究環(huán)節(jié)，系統(tǒng)有效地管理整個(gè)設(shè)計(jì)制作過程，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。⑥在利用機(jī)器人技術(shù)和工具創(chuàng)造性解決生活中實(shí)際問題的過程中，體會(huì)新技術(shù)的價(jià)值和責(zé)任。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)：了解紅外傳感器的工作原理;實(shí)驗(yàn)與完善探測機(jī)器人;制作與調(diào)試迎賓機(jī)器人。

難點(diǎn)：運(yùn)用紅外傳感器制作個(gè)性化的智能機(jī)器人。

教學(xué)策略分析

本課的設(shè)計(jì)以學(xué)生為主體，從學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)、興趣、個(gè)性化培養(yǎng)出發(fā)，以設(shè)計(jì)制作紅外傳感機(jī)器人為項(xiàng)目主線，借助數(shù)字化學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)工具，重視知識(shí)和技能的掌握、能力和素養(yǎng)的提升。

項(xiàng)目準(zhǔn)備

學(xué)生機(jī)器人、含紅外傳感器的迎賓器（學(xué)生進(jìn)門時(shí)語音提示“歡迎光臨”）、學(xué)習(xí)材料。

教學(xué)過程

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

1.項(xiàng)目布置

師：今天你們進(jìn)教室時(shí)有沒有發(fā)現(xiàn)什么特別之處？

生：門口的“迎賓器”會(huì)自動(dòng)發(fā)出“歡迎光臨”的問候語。（教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“迎賓器”是“自動(dòng)”感知信息的）

分析1：為什么會(huì)“自動(dòng)”感知？

學(xué)生仔細(xì)回想剛進(jìn)教室時(shí)的經(jīng)歷，想到迎賓器頂端有盞紅色的小燈，每當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，小紅燈會(huì)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(xué)生大膽猜測：外貌、聲音、身高、體重……

教師提供文字材料，學(xué)生閱讀，初步體驗(yàn)，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(shí)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(huì)發(fā)出“歡迎光臨”的聲音。

教師引導(dǎo)要把研究焦點(diǎn)集中到“紅外傳感器”上，引出本課項(xiàng)目主題——利用紅外傳感器設(shè)計(jì)制作一款個(gè)性化的智能機(jī)器人。

設(shè)計(jì)意圖：從生活中的情境、學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，導(dǎo)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(xué)生自主歸納出迎賓器的工作過程。在這個(gè)過程中，引導(dǎo)學(xué)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(xiàng)目實(shí)施

活動(dòng)一：項(xiàng)目知識(shí)補(bǔ)給站——認(rèn)識(shí)紅外傳感器

以小組為單位提供“紅外傳感器”實(shí)物，學(xué)生近距離觀察紅外傳感器的外觀，體會(huì)其小身材、大用途，同時(shí)拆開迎賓器，找出迎賓器中的紅外傳感器。

教師課件動(dòng)畫展示紅外傳感器的原理，并引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想生活中的紅外傳感器的實(shí)際應(yīng)用，如感應(yīng)水龍頭、自動(dòng)門、感應(yīng)電梯等。之后回到紅外傳感器的工作過程分析，引導(dǎo)學(xué)生畫出工作流程圖，讓學(xué)生清晰了解紅外傳感器的工作原理。教師引導(dǎo)要把研究焦點(diǎn)集中到將紅外傳感器搭建到機(jī)器人身上。

設(shè)計(jì)意圖：通過觀察實(shí)物和動(dòng)畫、聯(lián)想生活應(yīng)用實(shí)例、抽象出工作流程圖，從感性認(rèn)識(shí)到抽象建模，層層推進(jìn)，既讓學(xué)生對紅外傳感器的工作原理有更具體深刻的認(rèn)識(shí)，又實(shí)現(xiàn)具體形象思維向抽象邏輯思維的過渡。

活動(dòng)二：體驗(yàn)探測機(jī)器人

①活動(dòng)分析。目標(biāo)分析：利用機(jī)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(xué)生機(jī)器人”上紅外傳感器的位置。程序分析：在機(jī)器人平臺(tái)中打開“機(jī)器人探測.dat”文件，分析程序算法，引導(dǎo)繪制程序流程圖。

②實(shí)驗(yàn)測試。程序?qū)懭霗C(jī)器人中并執(zhí)行，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)容易受到環(huán)境光線的影響，嘗試進(jìn)行光線干擾實(shí)驗(yàn)并記錄。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)研究探測機(jī)器人，進(jìn)一步理解紅外傳感器和探測機(jī)器人的工作原理;通過參與實(shí)驗(yàn)，總結(jié)紅外傳感器的工作特性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的治學(xué)態(tài)度;通過獲取、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生理解傳感器數(shù)據(jù)對程序目標(biāo)功能的影響，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)思維。

活動(dòng)三：制作迎賓機(jī)器人

①活動(dòng)分析。目標(biāo)分析：紅外傳感器檢測到有人從機(jī)器人面前經(jīng)過，機(jī)器人發(fā)出個(gè)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(jī)器人面前經(jīng)過時(shí)，機(jī)器人不做動(dòng)作。算法分析：引導(dǎo)繪制迎賓機(jī)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(zhǔn)備環(huán)境：拉上教室窗簾，打開日光燈，準(zhǔn)備好學(xué)生機(jī)器人。修改程序：進(jìn)入機(jī)器人平臺(tái)，打開“機(jī)器人探測.dat”，修改程序?yàn)橛e機(jī)器人的程序。運(yùn)行調(diào)試：觀察不同物體經(jīng)過時(shí)機(jī)器人的反應(yīng)，調(diào)試程序以達(dá)到想要的效果。

③活動(dòng)效果展示，師生共同點(diǎn)評(píng)。

設(shè)計(jì)意圖：在明確機(jī)器人的目標(biāo)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(guān)系，將現(xiàn)實(shí)情境的聯(lián)系抽象為程序世界的邏輯關(guān)系，幫助學(xué)生加深對算法執(zhí)行過程的理解，培養(yǎng)學(xué)生的算法思維。

拓展活動(dòng)：設(shè)計(jì)制作個(gè)性化智能機(jī)器人

①活動(dòng)分析。目標(biāo)分析：開展頭腦風(fēng)暴，討論運(yùn)用紅外傳感器還可以制作哪些更有趣、更環(huán)保、更實(shí)用的智能機(jī)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(wù)分解為可操作的小任務(wù)，化整為零，分步突破;引導(dǎo)繪制個(gè)性化機(jī)器人流程圖。結(jié)構(gòu)分析：根據(jù)目標(biāo)，調(diào)整傳感器。

②編程調(diào)試。設(shè)計(jì)程序：進(jìn)入機(jī)器人平臺(tái)，根據(jù)流程圖設(shè)計(jì)個(gè)性化程序。運(yùn)行調(diào)試：觀察機(jī)器人效果，調(diào)試程序以達(dá)到想要的效果。

③活動(dòng)效果展示，師生共同點(diǎn)評(píng)。

設(shè)計(jì)意圖：通過從整體到局部的分解思維，分析傳感器在這個(gè)過程中的各個(gè)狀態(tài)，再組合各個(gè)狀態(tài)，推導(dǎo)出機(jī)器人可能遇到的各種情況，實(shí)現(xiàn)技術(shù)關(guān)聯(lián)到意義關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換。學(xué)生們在有意識(shí)地?cái)[弄學(xué)習(xí)中主動(dòng)探究，經(jīng)歷“記錄問題狀態(tài)—設(shè)計(jì)優(yōu)化措施—實(shí)踐中檢驗(yàn)效果”的反復(fù)迭代的過程，培養(yǎng)系統(tǒng)工程思維，并在創(chuàng)新實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)思維發(fā)散與創(chuàng)新。

3.項(xiàng)目評(píng)價(jià)

師：今天我們學(xué)習(xí)了紅外傳感器，并應(yīng)用紅外傳感器制作了智能機(jī)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(dòng)、自主探究、作品情況，請你填寫《項(xiàng)目合作分工表》《項(xiàng)目作品評(píng)價(jià)表》和《項(xiàng)目活動(dòng)反思表》，對自己本節(jié)課的項(xiàng)目學(xué)習(xí)做一個(gè)全方位的評(píng)價(jià)，記得和老師同學(xué)們分享哦！

設(shè)計(jì)意圖：總結(jié)提升，激發(fā)學(xué)生深入學(xué)習(xí)機(jī)器人知識(shí)的興趣，并從思維、能力、習(xí)慣、作品等方面進(jìn)行全方位評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，啟動(dòng)元認(rèn)知實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。