地面循迹传感器的灵活使用

说课详案

长沙青竹湖湘一外国语学校 周源

 

尊敬的各位专家、各位评委，上午好。我是来自长沙青竹湖湘一外国语学校的周源，今天我展示的课题是《地面循迹传感器的灵活使用》，我将以这四个部分来进行说课。

 

一、 教材分析

本课内容出自《中小学机器人——基础与应用》第五章第三节。本教材原是我校的校本教材，由校内机器人教练员共同编著，后经多次精编修订，已由湖南科学技术出版社出版发行，走出了校门。

亮宁机器人套装基于arduino开源平台开发，具有可视化的编程界面，能大大降低程序编写的入门难度。

地面循线传感器是套装中非常重要的组成部分，是机器人循迹、搬运和推物等重要功能实现的前提和基础，也是程序中分支结构和循坏结构重要应用的载体。

并且它能通过调节传感器的数量和间距，实现多种循迹配置，适应不同的外部环境。当然，为了更好的讨论本课内容，这节课假定循迹的线宽固定为2cm。

本课是一节理论分析课，由之前反复试验过的两眼、三眼循迹实践做出总结和分析，并为之后的多眼循迹操作打下理论基础。分析推导出五眼循迹的优势，在这一过程中培养学生全面、辩证分析问题的思维方法，了解不同循迹配置的效能高低，起到承前启后的作用。

 

二、 教学目标

我校机器人课程形成了完善的中小学教学体系，从小学四年级至初中三年级常年开设机器人课程，保证每周至少有三个小时的机器人训练时间。

截止到上一节课，学生通过两眼和三眼循迹的反复操作实践，积累了相关经验。

本节课的三维目标如下：

对不同数量、不同间距的光电传感器进行循迹分析；

在这一过程中，引导学生去细致观察、大胆假设、总结相关的规律；

并在课程中，培养学生对待和分析问题的辩证思维方式。

本课的重点是四眼和五眼机器人的循迹解析，教师从两、三“眼”开始推导，逐步增加传感器数量，提出假设，怀疑和验证假设，最终完善结论。让学生循序渐进、条理清晰地理解相关知识，完成课堂重难点的知识建构。

本课的难点是总结传感器不同数量、不同间距的循迹效能规律，教师以详实的比较、直观的对比，结合从假设、验证，到质疑、完善的科学推导过程，引导学生突破重难点。

基于上述教学目标和重难点，这节课设计了如下五个环节的教学过程：

 

 

三、 教学过程

第一个环节：问题导入(5min)。

教师回顾之前实践环节中两眼和三眼的循迹经验，由两种循迹配置的不同比较，如能否分辨Y字路口和T字路口，得出三眼效果更好，引导设问：继续增加眼睛数量，进行四眼循迹会如何？提出问题，引起学生的关注，呈现本节课的主体脉络，快速有效地完成导入。

第二个环节：大胆假设（15min）。

教师现场展示四眼与三眼的循迹对比[播放四眼与三眼对比视频]

四眼机器人顺利通过了三眼无法完成的场地。再用多媒体演示四眼和三眼的循迹模型图进行进一步对比，分析发现四眼路口处理能力上升。然后把四眼与两眼进行比较，发现两侧新增的眼睛让四眼机器人循迹时更优越。得出四眼的循迹效果明显优于三眼和两眼。

这时，教师引导学生作出假设：三眼比两眼好，而四眼又比三眼好，那是不是眼睛越多循迹效果越好呢？继续增加眼睛数量来验证该假设，引出五眼循迹。

第三个环节：验证假设（10min）

紧接着，教师再次进行对比实验，让机器人通过连续的横向T字路口，四眼机器人失败，而五眼机器人成功完成。分析发现，五眼与四眼相比，在某些特殊情况下，例如图中的横向T字路口，由于新增的眼睛使得能够识别的几率大大提高；而五眼与三眼相比，二者传感器分布方式相同，两侧多出来的传感器为循线增加了一道防线。得到结论：五眼循迹效果更优于四眼。

看来五眼比四眼更好，眼睛越多循迹越好的“假设”得到了印证。

这一假设似乎能被坐实，能成为结论啦。此时教师又对学生进行诱导观察：循迹安装板上有七个安装位，那六眼机器人和七眼机器人肯定会更好！引出六眼七眼循迹，递进至下一环节。

第四个环节：质疑结论（5min）

教师引导学生进行这样的操作：[播放视频，学生对五眼和六眼循迹分组计时]。

学生发现两种机器人都能顺利通过各种路口，所需时间也相差无几，六眼没有展现明显的优势，与之前结论不符，引发认知冲突，引起质疑。

这时教师进行语言衔接：六眼比五眼没有多大提升，是不是六眼是一种特殊的情形呢？也许七眼能看出循迹更快，效果更好！继续增加眼睛数量，导出七眼循迹。

第五个环节：完善结论（10min）

再度进行刚才的分组比较，比较七眼与五眼机器人，学生发现二者仍是不相上下，更多的眼睛并无更佳效果！此时教师展示六眼机器人的程序，学生会观察到程序语句量大幅增加，仅仅是走线部分就比之前增加数倍！不用说路口判定以及更加复杂的七眼循迹了。   

教师结合六眼机器人的循迹模拟，引导学生找出原因：眼睛数量过多使得眼睛间距过小，眼睛密度过大。单线可能被两眼同时看到，再加上新增眼睛相关的循迹语句和条件判断，程序复杂度急剧增加，循迹效率下降。循迹并非眼睛越多越好！

回溯前面的假设，结合六眼和七眼的情况，做出最终结论：传感器的数量和密度都会影响到循迹效果，一味增加并非最好。在当前课程假定线宽固定的条件下，套装中五眼循迹效能最佳。六眼和七眼循迹综合效能不高，其作用仍有待进一步探究。

接着教师把课程的知识内容凝练，用这样的柱状图显示，并加以归纳说明，简洁又直观地展示了多眼循迹配置的效果，形象地表述了分析结论，并顺势进行知识扩展：既然六眼和七眼循迹效能并非很好，为何还会存在七个安装位呢？是设计人员的失误吗？如果把课程设定的循迹线宽改变又会怎样呢？将问题留至课后，保持学生持续的关注度，诱发实践兴趣。

 

四、 教学特色

本课的思路框架是由实践得出一个假设的结论，在反复验证和怀疑中进行探索，达到理解、掌握知识的目的。促使学生形成螺旋式上升的认识过程，

即实践 理论分析 再实践的基本过程。

这节课的采用网状结构进行推进。以传感器数量增加为主线，引出传感器密度的概念，纵横双向、分析推导完善最终结论，指导之后的实践。

在很多机器人课堂中，教师的活动大多是引导学生，作出示范，然后学生有大量的时间进行“自主”的“探究”，而实际上则往往是对于教师示范的简单模仿，教师也疲于进行课堂答疑。本课作为机器人课程中承上启下的理论分析课，以教师为主导，为学生揭示比较中的矛盾，反复诱导学生更有方向地思考，更有效率地归纳，让学生提炼属于自己的所学所得，成为课堂主体。

在具体实施方面：

多次使用认知冲突，激发学生兴趣；

网状比较推进 ，克服理论课的单调与枯燥；

将结论以图形方式展示，将抽象结论形象化，增加了课堂生动性；

在授课过程中，将情感教育寓于其中：培养学生辩证分析问题的方式。

 

    当然这节课仍有值得进一步探究之处，例如学生参与度的高低，是决定本节课胜败的关键，有待专家和老师们的指正。我的说课到此结束，谢谢大家！

    课件下载：

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