校園導(dǎo)游智能小車

賀森 安徽省合肥一六八玫瑰園學(xué)校信息技術(shù)教師，市級(jí)學(xué)科帶頭人、骨干教師，合肥市STEAM實(shí)驗(yàn)學(xué)校骨干教師，合肥市信息技術(shù)教師培訓(xùn)基地專家，曾獲第五屆全國(guó)小學(xué)信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)、一師一優(yōu)課部級(jí)優(yōu)課、安徽省信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)、安徽省多媒體教學(xué)設(shè)備維護(hù)技能競(jìng)賽中獲一等獎(jiǎng);多次參與安徽省小學(xué)信息技術(shù)教師用書編寫工作;曾擔(dān)任安徽省“鄉(xiāng)村教師信息化大賽”專家評(píng)委、合肥市“小學(xué)信息技術(shù)教材”培訓(xùn)專家;主持的兩個(gè)省級(jí)課題，均已結(jié)題;撰寫的多篇STEAM、創(chuàng)客論文獲省級(jí)獎(jiǎng)。

課程特色

本課是“探秘智能車”項(xiàng)目課程的第三課時(shí)，學(xué)生通過探索實(shí)現(xiàn)智能小車自動(dòng)識(shí)別線路，根據(jù)線路情況做出相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到智能行駛的效果。本課時(shí)通過問題情境引入，讓學(xué)生完成設(shè)計(jì)路線、組裝小車、編譯程序、控制小車在各個(gè)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到自動(dòng)循跡目的，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)等學(xué)科知識(shí)完成任務(wù)的能力。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能

1.認(rèn)識(shí)循跡模塊，理解智能小車循跡的工作原理。

2.會(huì)安裝循跡模塊，能編寫和調(diào)試程序?qū)崿F(xiàn)小車循跡功能。

過程與方法

1.通過規(guī)劃設(shè)計(jì)路線、識(shí)別路線、沿線行進(jìn)、迭代完善，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)、技術(shù)和工程思維。

2.通過理解循跡模塊四種循跡現(xiàn)象，掌握判斷小車與線道的位置關(guān)系的方法，并通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)小車循跡功能，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

情感態(tài)度與價(jià)值觀

1.通過設(shè)計(jì)制作校園導(dǎo)游智能小車，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)服務(wù)于生活的意識(shí)。

2.通過小組分工實(shí)踐完成任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生合作意識(shí)，提升項(xiàng)目規(guī)劃和實(shí)施能力。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 通過鋪設(shè)線路、安裝循跡模塊、編寫程序、迭代完善程序等步驟，達(dá)到讓小車自動(dòng)沿線行駛的效果。

教學(xué)難點(diǎn) 理解循跡模塊的工作原理，通過編寫調(diào)試程序，以達(dá)到智能行駛的效果。

教學(xué)過程

一、復(fù)習(xí)回顧

通過上兩個(gè)課時(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)組裝小車，編譯程序讓小車實(shí)現(xiàn)直行和后退，并通過紅外傳感器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和避障。教師帶領(lǐng)學(xué)生簡(jiǎn)要回顧前兩個(gè)課時(shí)的知識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：通過回顧學(xué)過的知識(shí)，讓項(xiàng)目在課時(shí)之間產(chǎn)生串聯(lián)，幫助學(xué)生快速回憶已知，為新知學(xué)習(xí)做好鋪墊。

二、創(chuàng)設(shè)情境

教師提出問題：我們學(xué)校經(jīng)常有客人來訪，他們對(duì)學(xué)校的環(huán)境不熟悉，想要快速到達(dá)想去的地方，真不是一件容易的事。能不能用我們學(xué)過的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)會(huì)帶路的智能小車，讓它具有向?qū)У墓δ苣?？如果要讓小車?shí)現(xiàn)校園迎賓引導(dǎo)的功能，我們需要什么技術(shù)呢？

預(yù)設(shè)學(xué)生答案：讓小車能按指定路線行駛。

教師播放小車循跡視頻，學(xué)生觀察視頻中小車的行進(jìn)方式。

小組討論：如何讓小車按照指定路線自動(dòng)行進(jìn)呢？

小組匯報(bào)：先規(guī)劃引導(dǎo)路線，鋪設(shè)黑色線條狀的線路，再讓小車識(shí)別線路，最后沿線路行駛到指定位置。

教師總結(jié)：我們要先設(shè)計(jì)路線，然后讓小車識(shí)別路線后沿線行進(jìn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的參與意識(shí)，營(yíng)造一種學(xué)習(xí)氛圍，幫助學(xué)生形成良好的求知心理，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與活動(dòng)。通過問題引導(dǎo)學(xué)生小組討論，讓學(xué)生將自己的學(xué)習(xí)、生活經(jīng)驗(yàn)與同伴串聯(lián)，在傾聽中相互啟發(fā)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，小組中的每個(gè)人都得到鍛煉，一起進(jìn)步、提高，也讓信息的提取多元、多層次，讓知識(shí)立體化。

三、自主規(guī)劃設(shè)計(jì)

學(xué)生分小組自主規(guī)劃小車行進(jìn)路線，在自主學(xué)習(xí)任務(wù)單中設(shè)計(jì)草圖。

四、講授原理

1.介紹循跡模塊

小車要沿線行駛，必須先能識(shí)別鋪設(shè)的線路。而小車是通過循跡模塊識(shí)別線路的，循跡模塊就是小車的“眼睛”。

循跡模塊位于小車的前部（如圖1），有一組紅外對(duì)管，分別是紅外發(fā)射二極管和紅外感應(yīng)晶體管。一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)射信號(hào)，俗稱發(fā)射管;一個(gè)負(fù)責(zé)接收信號(hào)，稱為接收管。

2.講解工作原理

出示工作原理示意圖（如圖2），講解發(fā)射管發(fā)射的紅外光照射到檢測(cè)面，因?yàn)榘咨珪?huì)反光，因此信號(hào)會(huì)發(fā)射到接收管，接收管接收到信號(hào)后告知單片機(jī)，判斷出小車在白色線路上。如果檢測(cè)面是黑色的，發(fā)射管發(fā)射的光線被吸收，接收管接收不到光，所以判斷出小車在黑色線路上。

學(xué)生認(rèn)識(shí)了循跡模塊并知道了它的工作原理。若小車在線道上行駛，小車與線道會(huì)有幾種位置關(guān)系呢？小組討論，教師巡視。

小組匯報(bào)，其他學(xué)生補(bǔ)充。

教師總結(jié)循跡現(xiàn)象。（如圖3）

設(shè)計(jì)意圖：此部分內(nèi)容是本課時(shí)的難點(diǎn)，學(xué)生從認(rèn)識(shí)循跡模塊，到理解工作原理，最后運(yùn)用原理分析循跡現(xiàn)象，最終得出小車與線道的位置關(guān)系，為下一步通過編程讓小車沿線行駛做好了鋪墊。教師通過小組討論、分享補(bǔ)充的方式引導(dǎo)學(xué)生自己探究發(fā)現(xiàn)、分析循跡現(xiàn)象，既培養(yǎng)了學(xué)生的探究意識(shí)，也讓學(xué)生在傾聽別人回答的同時(shí)反思自己的想法。當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生疑問時(shí)，再回到原理知識(shí)上，思維反復(fù)碰撞，進(jìn)行思考、應(yīng)用、傾聽、反芻、串聯(lián)、鞏固，讓每個(gè)學(xué)生都參與到探究學(xué)習(xí)中，讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生。

五、動(dòng)手實(shí)踐

1.繪流程圖

我們已經(jīng)能判斷出小車與線道有四種位置關(guān)系，當(dāng)小車處于這四種狀態(tài)時(shí)，小車分別該怎么移動(dòng)？請(qǐng)學(xué)生小組討論，完成自主學(xué)習(xí)任務(wù)單上的流程圖。

教師拍照上傳小組補(bǔ)充繪制的流程。（如圖4）

小組匯報(bào)解讀繪制的流程圖。

2.分工實(shí)踐

教師布置任務(wù)：設(shè)計(jì)線路，讓小車能沿著黑線行駛。學(xué)生從鋪設(shè)黑色膠帶、安裝傳感器、編程調(diào)試等方面進(jìn)行小組分工合作，完成智能小車循跡行進(jìn)。（如圖5）

設(shè)計(jì)意圖：通過繪制流程圖可以幫助學(xué)生分解難點(diǎn)，把復(fù)雜問題深度剖析為簡(jiǎn)單可行的操作，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。實(shí)踐過程中，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目不斷迭代優(yōu)化，邊做邊完善。

六、拓展提升

拓展任務(wù)一：小車到達(dá)目的地后能自動(dòng)停止。

拓展任務(wù)二：小車到達(dá)目的地后能返回到原點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：完成基礎(chǔ)任務(wù)的小組，可以挑戰(zhàn)拓展任務(wù)，通過分層設(shè)計(jì)讓每個(gè)學(xué)生都得到深度發(fā)展。

七、展示評(píng)價(jià)

首先任選一小組代表介紹作品，分享設(shè)計(jì)思路、制作過程中遇到的問題和解決方法。然后其他小組進(jìn)行評(píng)價(jià)，說一說設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)、不足及改進(jìn)建議。最后教師評(píng)價(jià)總結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：通過自評(píng)、互評(píng)、師評(píng)等多元評(píng)價(jià)，拓展學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的口語表達(dá)能力。這是對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度的評(píng)價(jià)，更是對(duì)學(xué)生參與協(xié)作學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)。

教學(xué)反思

本課以設(shè)計(jì)校園導(dǎo)游智能小車為起點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從生活實(shí)際需求出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)等學(xué)科知識(shí)的能力，拓展學(xué)生思維，力爭(zhēng)提升學(xué)生的思考探究、交流表達(dá)和團(tuán)結(jié)協(xié)作等能力。