Scratch定制提醒机器人单元教学设计

探究Scratch图形编程，体验人机交互与创新——《定制提醒机器人》主题单元教学设计单元教材教法分析单元定位“人机交互与创新”分别属于2017版《上海市初中信息科技学科教学基本要求》第二单元计算机系统和第七单元新技术体验与探究的学习内容。学生对信息与信息的表示及计算机系统有了理性的认识后，尝试人机交互的实践体验，感受计算机自动执行输入输出和处理的过程。而AI（人工智能）重塑人类生活即将来临，学生在体验新技术的同时，还应探索人机交互界面使用规律的实践与深化，用新技术解决生活中的实际问题，在创作中融入创新，从而提高学生适应信息社会的能力。本单元学习的重点是使用图形化的编程工具，根据用户需求，尝试采用计算机方式界定问题，运用合理的算法形成解决问题的方案，并编写程序。学生在制作人机交互作品的过程中，体验图形化编程的方法与步骤，提升计算思维。像所有的设计一样，其来源于需求。如，百度的智能音箱小度有闹钟提醒功能、有是否带雨伞提醒功能等。“定制提醒机器人”源于爷爷年纪大了，老是忘记吃药，能否为爷爷定制一个提醒机器人。基于这样的情境，设计了项目活动“定制提醒机器人”，整个活动围绕“定制”二字展开，换个词就是“需求”。基础款的机器人具有“个性化外形、会说话、会动、会定时”；升级版的机器人“有慧眼、会翻译、能提醒一周事务”；超级版机器人则充分体现了人机交互性，具有“可交互的事务提醒功能”。使用Scratch3.0的扩展模块，可使定制的机器人更具个性化：用不同语言提醒、播放音乐提醒等，学生探究新技术新功能，进行创新设计。项目活动设计遵循从简单到复杂，从单一到综合，从基础到提高，循序渐进的事物发展规律，当然这也切合学生对事物的认知学习规律。单元核心概念单元重要概念概念1：人机交互概念1-1：人机交互的含义概念1-2：人机交互方式概念2：图形化编程概念2-1：舞台、角色、属性、事件概念2-2:代码、模块概念2-3：造型、库概念3：程序结构概念3-1：顺序结构概念3-2：分支结构概念3-3：循环结构概念4：变量概念4-1：变量概念4-2：列表相关概念关系图核心概念与生活相关性举例概念提出背景及当前概念的新发展概念1：人机交互（地图导航、智能音箱、语音交互电视盒、AI客服等）概念2：图形化编程（Scratch、ArduinoIDE、AppInventor等）概念3：程序结构（煮饭流程、判断奇偶数、星期往复等）概念4：变量（打地鼠游戏中变化的得分、等）概念5：列表（天气状况：晴天？阴天？多云？雷阵雨？一周：周日~周六）人机交互的产品越来越丰富，并有很大的优势，它已进入到学习生活的各个领域，终将改变人类的生活。作为AI时代的学生，计算机思维及创新能力是必备的信息素养。Scratch图形化编程适合初涉编程的人群，学生使用Scratch丰富的模块来搭建脚本，在思考分析问题和完成程序的过程中培养编程思维及创新能力。学生使用Scratch编程与计算机之间形成一定的交互，从而完成信息的交换，这就是人机交互。当然人机交互除了鼠标、键盘等以外，还有多点触控、体感技术等。学生认知起点初始概念调查■问卷调查□课前访谈□课前问答□课前作业其他：问卷调查统计显示：超过半数的学生知道人工智能、AI产品；74.44%的学生听说过人机交互；48.89%用过Scratch，但不熟练；73.11%的学生分不清程序的三种结构。片面之处：近半数学生学习过Scratch图形化编程软件，但多数停留在简单模块的拼接上，不会根据需求分析问题，没有程序整体设计思想。错误之处：部分学生对游戏类的作品很感兴趣，认为Scratch人机交互就是键盘、鼠标的简单互动。对于Scratch可以实现声音、视觉等的互动不清楚，错误地理解程序的基本结构。教学基本要求学生将掌握的学科知识描述人机交互的含义列举常见的人机交互方式知道人机交互的功能知道常用的图形化编程软件掌握Scratch编程工具制作人机交互作品的一般步骤与方法理解角色、属性、事件的相互关系选择模块组建代码理解程序三种基本结构的特点及功能理解变量、列表及常用的扩展模块学生将发展的能力能根据需求，明确要解决的问题，分析程序应具有的功能并设计解决方案。能用图形化的编程工具编写程序实现简单的人机交互，借助模块代码的组建，实现人与计算机的对话。能对生活中的实际问题设计完善解决方案并尝试解决，提高计算思维及创新能力。学生将形成的观念在尝试人机交互实验的基础上，感受计算机自动执行输入输出和处理的过程。体验学习Scratch编程的方法，能够利用帮助文件探究解决问题，提高学生探究新技术的能力。感受利用编程的方法来解决实际问题的乐趣，增强学习程序设计的兴趣。单元教学方法简述本单元，主要利用教师提供的数字化学习资源，采取自主探究、协作学习的方式来开展项目活动，完成不同版本提醒机器人的定制。1．创设数字化学习情境，激发问题意识。在单元活动的开始，播放一段视频，情境是：爷爷年纪大了，老忘记吃药，小孙子打算给爷爷定制一款提醒机器人。引出问题：提醒器？电脑里的小猫？用什么软件来实现？怎么实现？一连串的问题被抛出，激发了学生的问题意识，以及解决问题的好奇心。2．提供数字化学习体验，讨论构建程序设计的步骤。学生试玩几类机器人：聊天机器人、跳舞机器人、定时机器人、有视力的机器人。交流讨论：机器人有哪些功能？如果是提醒机器人应具有哪些功能？对需求进行讨论分析，明确要解决的问题：提醒机器人应具备运动、说话、视觉、定时的功能。提出了解决设计提醒机器人的办法——分解完成各个功能的设计，即复杂问题分解成若干个简单问题。3．运用数字化工具和资源，创造性解决问题并形成个性化的创新作品。学生经过前六节的学习，对Scratch各模块的功能有了一定的认识，通过帮助文件，学生自主探究扩展模块，创新设计个性化的事务提醒机器人。4.注重知识讲解和动手实践并举。对于难以理解的、抽象的概念知识点，比如变量、列表、程序结构等，可结合学生的生活经验和学生感兴趣的话题进行讲解，同时配以若干动手实践，通过实践理解知识。对于某些有难度的知识点可分解为若干递进式的小问题，逐步加深理解，达到学习目标。单元课时安排

《定制提醒机器人——机器人会定时》【所属单元】《人机交互》第4课第一课时【年级】六年级教学目标【知识与技能】学会使用“侦测”模块中的“当前时间的…”的功能。学会使用“运算”模块中的“…=…”、“连接…和…”代码。学会使用“控制”模块中的“如果…那么”，理解选择结构。学习使用“事件”模块中的“广播…”、“当接收到…”的功能。【过程与方法】通过“分析需求—分解问题——自主实践——调试运行”的探究过程，制作定时提醒机器人，体验图形化编程的一般步骤。通过使用帮助文档、微课视频，完成定时提醒机器人程序设计，体验利用数字化资源学习新技术的方法与策略。【情感态度价值观】提升利用数字化资源探究新技术的能力。感受程序设计解决实际问题的乐趣。教学重点与学习难点【教学重点】体验通过“分析需求—分解问题——自主实践——调试运行”制作定时提醒机器人的探究过程。【学习难点】使用Scratch“当前时间的…”、”变量”等实现合理的、完善的定时提醒功能。教学流程教学资源机器人会定时.sb3(有角色、舞台背景)数字化学习资源：帮助文件、素材、自学微视频等。教学过程教学环节教学过程学生参与设计意图回顾引入情境引入小度音箱定时提醒体验。小度智能音箱体验。结合生活实际，情景引入，感受AI，激发学习兴趣。阶段回顾播放前三课作品，机器人小绮会动会说了，接下来她还应有什么功能。回顾项目活动，并讨论：要提醒爷爷吃药，应怎么办？明确现阶段作品功能。整点提醒分析需求演示定时提醒爷爷吃药的实例，分析：爷爷需要在8点、14点、21点整点吃药。学生讨论：按给定的整点时间分别提醒。明确本课目标。分解问题根据时间分别提醒，引导学生观察哪个模块与时间有关；如何做到分别。1.观察并寻找到侦测模块中的“当前时间的…”。2.在控制模块中找到“如果…那么”功能块。3.会用自然语言描述整点提醒，及其在程序中的实现方法。在教师的引导下，了解解决问题的功能模块，启发学生学习这两个模块的兴趣。如何获取时间：“当前时间的…”其功能是读取操作系统的当前时间。如何判断时间:“如果…那么”选择结构。自主实践就如何获取系统时间引发学生的尝试与实践。学生自主尝试“当前时间的…”时、分等的使用。“当前时间的…”时、分等单个使用较简单，学生试一试，就能成理解。就如何判断时间引发学生尝试与实践。观看“选择结构.wmv”，使用控制模块的“如果…那么”的相关代码实现程序功能。理解控制模块中选择功能块的相关代码的使用。调试运行课堂巡视，收集生成性资源。组建代码，调试运行程序。解决程序运行中的问题阶段小结归纳程序设计中解决问题的一般方法与策略。展示个人阶段作品，交流实践过程中遇到的问题及解决方法。对程序设计中功能开发的一般过程进行小结。分钟提醒分析需求现实中，并非每次都是整点吃药，那如何做到按分钟提醒呢?如：早上8:30、晚上20:25等。讨论：在原来整点基础上加上分钟。生活中，个性化的需求随处可见，产品的设计要适应个性化需求。分解问题侦测模块中“当前时间的…”功能块“时”、“分。回顾观察“当前时间的…”功能块。学生经历了“整点提醒”机器人的设计在老师的提示下能正确选用和理解所需的模块。如何同时显示“时”和“分”提示“运算”模块中的“连接…和…”。学生观察，并了解其用法。自主实践在原来整点提醒的基础上改进程序，设计精确到分的提醒机器人。借助帮助文档，使用“当前时间的…”功能块“时”、“分”以及“运算”模块中的“连接…和…”等代码实现程序的功能。在实践中理解相关模块的具体功能，学会其使用。调试运行课堂巡视指导。组建程序代码，调试运行程序。解决程序运行中的问题。对话交流分析需求当爷爷听到小绮提醒后，爷爷说话“谢谢小绮提醒”并显示（文字）。明确新的需求。说话是有互动的，这样更贴近现实生活，也是交流的礼貌。分解问题1.角色“爷爷”要做什么。2.“爷爷”什么时候做。“事件”模块中广播功能。1.“外观”模块“说…”。“声音”模块“播放声音…”2.谁发出广播、什么时候发出、谁接收广播。理清事件发生的顺序，以便确定程序设计中具体的实现方法。自主实践引导学生尝试使用“广播”代码借助微视频“广播功能.wmv”,自主实践在原程序中增加“广播…”和“接收广播…”等相关代码实现程序功能。借助数字化资源完成新功能的学习。体验数字化学习方法。调试运行课堂巡视指导。组建程序代码，调试运行程序。交流总结评价交流1.组织交流作品，说说程序设计中碰到的问题及解决方法。2.现实中有些药是饭前半小时或饭后半小时吃，那么还能对提醒机器人作哪些改进。1.展示个人作品，说说设计过程中学习使用新模块的方法。2.想想看还有哪些提醒功能。1.感受程序设计解决实际问题的乐趣。2.引出下节课“倒计时提醒机器人”。总结感悟体验了程序设计的一般过程，以及利用数字化资源学习新技术的方法。人机交互并非遥不可及。第一课机器人诞生记知识目标：认识scratch3.0软件界面。学会新建与保存。学会添加、删除角色。学会使用“当绿旗被点击”、“切换…造型”、“等待…秒”、“说…秒”四个代码模块。体会图形化编程的一般步骤。-------------------------------------------------------------------------------Scratch3.0软件界面语言切换：文件新建与保存：小试牛刀：机器人形象设计挑选机器人为机器人添加更多造型选择代码类别将三种代码模块组合起来形成如下图所示的效果：提示：造型、等待的时间是可以修改的。要求：重复使用“换成…造型”和“等待…秒”代码，实现机器人小绮3种造型的更换。最后，机器人小绮和大家问候，说“大家好，我是机器人小绮。”2秒------------------------------------------------------------------------------拓展任务：能不能使用“控制”类别中的“重复执行…次”和“外观”类别中的“下一个造型”实现造型的更换。第二课时机器人动起来知识目标：认识舞台的大小，学会初始化对象的坐标位置、大小、方向。熟练使用“当绿旗被点击”、“移到…”。学会使用“面向”、“重复”、“碰到边缘就反弹”。体会图形化编程的一般步骤。-------------------------------------------------------------------------------Scratch3.0舞台的范围舞台的范围可以通过点击“舞台”—>“背景”—>“选择一个背景”—>“Xy-grid”—>“确定”得到，舞台水平方向（也就是横轴或x轴）的范围是－240到24，竖直方向（也就是纵轴或y轴）的范围是－180到180。Scratch3.0中“面向…方向”Scratch中的方向，和平面直角坐标系中的角度有很大的不同。下图有助于帮助我们理解他们之间的区别：

在Scratch3.0中，点击积木块“面向（90）方向”的输入框，下方即出现一个带有刻度的圆盘，可以调整方向。如下图所示：初始化对象的大小、位置和方向机器人始终重复向前移动，当碰到边缘时就反弹要求：描述“重复”的含义，能列举生活中例如“时钟”一类的重复现象。让机器人左右脚交替走动，看上去更自然理解：重复执行的部分，就叫循环体。-----------------------------------------------------------------------------拓展任务：让机器人在舞台上随意走动（“面向…方向”随机，“移动…步”随机）。提示：“运算”类中“在…和…之间取随机数”第三课机器人会说话知识目标：熟练导入新角色，调整角色大小、位置、方向。熟练对角色切换造型：“换成…造型”、“等待…秒”。学会导入舞台背景。学会在Scratch中录音、使用“播放声音…等待播完”。学会使用“重复…次”。体会图形化编程的一般步骤。-------------------------------------------------------------------------------步骤1：导入舞台背景步骤2：导入角色“爷爷”步骤3：调整“爷爷”的位置、大小、方向方法一使用代码调整方法二角色区域直接调整步骤4：为机器人录制声音步骤5：同时使用“当绿旗被点击”实现机器人边换造型边说话的效果思考：两个“当绿旗被点击”同时执行，以达到机器人换造型与说话同步。“重复执行…次”中间的次数与等待时间及播放声音文件的长短有关。要求：描述“重复执行…次”的含义，能列举生活中例如“广播体操”、“热身运动”一类的重复执行多次再换其他动作的现象。-----------------------------------------------------------------------------拓展任务：爷爷慢慢走到机器人小绮旁边，且更换造型。等爷爷到了机器人小绮旁边，小绮再和爷爷说话。（提示：使用“广播”）尝试使用百度AI平台中的“语音合成”为小绮配音，并将声音文件加载到Scratch中。第四课机器人会定时知识目标：学会使用“侦测”模块中的“当前时间的…”。学会使用“运算”模块中的“…=…”、“连接…和…”。学会使用“控制”模块中的“如果…那么”，理解选择结构。学会使用“事件”模块中的“广播…“、”接收广播…“。体会图形化编程的一般步骤，体验利用数字化资源学习新技术。-------------------------------------------------------------------------------侦测类别：侦测模块中的各个功能块就是检测舞台或角色的各个动作。侦测模块一共分为五大类：

◾六边形模块◾用户互动输入的模块

◾和坐标相关的模块

◾和视频相关的模块（在扩展模块，“视频侦测”）

◾和时间相关的模块本课主要学会使用“当前时间的…”代码。活动一：整点提醒机器人机器人小绮分别在早上8点、下午2点（14点）和晚上9点（21点）提醒爷爷按时吃药。步骤1：导入角色：机器人、爷爷并设置好大小、位置；导入舞台背景（提供的文件已有）。步骤2：为机器人添加“如果…那么”代码。【选择结构(自学视频).wmv】理解：如果…那么，举出生活中的例子如：出门带伞问题。活动二：分钟提醒机器人使用“运算”模块中的“…=…”、“连接…和…”，制作精确到小时分钟提醒的机器人。-----------------------------------------------------------------------------活动三：对话交流【广播功能（自学视频）.wmv】当爷爷听完小绮的提醒后，爷爷说话（声音）“谢谢小绮提醒，我马上去吃药。”同时，屏幕上也显示爷爷说的话。提示：可用到“外观”模块中的“说…秒”、“声音”模块中的“播放声音…”、“事件”模块中的“广播”。拓展：设计可以过多少时间后的倒计时提醒机器人。（第四课的第2课时）提示：用到变量、“重复执行直到…”。第五课时机器人有慧眼知识目标：学会使用“添加扩展”中的“视频侦测”，“摄像头开启/关闭“、”当视频运动>…“理解“相对于…的视频…“。学会使用“事件“类别中的”当响度>…“模块。进一步理解运用“重复执行”、“重复执行直到”、“如果…那么”代码。体会图形化编程的一般步骤。-------------------------------------------------------------------------------步骤1：添加角色：机器人、爷爷，并设置大小、位置、方向。步骤2：添加背景客厅图步骤3：添加“视频侦测”步骤4：开启摄像头，侦测视频运动。要求：尝试视频透明度与数值大小的关系。步骤5：关闭摄像头，结束视频侦测。-----------------------------------------------------------------------------拓展任务：机器人侦测到爷爷，就跟着爷爷移动，并提醒爷爷该吃药了。提示：使用侦测模块中的“相对角色的视频运动、“相对角色的视频方向“。爷爷在客厅来回重复走动，使用“重复执行“、”重复执行直到“；爷爷和机器人小绮碰到（使用“侦测”模块的“碰到…”）后，使用“广播”功能，小绮“收到广播”后，播放声音提醒爷爷该吃药了。第六课定制一周事务提醒机器人知识目标：熟练使用“如果…那么”代码。学会使用“侦测”中的“当前时间的（星期）“代码及星期日至星期六对应的侦测值。熟练使用“换造型“、”播放声音…等待播完“代码。体会图形化编程的一般步骤。-------------------------------------------------------------------------------步骤1：添加背景图步骤2：导入两个角色：周日卡通文字（图片）、周日提醒事件（图片）导入角色，并为每个角色添加其他六个造型。思考：角色“周日卡通字”共有几个造型。知识储备：使用“侦测“类中的”当前时间的…“可获得星期。了解星期几对应的侦测值：注意：由于一周的第1天是星期日，因此星期一的侦测返回值是2，以此类推。今天提醒的是明天的事件，如星期日，提醒的是星期一。步骤3：角色“星期日“代码注意：后面还有两天的代码未呈现，请同学们自行完成。步骤4：角色“周日提醒事件“代码

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