小学五年级信息科技《创意编程：EV3舞蹈机器人设计与调试》

小学五年级信息科技《创意编程：EV3舞蹈机器人设计与调试》一、教学内容分析  本课隶属于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中“过程与控制”模块与“跨学科主题”融合的学习范畴，旨在引导小学高年级学生从生活真实问题出发，体验“分析需求设计动作编程实现调试优化”的完整工程实践流程。在知识技能图谱上，它承接前期对EV3硬件（电机、传感器）和编程基础（顺序结构、循环结构）的学习，是学生首次综合运用多电机协同控制与循环结构解决复杂、非线性的创意任务，为后续学习条件判断、传感器交互等更高级内容奠定项目化应用的坚实基础。其过程方法路径强调“计算思维”的具体化：通过将舞蹈这一艺术表现形式分解为可执行的机器人动作序列（分解），建立动作时长、功率与程序模块参数的映射关系（模式识别与抽象），并运用循环结构进行流程优化（算法设计）。素养价值的渗透则体现在：通过创意设计与调试，培育学生的数字化学习与创新能力、工程实践中的严谨求实态度（如：参数需精确调试），以及在小组协作中沟通、共情、欣赏他人作品的团队精神。  五年级学生已具备初步的逻辑思维能力和动手操作热情。他们的已有基础包括：熟悉EV3编程软件的基本界面，能够独立完成电机的简单驱动和顺序结构编程。然而，从“让机器人动起来”到“让机器人按特定节奏和姿态舞蹈”，其间存在显著的认知跨度。主要障碍在于：第一，将连贯的舞蹈动作分解为离散的电机指令的抽象思维能力尚在发展中；第二，对程序参数（如电机功率、运行时间）与实际运动效果之间的量化关系缺乏感知，调试时容易陷入盲目尝试；第三，在团队协作中，可能出现想法冲突或分工不均。为此，教学将采用“可视化动作分解图”搭建思维脚手架，通过“参数实验记录表”引导精细化调试，并设计清晰的角色分工卡支持差异化协作。课堂中，教师将通过巡视观察、小组提问（如：“你们设计的‘转身’动作，是由哪几个电机的什么指令组合而成的？”）和作品过程性评审，动态评估学生思维难点，并适时提供分层指导：对基础薄弱学生，聚焦于单一动作的成功实现；对能力较强学生，则鼓励其探索动作衔接的流畅性与创意编排的复杂度。二、教学目标  知识目标：学生能够理解并阐述舞蹈动作序列与程序流程图之间的对应关系，准确说出利用循环结构优化重复性动作序列的基本原理，并能在教师指导下，将具体的舞蹈动作分解为“电机+方向+功率+时间”的指令组合。  能力目标：学生能够以小组为单位，合作设计一套包含至少三个连贯动作的舞蹈方案，并利用EV3编程软件，通过设置不同的电机功率、转动时间和循环次数，成功编程实现机器人的舞蹈演示，初步体验“设计编程调试改进”的迭代过程。  情感态度与价值观目标：在创意设计与调试过程中，学生能表现出对细节的关注和坚持不懈的探索精神；在小组展示与互评环节，能认真倾听、尊重他人的创意成果，并乐于提供建设性意见。  科学（学科）思维目标：重点发展计算思维中的“分解”与“算法”思想。学生能像计算机科学家一样思考，将复杂的舞蹈任务层层分解为可编程执行的独立步骤（分解），并学会利用循环结构来构建高效、简洁的动作指令序列（算法优化）。  评价与元认知目标：学生能够依据简单的评价量规（如动作完成度、创意性、程序效率），对自己和同伴的作品进行初步评价；并能通过填写“调试日志”，简要反思编程调试过程中遇到的问题及解决策略。三、教学重点与难点  教学重点：将创意舞蹈方案转化为可执行的程序流程图，并运用循环结构优化重复动作序列。其确立依据源于课标对“过程与控制”核心概念的要求——理解系统通过一系列有序指令实现特定功能。本课是学生首次完整经历从“创意构思”到“程序控制”的闭环，这一转化能力是计算思维培养的关键节点，也是后续开展更复杂项目化学习的基石。  教学难点：精准调试电机参数（功率、时间）以实现预期的舞蹈动作幅度与节奏。难点成因在于：第一，参数调试具有试错性，需要学生建立数值与物理运动之间的关联感知，这对抽象思维有一定要求；第二，多个电机协同工作时，参数间相互影响，增加了调试的复杂性。预设依据来自学情分析中学生的常见困难——往往只关注程序是否运行，而非运行效果是否精准匹配设计。突破方向在于提供“参数实验记录表”，引导进行对比实验，积累感性经验。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式白板课件（内含舞蹈机器人视频案例、动作分解动画）；EV3机器人（每组1套，已基础搭建）；教师演示用机器人。1.2学习资源：分层学习任务单（含基础任务与挑战任务）、“我的调试日志”记录表、小组角色分工卡（项目经理、程序师、测试员等）。2.学生准备2.1知识预备：复习EV3编程软件中电机模块和循环模块的使用方法。2.2物品准备：携带课堂记录本和笔。3.环境布置3.1座位安排：小组合作式座位，4人一组成“岛状”分布，中间预留机器人展示区域。3.2板书记划：左侧预留区域用于张贴核心问题与流程图框架，中部作为学生作品思路展示区。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题驱动：教师播放一段精彩的EV3机器人舞蹈视频。“同学们，刚才的机器人舞姿是不是很有趣？大家仔细观察，机器人的舞蹈其实是由一系列基础动作组成的。今天，就让我们化身机器人编舞师，来解决一个核心挑战：如何让我们的EV3机器人也能‘听懂’指令，跳出一段属于我们自己的舞蹈？”1.1唤醒旧知与路径明晰：“要完成这个挑战，我们需要三步走：第一，当好‘动作分析师’，把舞蹈拆解开；第二，当好‘程序翻译官’，把动作变成编程语言；第三，当好‘耐心调试员’，让机器人的动作精准又漂亮。我们先回想一下，控制机器人左右‘走路’的指令，大家还记得怎么编程吗？（稍作停顿，等待学生回应）对，就是控制电机的转向和时长。”第二、新授环节  本环节采用“支架式”探究，通过五个逐层递进的任务，引导学生完成从创意到作品的建构。任务一：动作分解——从舞蹈到步骤教师活动：首先，展示一个简单的舞蹈动作示例（如：前进两步、原地左转、后退一步）。提出问题：“这个动作，机器人需要做几件事？”引导学生口头分解。随后，发放学习任务单，出示“舞蹈动作分解图”表格（包含步骤序号、身体部位/电机、动作描述、预计时长）。以示例动作为例，带领学生共同填写第一、二步。“好，现在轮到你们的创意了！请各小组讨论，设计一个包含3个连贯动作的迷你舞蹈，并把它们填进你们的分解图里。”巡视中，关注各组的分解是否合理，并提问引导：“你们设计的‘挥手机器人’，是靠哪个电机实现的？动作是持续进行还是瞬间完成？”学生活动：观看示例，跟随教师思路进行口头分解。小组内展开头脑风暴，确定本组的舞蹈主题和简单动作序列。合作填写“舞蹈动作分解图”，明确每个动作对应的电机和控制方式。即时评价标准：1.动作分解是否清晰、无歧义（如：“左转”需明确是左电机反转还是右电机正转）。2.小组讨论是否每位成员都参与了意见表达。3.分解图填写是否完整，至少包含3个不同动作。形成知识、思维、方法清单：★动作分解是编程的前提：任何复杂的机器人行为，都必须先分解为一系列独立的、可被电机执行的指令。这是计算思维“分解”思想的具体体现。▲从具象到抽象：将直观的“舞蹈”转化为抽象的“步骤序列”，是解决问题的关键第一步。教师提示：“想想我们做广播体操，也是先分解成一节一节的动作。”任务二：参数初探——功率与时间的奥秘教师活动：提出新问题：“我们知道了让电机‘转’，但怎么控制它转得快慢、转多久呢？”邀请一名学生上台，尝试用编程软件控制一个电机转动，并让他感受不同“功率”数值（如30，70）下电机转速的变化。“大家看到了吗？功率就像机器人的‘力气’，而时间决定了它‘使多长时间的劲’。”接着，布置探索任务：“请各小组的‘测试员’领取‘参数实验记录表’，测试电机在功率50时，转动1秒、2秒、3秒分别能让轮子转多少圈？记录下你的发现。”学生活动：观察演示，理解功率与时间参数的基本意义。小组内合作进行探索性实验，操作机器人并观察记录，初步建立参数与运动效果之间的感性联系。即时评价标准：1.实验操作是否规范（轻拿轻放，有序测试）。2.记录是否真实、准确。3.能否用语言简单描述观察到的规律（如“时间越长，转得圈数越多”）。形成知识、思维、方法清单：★电机控制双参数：电机的运动效果由功率（决定转动速度/力度）和时间（决定转动持续时间）共同决定。编程时必须同时设定。▲实验获取经验值：机器人的实际运动受摩擦力、电量等因素影响，理想参数需要通过实际调试获取。这是工程实践的典型方法。教师提示：“记住你们的测试结果，等下编程时，这就是重要的参考数据。”任务三：编程实现——搭建指令序列教师活动：引导学生将前两个任务的成果连接起来。“现在，我们手握‘动作分解图’和‘参数经验值’，可以开始编程了！”在白板上画出流程图框架：开始→[动作1模块]→[动作2模块]→[动作3模块]→结束。以分解图中的第一个动作为例，演示如何根据分解描述和预估参数，在软件中拖放并设置对应的电机模块。“看，这样就把‘纸上谈兵’变成了‘真枪实弹’。现在，请各小组的‘程序师’动手，尝试将你们设计的三个动作全部编程实现。”巡视指导，重点检查电机端口选择、转向设置是否正确。学生活动：观看教师演示，理解从分解图到程序模块的转换过程。小组内程序员主导，在计算机上打开EV3编程软件，参照本组的动作分解图，拖放并设置电机模块，初步搭建起完整的程序序列。即时评价标准：1.程序模块的选择与动作分解是否一一对应。2.电机端口、转向设置是否准确无误。3.小组内是否实现了有效协作（程序师操作，其他成员核对）。形成知识、思维、方法清单：★程序是动作的镜像：编程是将分解后的动作步骤，严格按照顺序翻译成计算机指令的过程。顺序结构是基础。▲端口对应是关键：必须清楚机器人左右电机连接的端口号（如B、C），编程时选择错误端口将导致动作混乱。教师提示：“编完一个动作，最好在旁边用注释功能写个备注，这样不容易乱。”任务四：循环优化——让舞蹈更流畅教师活动：观察各小组编程进展，发现有些组的动作有重复。“老师看到，很多组的舞蹈里，同一个动作（比如‘左右摇摆’）重复了好几次。每次都拖放同样的模块，会不会觉得有点麻烦？我们有没有更聪明的办法？”引入循环结构。“看，用这个‘循环模块’把需要重复的动作框起来，再设置循环次数，程序是不是一下子简洁多了？这就叫‘代码优化’。”布置优化任务：“请各小组检查一下自己的程序，如果有重复的动作序列，尝试用循环结构进行优化。”学生活动：聆听教师讲解，认识循环模块的作用。检查本组程序，识别出可重复利用的动作序列。尝试在程序中使用循环模块进行重构，简化程序结构。即时评价标准：1.能否正确识别出程序中可被循环的部分。2.能否正确使用循环模块，并准确设置循环次数。3.优化后的程序是否实现了与原程序相同的功能。形成知识、思维、方法清单：★循环结构用于优化：当相同的指令序列需要重复执行时，使用循环结构可以极大简化程序，提高编写和修改效率。这是算法思维中“优化”思想的入门。▲发现模式的能力：识别重复模式是运用循环的前提，这是一种重要的计算思维模式识别能力。教师提示：“优化不仅让程序看起来清爽，以后要修改这个重复动作时，只需要改一次就行了，多方便！”任务五：调试运行与创意编排教师活动：宣布进入“彩排调试”阶段。“程序编好了，但第一次运行往往不会那么完美，这就需要调试。调试不是乱试，要有策略。”提供调试小贴士：1.先分段测试（单独运行一个动作看效果）。2.对照分解图，检查是参数问题（调功率或时间）还是逻辑问题（顺序或循环错误）。3.在“调试日志”上简单记录问题和调整方法。鼓励学生：“大胆试，细心调，让你们的机器人舞姿更精准、更酷！”预留时间让各小组调试并完善。学生活动：将程序到机器人并进行首次运行。观察机器人动作与设计预期的差距。小组合作分析问题原因，参照调试策略，有目的地修改参数或调整程序结构，并进行多次迭代测试，完善作品。填写简单的调试日志。即时评价标准：1.调试过程是否有条理，而非盲目尝试。2.能否根据运行结果准确判断问题类型（参数或逻辑）。3.小组在遇到困难时，是否能通过讨论共同寻找解决方案。形成知识、思维、方法清单：★调试是编程的必经环节：程序很少能一次成功，调试是发现并修正错误、使作品趋于完美的关键过程。★迭代改进的工程思想：设计实现测试修改，这是一个循环往复、不断逼近目标的迭代过程。▲记录的价值：简单的调试日志能帮助理清思路，避免重复错误，是培养元认知和学习毅力的好方法。教师提示：“大家记住，最厉害的编程高手，也是调试高手。遇到问题别灰心，那正是学习发生的时候。”第三、当堂巩固训练  1.基础层（全体必做）：各小组完成本组舞蹈机器人的基本调试，确保三个设计动作能够被机器人连贯、准确地执行出来。教师巡回检查，提供个别化支持。  2.综合层（大多数小组可挑战）：在完成基本动作后，尝试为舞蹈增加一个“开始”和“结束”的标志性姿势（如亮灯、发出声音），思考并实现如何在程序首尾添加相应模块。  3.挑战层（学有余力小组选做）：思考并尝试：如果想让你机器人的舞蹈节奏跟随一段音乐的节拍，在编程思路上需要做哪些调整？（此题为开放性思考，引导学生关注动作时序与外部节奏的关系）  反馈机制：组织“迷你舞林大会”。每个小组派代表展示作品，并简要介绍设计思路和调试过程中攻克的一个难点。引导其他小组作为观众，依据“动作完成度”、“程序是否简洁”、“创意趣味性”三个维度进行“点赞式”评价（说出一个优点）。教师选取12个典型程序（如有循环优化范例或常见错误）进行投屏讲评。第四、课堂小结  1.知识整合：教师引导学生共同回顾学习路径：“今天我们当了一回机器人编舞师，经历了哪几个关键步骤？”（生：分解动作、探索参数、编程、循环优化、调试）。并总结核心：“让机器人跳舞，本质是将创意通过分解和算法，转化为严谨的程序指令，并经过调试来实现。”  2.方法提炼：“在这个过程中，我们最重要的收获不是仅仅学会让机器人动起来，而是掌握了像计算机科学家一样去分解复杂问题，像工程师一样去迭代调试的思维方法。这种能力，将来可以帮我们解决很多其他领域的难题。”  3.作业布置与延伸：“今天的创意编程非常精彩！课后，请大家完成：基础性作业——完善并上交本组的‘舞蹈动作分解图’和最终程序截图。拓展性作业——思考如果想让机器人跳更长的舞蹈，程序会变得很长，管理起来可能混乱，有什么好的组织方法？（预习‘我的模块’或程序分块思想）。探究性作业（选做）——尝试为你的舞蹈机器人编创一段简单的背景音乐或解说词，让展示更富感染力。”六、作业设计  基础性作业：整理并提交本课最终成果。包括：①填写完整的“舞蹈动作分解图”；②最终优化后的EV3程序文件或清晰截图。要求动作描述准确，程序能够对应分解图执行。  拓展性作业：以“如果舞蹈更长……”为题，进行思考与资料检索。记录下你的想法：当程序指令非常多的时候，可能会遇到什么困难？你可以通过查阅资料或询问，了解编程中“子程序”或“模块化”的思想是什么，它如何帮助程序员管理大型程序。将你的发现用几句话记录在作业本上。  探究性/创造性作业：创作一个“舞蹈机器人小剧场”。为你小组的机器人舞蹈配上一段合适的背景音乐（说明选择理由），或编写一段简短的表演解说词。可以以视频形式（录制机器人表演配乐/解说）或文字脚本形式提交。鼓励跨学科融合，体现艺术与科技的碰撞。七、本节知识清单及拓展  1.★项目流程：创意机器人项目通常遵循“分析需求设计分解编程实现调试优化”的工程实践流程。  2.★动作分解：将复杂任务分解为一系列独立的、可执行的步骤，是编程的前提，属于计算思维中的“分解”思想。  3.★电机控制参数：控制电机运动需设定两个关键参数：功率（影响速度/力度，范围通常100至100）和时间（影响持续时间，单位常为秒或度数）。  4.★顺序结构：程序默认按模块从上到下的顺序依次执行，构成最基本的程序逻辑流。  5.★循环结构：用于优化重复执行的指令序列。将需要重复的模块放入循环框内，并设置循环次数，可使程序更简洁、易维护。  6.★调试：程序编写后，通过运行测试发现错误或不理想之处，并进行修改的过程。调试是编程不可或缺的环节。  7.★端口对应：编程时必须正确选择电机所连接的物理端口（如B、C端口），否则指令无法正确驱动对应的电机。  8.▲迭代思想：在调试过程中，往往需要“设计测试修改再测试”的多轮循环，逐步逼近完美目标，这是重要的工程方法论。  9.▲参数的经验性：由于硬件差异和环境因素，电机参数（如特定功率下转1圈所需时间）往往需要通过实际测试获得经验值，而非固定理论值。  10.▲从具象到抽象的转换：编程本质是将现实世界中的问题（如跳舞）抽象为计算机可理解和处理的形式化指令（程序代码）。  11.▲协作中的角色：在小组项目学习中，明确角色（如设计、编程、测试、记录）有助于提高团队效率和参与度。  12.▲计算思维的核心：本课初步体验了计算思维的多个维度：分解（任务）、模式识别（重复动作）、抽象（建立模型）、算法（设计指令序列与优化）。八、教学反思  （一）教学目标达成度分析：本节课通过项目驱动的任务链，基本达成了预设目标。从“迷你舞林大会”的展示看，90%以上的小组能够实现三个连贯动作的舞蹈，表明知识目标（动作分解与编程对应）与能力目标（合作设计与实现）达成度较高。学生在调试环节表现出的耐心和修改策略，以及展示时对他人的掌声，可见情感态度目标有所浸润。计算思维的“分解”与“优化”思想，通过“分解图”和“循环优化”任务得到了有效渗透，学生在汇报时能使用“我们先拆成几个动作”、“用循环让它重复”等表述，是思维外显的积极信号。评价与元认知方面，“调试日志”的填写虽显稚嫩，但已初步引导部分学生开始有意识地记录问题，这为后续培养元认知能力开了个好头。  （二）教学环节有效性评估：  1.导入与任务一（分解）：视频导入能快速激发兴趣，但“动作分解”这一抽象步骤对学生仍是难点。尽管提供了表格脚手架，仍有少数小组在将“转身”这类复合动作分解为双电机差异驱动时出现困惑。未来可增加一个“师生共析”的中间环节，用实物机器人慢动作演示一个复杂动作，共同口头分解后再放手小组设计。  2.任务二（参数探索）与任务五（调试）：这两个实践性环节是本节课的“活力”所在，也是差异化体现最明显的地方。探索环节，动手能力强的学生很快完成测试并开始预估自己程序的参数；而部分学生则需教师提示“先固定功率，只变时间”以简化变量。调试环节，出现了预设中的分层：有的小组在微调参数以追求节奏感（“老师，我觉得转2.5秒比2秒更带感！”）；有的则在努力解决因端口设反导致的“群魔乱舞”。巡视中的个性化指导在此至关重要。“大家别急，先检查是‘想法