第3单元 第4课《机器人的跟随验证 测试与功能优化》教案 清华大学版信息科技五年级上册.doc

第3.4课《机器人的跟随验证—测验与功能优化》教学设计

课题

机器人的跟随验证—测验与功能优化

单元

第三单元

学科

信息科技

年级

五年级

核心素

养目标

信息意识：意识到在跟随验证测试中具备敏锐的信息首先体现在对各种数据的收集和分析上。

计算思维：能在机器人跟随功能中起着核心作用，其中算法的设计与优化是关键环节。

数字化学习与创新：明白通过不断积累跟随验证测试过程中的数据，机器人可以进行自我学习和改进。

信息社会责任：在学习过程中，在机器人跟随过程中，必须确保不会对人类和环境造成危害。

教学重点

认识学习机器人跟随验证方法。

教学难点

掌握机器人测验与功能优化帮助更好地学习等。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

第3.4课《机器人的跟随验证—测验与功能优化》

板书课题。

1.人们对美好生活的向往，驱动着人们去发现和创造更美好的事物，机器人就是其中一个例子。渐渐地，我们可以看到各种各样应用在不同场景的机器人，它们的功能丰富多样，可以避障，可以自动跟随等。本节课让我们一起实现机器人的跟随功能，并验证它能否跟随移动吧!

思考：同学们，你们拥有一个机器人后，希望它具备什么功能呢?

知识解答：能够随时回答我在学习中遇到的各种问题，无论是数学难题、历史事件的背景，还是科学概念的解释。

家务助手：能够打扫房间、整理物品，让我的生活环境保持整洁。它可以自动识别不同类型的垃圾并进行分类处理，还能清洁各种家具和地面。

音乐和影视播放：可以播放我喜欢的音乐和电影，营造出舒适的娱乐氛围。

2.播放视频。

学习新知引入。

完成思考问题。

观看教学视频。

用举例机器人知识引入课堂。

用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。

将学生的注意吸引到课堂。

讲授新课

新知讲解：

板书课题。

一、跟随功能分析

在电影中，能看到这样的场景：机器人为主人扫地、端茶送餐，不仅如此，机器人还能跟随主人走，主人走到哪里它就跟到哪里，既聪明又有趣。如今，电影照进现实，我们可以看到主人在前面逛街购物挑选商品，机器人在后面跟随主人移动和帮忙携带物品(见图3.4.1）；在人来人往的街道或车站，人们在前面轻松地走着，后面紧跟着一个跟随主人移动的行李箱(见图3.4.2)……这就是依靠机器人的跟随功能实现的。

自动跟随

跟随机器人的基本功能：自动跟随目标移动，目标走到哪里它就跟到哪里。在设定的距离范围内跟随目标移动，目标前进，机器人就跟着前进；目标后退，机器人就自动后退；目标停止，机器人也停止。机器人与移动的目标对象始终保持在一定距离内。

防碰撞

机器人在一定距离内跟随着目标移动，需要防止发生碰撞，能主动避障避免撞上跟随目标或者其他障碍物。机器人能对前方障碍物的距离进行测量，并判断障碍物的位置，当感知前进方向有障碍物时，机器人做停止不动或者后退的动作，并在障碍消除后恢复行进，如图3.4.3所示。

课堂活动

说一说，机器人的跟随功能可以应用到哪些场景中。

日常生活场景：在商场或超市中，机器人可以跟随主人，帮忙搬运购物袋；在旅行中，机器人可以跟随游客，携带行李并提供导航服务。

工作场景：在仓库或物流中心，跟随功能的机器人可以跟随工作人员，自动搬运货物。

医疗场景：在医院内部，机器人可以跟随医护人员，运输医疗设备和药品。

教学辅助：在课堂上，机器人可以跟随教师，展示教学内容和实验操作。

二、跟随功能实现

设定机器人的功能后，需要给机器人编写程序来实现跟随功能。例如，利用机器人的超声波传感器检测距离，如果机器人与跟随目标的距离大于设定值，那么机器人跟随前进，如果机器人与跟随目标的距离比较小，在某个距离范围内，那么机器人就静止:如果机器人与跟随目标的距离过小，那么机器人就后退，防止碰撞。

程序设计

按照功能设计与分析，梳理程序思路，如图3.4.4所示。

相应的示例程序如图3.4.5所示

完成程序的编写后，把程序刷入机器人中，功能完整的机器人如图3.4.6所示。

课堂活动

请同学们完成机器人跟随功能的程序设计，实现机器人自动跟随及防碰撞功能。

所需技术和工具：传感器、控制器、电机驱动、编程语言。

跟随功能实现步骤：传感器设置安装并配置传感器，确保能够准确地检测到目标物体和障碍物。电机控制根据跟随算法的输出，控制机器人的电机。

防碰撞功能实现步骤：障碍物检测，使用传感器检测机器人周围的障碍物。

三、调试优化与分享

编写完机器人跟随的程序后，对其进行测试，验证机器人是否实现了跟随和防碰撞功能。在测试过程中，根据机器人的反馈，观察机器人的跟随功能存在的问题或不足之处，然后对机器人进行调试和优化。最后，把调试优化后的机器人展示出来。

调试优化

上述机器人的功能可能会存在一些问题。例如，机器人跟随过程不够流畅，出现忽走忽停的情况；跟随目标转弯时，机器人无法跟着目标