小学五年级机器人编程兴趣课程教案

小学五年级机器人编程兴趣课程教案课程名称：创意机器人编程——智能避障小车设计适用年级：五年级课时：2课时（每课时40分钟）课程类型：实践操作课（搭建+编程）教学环境：机器人教育套装（如乐高EV3/小米米兔机器人）、电脑及对应编程软件（如乐高MindstormsEV3Software/米兔编程）、障碍物道具（纸杯、积木、障碍物桩）、多媒体设备（投影仪、电子白板）、小组任务单。一、教学目标1.知识与技能（1）了解智能避障机器人的核心工作原理（传感器检测→控制器判断→执行器动作）；（3）学会使用条件判断语句（如“如果…那么…”）编写机器人避障程序，实现“检测到障碍物→停止/转向”的基础功能。2.过程与方法（1）通过“问题引导—动手搭建—编程调试”的探究流程，提升工程思维（如拆解问题、迭代优化）；（2）通过小组合作完成机器人搭建与程序设计，培养团队协作能力（如分工、沟通、责任分担）。3.情感态度与价值观（1）通过“从0到1”设计智能小车的过程，激发对机器人编程的兴趣与好奇心；（2）在调试程序解决问题的过程中，培养抗挫折能力与创新意识（如尝试不同的避障策略）；（3）了解避障机器人在现实生活中的应用（如扫地机器人、无人机），感受科技的实用性。二、教学重难点重点：传感器的功能应用（检测障碍物）、条件判断程序的编写（将传感器数据转化为机器人动作）。难点：调试程序中的逻辑错误（如传感器阈值设置不合理导致避障失败）、理解“输入—处理—输出”的机器人工作流程。三、教学准备1.材料工具（1）机器人套装：每组1套（含主控器、电机、超声波传感器、积木零件）；（2）编程设备：每组1台电脑（安装对应编程软件）；（3）障碍物：纸杯10个、积木若干（用于设置避障路径）。2.教学资源（1）多媒体课件：包含避障机器人案例视频（如扫地机器人工作场景）、传感器工作原理动画（如超声波发射/接收过程）、编程步骤演示PPT；（2）小组任务单：明确搭建步骤、编程要求、评价标准（见附件1）；（3）板书设计：提前绘制“避障机器人工作流程”思维导图（传感器→控制器→执行器）。四、教学过程第一课时：机器人搭建与传感器认知教学目标：完成避障小车的结构搭建，理解传感器的功能与连接方法。1.情境导入（5分钟）教师活动：播放扫地机器人工作视频，提问：“扫地机器人为什么不会撞到家具？它靠什么‘看’到障碍物？”引导学生讨论，引出“传感器”的概念。学生活动：观察视频，发言分享自己的猜想（如“有眼睛”“有探测器”）。2.知识讲解（10分钟）（1）避障机器人工作原理教师展示“避障机器人工作流程”思维导图，讲解：传感器：相当于机器人的“眼睛”，用于检测周围环境（如超声波传感器通过发射声波并接收反射波，计算与障碍物的距离）；控制器：相当于机器人的“大脑”，接收传感器的数据并进行判断（如“如果距离小于10厘米，就停止前进”）；执行器：相当于机器人的“手脚”，根据控制器的指令做出动作（如电机转动带动车轮转向）。（2）传感器连接示范教师用实物演示超声波传感器与主控器的连接方法（将传感器的插头插入主控器的对应端口，如EV3的“1号端口”），强调：“传感器的线要理顺，避免转动时缠绕。”3.动手搭建（20分钟）教师活动：发放小组任务单（附件1），指导学生按照步骤搭建避障小车：步骤1：用积木搭建小车底盘（固定主控器与电池）；步骤2：安装两个驱动电机（固定在底盘两侧，连接车轮）；步骤3：安装超声波传感器（固定在底盘前方，朝向正前方）；步骤4：连接线路（电机接主控器的“B”“C”端口，传感器接“1”端口）。学生活动：小组合作搭建，教师巡回指导（重点帮助解决积木拼接不牢固、线路连接错误等问题）。4.总结与布置作业（5分钟）教师活动：展示各组搭建的小车，点评结构稳定性（如“底盘太低容易碰到障碍物”“传感器安装角度要正”）。布置作业：“回家查阅资料，了解生活中还有哪些机器人用到了避障传感器？”第二课时：编程调试与功能实现教学目标：完成避障程序编写，实现小车自动避障功能，提升问题解决能力。1.复习导入（5分钟）教师活动：回顾上节课内容，提问：“避障小车的‘眼睛’是什么？它的‘大脑’和‘手脚’分别是什么？”引导学生回忆“传感器—控制器—执行器”的流程。学生活动：集体回答，巩固核心概念。2.编程逻辑讲解（10分钟）（1）明确需求教师展示避障任务：“小车从起点出发，沿着直线行驶，遇到障碍物后自动左转，继续前进。”（2）拆解问题引导学生将任务拆解为3个步骤：步骤1：小车启动，电机转动（前进）；步骤2：超声波传感器检测距离（输入）；步骤3：如果距离小于15厘米（阈值），则电机停止前进，左转（输出）；否则继续前进。（3）编程演示教师用编程软件（如乐高EV3Software）演示条件判断语句的编写：拖拽“电机控制”模块（设置电机B、C正转，速度50%）；拖拽“超声波传感器”模块（读取1号端口的距离值）；拖拽“条件判断”模块（设置“如果距离<15厘米”）；在条件成立的分支中，添加“电机停止”模块（停止B、C电机），再添加“电机控制”模块（设置电机B反转、C正转，实现左转）；在条件不成立的分支中，添加“继续前进”的循环（保持电机转动）。学生活动：观察教师操作，记录关键步骤（如“条件判断模块的使用”“传感器阈值的设置”）。3.小组编程与调试（20分钟）教师活动：发放编程任务单（附件2），指导学生按照以下流程操作：步骤1：打开编程软件，新建项目；步骤2：按照教师演示的逻辑，拖拽模块编写程序；步骤3：将程序上传至主控器，启动小车测试；步骤4：调试优化（如调整传感器阈值“15厘米”为“10厘米”，解决“提前转向”或“撞到障碍物”的问题）。学生活动：小组合作编程，教师巡回指导（重点帮助解决：①程序上传失败（检查线路连接）；②传感器阈值设置不合理（如距离太大导致提前转向）；③电机转向方向错误（如左转变成右转））。设计意图：通过“试错—调试”的过程，培养学生的迭代思维（如“如果避障失败，就调整阈值或转向角度”）。4.展示评价（5分钟）教师活动：组织各组展示避障小车的功能，要求：每组派1名代表介绍程序逻辑（如“我们设置的阈值是12厘米，遇到障碍物会左转3秒”）；其他组根据“避障效果”“程序逻辑”“团队合作”三个维度进行评价（使用评价量表，见附件3）。学生活动：展示作品，互评打分，教师总结共性问题（如“有的小组转向角度太小，导致绕不开障碍物”）。五、课后延伸（5分钟）教师活动：布置拓展任务，鼓励学生创新：任务1：改进程序，实现“遇到障碍物后右转”或“后退再转向”的避障策略；任务2：增加“速度调节”功能（如遇到障碍物时降低速度）；任务3：设计更复杂的避障路径（如“S”形障碍物），测试小车的避障能力。设计意图：激发学生的创新意识，将课堂知识延伸至课外，提升应用能力。五、板书设计避障机器人编程——智能避障小车设计1.工作流程：传感器（眼睛）→控制器（大脑）→执行器（手脚）2.编程逻辑：输入（传感器检测距离）→处理（条件判断）→输出（电机动作）3.关键模块：条件判断（如果…那么…）、传感器读取、电机控制六、课后延伸与评价1.课后作业（1）改进程序：尝试设置“不同距离对应不同转向速度”（如距离越近，转向越快）；（2）实践应用：用搭建的避障小车清理教室角落的纸屑（模拟扫地机器人）；（3）知识拓展：查阅资料，了解“激光雷达传感器”与“超声波传感器”的区别（如精度、适用场景）。2.评价方式（1）过程性评价：通过小组任务单记录学生的参与度（如搭建进度、编程贡献）；（2）结果性评价：根据避障效果（如是否成功绕过所有障碍物）、程序逻辑（如是否简洁合理）进行打分；（3）多元评价：包含学生自评（填写“我的收获”表）、同伴互评（评价量表）、教师评价（课堂表现）。七、教学反思1.成功之处（1）情境导入有效：用扫地机器人的真实场景引发了学生的兴趣，让抽象的“避障”概念变得具体；（2）动手操作充分：搭建与编程环节占比达70%，符合五年级学生“做中学”的认知特点；（3）评价多元：通过小组互评与自我评估，激发了学生的参与感与成就感。2.改进方向（1）针对部分学生编程逻辑薄弱的问题，可增加“流程图绘制”环节（用箭头表示程序流程），降低抽象难度；（2）对于传感器阈值设置的难点，可提供“参考值”（如10-15厘米），减少学生的试错时间；（3）拓展任务可增加“创意设计”（如给小车添加灯光，遇到障碍物时灯光闪烁），提升趣味性。附件1：小组搭建任务单步骤任务要求完成情况（√/×）1用积木搭建稳定的小车底盘（能容纳主控器与电池）2安装两个驱动电机（固定在底盘两侧，连接车轮）3安装超声波传感器（固定在底盘前方，朝向正前方）4连接线路（电机接B、C端口，传感器接1端口）附件2：编程任务单任务目标：编写程序，实现小车“前进—检测障碍物—左转”的避障功能。编程步骤：1.添加“电机控制”模块，设置电机B、C正转（速度50%）；2.添加“超声波传感器”模块，读取1号端口的距离值；3.添加“条件判断”模块，设置“如果距离<15厘米”；4.在条件成立分支中，添加“电机停止”模块（停止B、C电机），再添加“电机控制”模块（电机B反转、C正转，时间2秒）；5.在条件不成立分支中，添加“循环”模块（保持电机转动）；6.上传程序至主控器，测试避障效果。附件3：学生评价