微课助力高效信息技术课堂——《探秘循迹机器人》教学案例

王相瑞

本课节选自广东高等教育出版社《信息技术》七年级下册B版第二章“智能机器人程序设计初步”第七节“制作循迹机器人”。主要知识点是利用轨迹识别传感器、多重判断的选择结构实现“机器人自动按轨迹线行走”的程序。这节课旨在激发学生学习、探索机器人技术的兴趣，在积极探索问题的过程中，养成善于思考分析、归纳总结、动手创新的习惯和能力。

通过前面的学习，学生学会了画流程图、认识循环结构和选择结构、仿真界面调试等知识，具备了基本的编写程序的能力。但是根据不同的情境灵活运用所学知识进行编程和调试的技巧还不熟练。通过本课的程序流程分析，巩固算法设计、循环结构、选择结构、多重判断、仿真调试等知识并进行综合运用。通过一个新的传感器——轨迹识别传感器的学习，进一步理解传感器在机器人技术中的作用和应用。

教学目标

知识与技能：初步了解轨迹识别传感器的构成和工作原理，能够编写出“自动按轨迹行走的循迹机器人”程序并在仿真界面调试成功。

过程与方法：通过自主学习，小组合作探究，了解轨迹识别传感器的构成和工作原理；通过图片、顺口溜策略，理解轨迹变量4个返回值的含义并能正确应用到程序编写中；通过任务驱动、问题引导、小组讨论、思维导图策略，理清循迹机器人程序设计的思路，学会综合使用循环结构和选择结构编写程序，体验和感悟探究的一般过程。

情感、态度与价值观：学会把大任务分解成多个子任务解决问题，培养编程思维；在探索过程中，善于思考和分析，并能归纳总结，体验成功与失败；在与他人交流中，感受创新的乐趣。

教学重点、难点

重点：理解轨迹识别传感器4个返回值分别代表的含义；实现循迹机器人的程序设计。

难点：使用多重条件判断让机器人检测轨迹识别传感器的状态，明确左转、右转和直行。

教学过程

1. 激趣导入

播放视频（学校正在进行长跑比赛，操场上你追我赶，加油声此起彼伏，好热闹呀！突然出现了一个奇怪的运动员——机器人，它也来参加长跑了。）教师请学生观察这个机器人有什么特点。（板书：探秘循迹机器人）

生：机器人沿着轨迹线走。

教师提示学生注意轨迹线的颜色与周围颜色的差别。

设计意图：通过运动会情境创设，唤醒学生情绪体验，激活学生思维，把学生带入到问题思考中来，引出所要学习的主要知识点。

2. 任务分析

师：想一想，机器人如何能识别轨迹，从而沿着轨迹线行走呢？（板书：轨迹识别传感器）

师：机器人如何能做到沿着轨迹线行走而不会偏离轨迹线呢？要想弄明白这个问题，我们还得从了解轨迹识别传感器开始。

设计意图：通过两个关键问题，把机器人循迹任务分解为两个子任务，引出新知的学习，为学生探究机器人循迹技术提供方向指引。

3. 自主学习，认识轨迹识别传感器

教师出示自学任务：可以利用微课“认识轨迹识别传感器”、学案或课本P64-P66自主学习轨迹识别传感器。

自学任务及要求：（1）轨迹识别传感器有哪些构成？（2）请说出轨迹识别传感器的功能，并在RC软件界面对模块进行正确设置。（3）轨迹变量4个返回值分别代表与轨迹线有怎样的位置关系？你是用何种方法记住它们的？（提示图片策略和顺口溜策略）

教师提问自学情况。

师：盲道与我们走的道路有什么不同？盲人走盲道时，手中的棍子起到探测障碍物的作用，那么盲人的双脚起到什么作用？它与轨迹识别传感器的功能有什么相似之处？

设计意图：考虑到学生学习方式、学习习惯、认知风格的差异，提供不同类型的学习支架服务于学生的学。与学案、教材相比，微课通过视频动画更生动、形象、立体、逼真地展现了轨迹识别传感器的工作原理，体现了其作为学生自主学习资源的优势。通过实际生活中盲人走盲道的实例类比轨迹识别传感器的工作原理，加强理解。建议学生用顺口溜和图片策略学习知识，渗透学习方法。通过一道选择题，提醒学生表达式的正确写法，与已经学过的红外避障变量表达式对比理解记忆，厘清易混淆知识点，突破难点。

4. 头脑风暴

怎样编写程序实现机器人沿着轨迹“走”呢？教师请各小组头脑风暴，讨论编程思路，鼓励学生利用思维导图策略，最后由小组代表汇报结果。

教师引导学生认识各组方案共同点：偏左，则右拐；偏右，则左拐；不偏的话就直行。

师：用什么模块、怎样实现机器人左转、右转、直行功能？（引出高速电机与转弯模块的区别）

教师双手模拟车轮游戏，启发学生如何设置高速电机模块。

（1）下列哪种设置可以让机器人执行右转动作？

A.左速2，右速8 B.左速0，右速10

C.左速10，右速0 D.左速10，右速10

讨论总结出轨迹变量返回值与机器人执行动作的关系。（板书）

（2）当轨迹变量==2时，机器人在什么位置，将如何行动？

A.机器人在轨迹线上，需直行；B.机器人在轨迹线右侧，需左转；C.机器人在轨迹线的左侧，需右转；D.没有检测到轨迹线，需转圈去找。

师生整理总结编程思路。

设计意图：通过头脑风暴，打开学生思维的大门，碰撞智慧火花，渗透“先思后行”解决问题的思想。运用思维导图策略渗透学习方法。通过双手模拟车轮游戏，帮助学生理解如何设置高速电机以实现左转、右转和直行功能，突破难点。通过一道选择题深化巩固理解高速电机设置。最后总结完善思维过程，理清思路，为实施编程做充分铺垫。

5. 程序设计

探究任务：根据任务分析方案或思路，完成机器人走轨迹程序设计。

鼓励学生先独立设计程序。最先完成程序的学生，当“小老师”帮助本组有困难的同学。有困难的同学也可以自行观看微课来学习。教师巡回指导学生设计程序，发现问题，适时个别评价，并就发现的共性问题进一步讲解。鼓励学生自愿上台演示，适时评价。

设计意图：小组内互帮互助，组长起到协调示范作用，培养团队协作意识。“小老师”“微课”策略体现了教学差异分层。微课满足了个体差异化学习需求。

6. 深化拓展

拓展任务：机器人在循迹时，如果前方轨迹出现了障碍物，机器人如何能避开障碍物再次回到轨迹呢？

请同学们尝试修改程序，进入仿真环境调试。

设计意图：任务难度递增，为能力强的学生提供深化探究的空间；体现了差异分层、关注每位学生发展的理念。

7. 评价展示

小组代表展示程序及仿真效果，师生评价、组间评价、代表点评贯穿始终。根据小组得分，师生评选出优胜小组；根据个人评价标准进行自我评价。

设计意图：评价主体的多元化有助于团队意识的培养，有助于学生自我反思和发展。

8. 课堂小结

师：循迹技术能帮助我们解决很多让机器自动按照指定路线行走的问题，在生产和运输中有着广泛的应用。在揭秘了机器人的循迹技术后，大家是不是还有很多想法呢？欢迎大家登录班级微博群、微信群或者QQ群，在网上发布你的观点和想法，和其他同学进一步分享、探讨和交流！

教学反思

机器人程序设计教学应该教给学生什么？绝不仅仅是把程序图完成，在仿真界面运行成功就行了。更为重要的是对学生思维的训练，特别是教给学生在面对陌生领域问题时分析问题、解决问题的能力。具体如何在课堂教学中实施呢？本节课不是由教师讲出编程思路，学生按照教师的思路或者课本思路将程序补充完整，在仿真环境运行成功即可；而是从任务分析展开，引导学生利用学习资源自主学习新知，利用思维导图进行小组头脑风暴，将大任务分解为子任务，在此基础上剥洋葱式地分解、分析、解决问题，到最后形成编程思路。之后才是具体的编程实施，注重学生思维训练，注重问题解决能力目标的达成。

新课标强调学习的过程与方法，本节课很好地向学生渗透了学习策略意识，如在讲解轨迹变量4个返回值与轨迹线位置关系时所探讨的图片策略和顺口溜策略等。

如何检验学生自主学习情况？除了提问学生，还可以通过题目设计来厘清易混易错知识点，巩固理解，加深记忆，突破重难点。实践证明：与检测题目通常放在新课结尾相比，本节课新知学习过程中几道题目的设计和运用恰到好处地对易错易混知识点起到了警示、强化作用。在本节课中，微课一方面作为学生自主学习的资源，通过视频动画更生动、形象、立体、逼真地展现了新知轨迹识别传感器的工作原理，与学案、课本这些学习资源相比，学生学习效率更高，效果更好，其优势明显；另一方面作为分层教学资源，微课可以高效再现知识重难点以及操作细节，对学生个性化学习起到了很好的支持作用。学生个性化差异是客观存在的，特别是在一个班级几十名学生一位教师的状况下，教师无暇顾及每位有困难的学生时，微课可以帮助学生越过障碍，继续前行。当然，关于微课其他方面的运用还是有待进一步实践挖掘的。

（作者单位：广东深圳市龙岗区平湖街道外国语学校）