小学六年级信息技术《精准指令：直行机器人的编程控制》教学设计

小学六年级信息技术《精准指令：直行机器人的编程控制》教学设计一、教学内容分析

从《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》审视，本课位于“物联网实践与探索”模块的边缘，实质是“过程与控制”核心概念下的基础工程实践。其知识技能图谱以“机器人直行”为显性任务，内嵌“顺序结构编程”、“电机同步控制”、“参数调试”三个关键技能点，认知要求从“理解”电机与运动的关系，跃升至“应用”编程思维解决具体工程问题，是连接前期图形化编程逻辑与后续复杂传感器应用的枢纽。过程方法上，本课天然蕴含“工程设计与迭代”的思想方法：学生需经历“明确问题（直行）设计解决方案（编写程序）测试验证优化调整”的完整闭环，这正是将计算思维物化为实践能力的绝佳路径。素养价值渗透方面，知识载体背后指向的是“计算思维”中“形式化界定问题”、“通过算法实现自动化”的核心素养，以及“信息社会责任感”中严谨、协作、解决真实问题的态度萌芽，育人价值在于培育初步的、系统化的工程思维习惯。

基于“以学定教”原则，学情研判如下：六年级学生已具备图形化编程（如Scratch）的基本逻辑经验，能理解顺序执行，但对“程序控制物理设备”这一跨虚拟与现实的转换存在认知新奇与潜在障碍，易将软件中“移动X步”的经验错误迁移至机器人控制。其兴趣点在于亲手让机器人“动起来”，难点可能在于理解“电机功率参数”与“实际运动效果”间的非线性关系，以及调试过程中的挫折管理。教学中，我将通过“前测问题”（如：你认为让两个轮子同时转就能直行吗？）快速诊断前概念，并在“参与式学习”环节设置阶梯式任务与可视化调试工具（如运行轨迹记录），动态把握学生从“机械操作”到“理解性调控”的进程。针对不同层次学生，策略为：为基础生提供参数预设范围的“脚手架”；为大多数学生设置探索性区间；为学优生提出“为何细微差别导致轨迹偏移”的深层原理探究，并提供跨学科（物理中的摩擦力）支持资源。二、教学目标

知识目标方面，学生将建构起“机器人直行”的层次化知识结构：能准确解释电机功率参数（如功率值、时间）与控制指令的逻辑关系，辨析“同时启动”与“同步运行”在程序实现上的细微差别，并能在给定编程环境中，应用顺序结构语句（如motor(left,right,duration)）完成直行程序的编写与固化。

能力目标聚焦于信息技术核心的“数字化学习与创新”及“问题解决”能力。学生能够独立完成从程序编写、到实体机器人测试的完整操作流程；能够观察机器人实际运动轨迹与预期的偏差，并依据偏差系统性地调整程序参数（如微调两侧电机功率），直至达成直行目标，初步体验工程调试的基本方法。

情感态度与价值观目标，旨在从严谨的编程实践中自然生发。期望学生在调试机器人这一具有不确定性的任务中，表现出耐心、细致的科学态度；在小组协作调试时，能主动分享参数发现、倾听同伴建议，共同面对失败并尝试迭代解决方案，培育初步的团队协作与抗挫折心理品质。

科学（学科）思维目标明确为发展“计算思维”中的“算法思维”与“系统思维”。通过将“直行”这一自然语言指令，分解为“启动双电机”、“设置相同参数”、“持续运行”、“同时停止”等一系列可编程的精确步骤，并理解机器人作为一个由程序、电机、机械结构、地面环境构成的系统，其输出结果是多因素共同作用的，从而学会系统化地分析与解决问题。

评价与元认知目标，关注学生“学会学习”的能力。设计引导学生依据“运行轨迹是否笔直”这一清晰标准，进行作品自评与同伴互评；鼓励学生在课后反思中对比初次编程与最终调试成功的程序差异，总结出“小步快调”、“控制变量”等有效的调试策略，提升对自身学习过程的监控与调节能力。三、教学重点与难点

教学重点确立为：理解并应用电机同步控制原理，编写、调试出实现机器人精准直行的程序。其依据源于课程标准对“过程与控制”大概念的要求，直行控制是机器人所有移动的基础，如同高楼的地基。从能力立意看，它综合考查了学生的逻辑转化为代码的能力、参数理解能力及实践调试能力，是后续学习转弯、避障等复杂控制的逻辑与技能基石，因此处于枢纽地位。

教学难点在于：对程序参数的精细化调试与运动偏差问题的系统性诊断。成因在于：第一，认知跨度大，学生需从抽象的代码逻辑关联到具体的物理运动现象，中间涉及功率损耗、摩擦不均等隐性因素；第二，思维难点在于克服“一次编程就能成功”的线性思维，建立“编程测试反馈调试”的迭代工程思维。常见失分点（在类似任务中）表现为面对偏差时不知所措，或仅进行无目的的随机修改。突破方向在于提供结构化的调试记录单，引导学生像科学家一样“有依据地猜想，有计划地验证”。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件（含电机工作原理动画、编程界面示意图）；课堂示范用机器人及编程电脑1套；录制好的机器人直线/偏移动画对比视频。1.2学习材料：分层学习任务单（含基础任务、挑战任务记录表）；调试过程记录卡（表格形式，含“猜测原因”、“调整参数”、“测试结果”等栏目）；课堂评价量规卡片。2.学生准备2.1设备与预习：每23人一组，配备一套可编程机器人及安装好编程环境的电脑；预习教材相关内容，思考“生活中哪些设备需要两个轮子同步转动”。2.2环境布置：教室地面铺设清晰起点与终点的直线赛道；小组座位呈“岛屿式”布局，便于合作与测试机器人行走。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设：同学们，请看大屏幕（播放视频：一段是机器人走出一条笔直的线，另一段是机器人明显向左或右偏斜）。大家发现了什么？“对，一个走得直，一个走歪了。”走歪的机器人就像我们蒙上眼睛走路，容易偏离方向。今天，我们就要当一名机器人“驯导师”，给它下达最精准的指令，让它能自信地走直线！

1.1问题提出：那么，核心驱动问题来了——我们如何通过编程，指挥机器人实现精准的直行呢？这听起来简单，但里面可藏着大学问。

1.2路径明晰：本节课，我们将化身工程师，首先探秘机器人的“双脚”——电机；然后学习给它编写“行走手册”——直行程序；最关键的一步，是当它“不听话”走歪时，我们会学习一套“诊断与治疗”的方法，不断调试优化。大家之前已经学过让角色移动的编程，今天我们要让代码从屏幕里“跳出来”，真正驱动物理世界！准备好了吗？第二、新授环节任务一：探秘机器人“双脚”——认识电机与控制

教师活动：首先，拿起你们小组的机器人，轻轻转动它的左右轮，感受一下。“是不是每个轮子都连接着一个‘小马达’？这就是电机。”通过课件动画，展示电机接收电信号后驱动轮子转动的过程。关键提问：“想一想，想让机器人笔直向前，它的左右两个轮子需要满足什么条件？”（引导学生说出：转得一样快、同时开始、同时停止）。我会在黑板上画出示意图，并引出关键概念：电机功率参数（通常是一个数值）控制转速，运行时间参数控制时长。“所以，我们的编程目标，就是让左右电机获得相同的‘动力指令’。”

学生活动：观察实物机器人结构，亲手触摸轮子和电机部位。观看动画，理解电信号驱动机械运动的过程。小组讨论并回答关于轮子运动条件的问题，形成“同步”的初步共识。跟随教师讲解，在任务单上记录核心概念：电机、功率参数、时间参数。

即时评价标准：1.能否通过观察正确指出机器人的驱动电机位置。2.在讨论中，能否用“速度”、“同时”等词汇描述直行条件。3.能否在任务单上准确关联“功率参数”与“轮子转速”的关系。

形成知识、思维、方法清单：★电机是机器人的执行器，将电信号转化为轮子转动。★机器人直行的基本物理原理是：左右轮在同一时间内，以相同速度和方向旋转。▲控制电机的主要参数：功率（决定转速快慢）和运行时间（决定转动多久）。（教学提示：此处无需深入电机型号差异，重在建立“参数控制运动”的映射关系。）任务二：编写第一个“直行口令”——顺序结构的程序实现motor_left.run了，现在让我们打开编程软件，给机器人‘写口令’！”在大屏幕上投影编程界面。第一步，示范如何拖放或编写控制左电机的指令块，例如motor_left.run(power=50)。第二步，关键引导：“左轮的口令给了，右轮呢？注意，我们要的是‘同时’开动！”引出顺序结构中，将右电机指令紧接在左电机指令之后，即意味着“紧接着执行”，视觉上就是同时启动。我会写一个“问题程序”：左电机功率50，右电机功率48，提问：“猜猜这个机器人会怎么走？”“对，它会慢慢偏向一边。所以，‘相同’二字至关重要。”然后示范完整、正确的双电机等参程序。

学生活动：打开电脑编程环境，跟随教师演示，在软件中找到并拖拽电机控制指令块。模仿编写控制左、右电机的指令，初步理解程序从上到下顺序执行即代表同时开始。对“问题程序”进行预测，并与同伴交流想法。最终，在指导下完成第一个完整的、左右电机参数相同的直行程序（如功率均为50，时间2秒）。

即时评价标准：1.能否在编程界面中准确定位电机控制模块。2.编写的程序是否包含了左右两个电机的控制指令。3.是否意识到并将左右电机参数设置为相同数值。

形成知识、思维、方法清单：★顺序结构程序：指令按书写顺序依次执行，用于描述一系列连续动作。★实现直行的核心程序逻辑：先后（几乎同时）启动左、右电机，并赋予两者相同的功率和时间参数。（认知说明：此处的“同时”在单线程程序中是一种近似，但对本课认知足够。易错点：遗漏其中一个电机指令。）任务三：与“首航”测试——连接虚拟与现实

教师活动：“程序写好了，但它还躺在电脑里睡觉呢，怎么叫醒机器人？”演示将程序通过数据线或无线方式到机器人主控板的过程。“成功后，让我们把机器人放到起点，一起进行‘首航测试’！请大家带着任务单上的问题观察：你的机器人走得直吗？如果偏了，是偏哪边？”我会巡视各组，提醒安全操作，并收集典型现象：“哦，这组的机器人好像在跳‘华尔兹’，慢慢偏向右了。”

学生活动：学习程序操作，将编写好的程序传输到机器人。将机器人放置于地面起点，启动程序，充满期待地观察其首次运行轨迹。在调试记录卡的“首次测试结果”栏，用文字或简单图画记录机器人实际行走路径（如：基本直行、向左偏、向右偏）。与同组伙伴交流观察到的现象。

即时评价标准：1.能否独立或在小组成员协助下完成程序操作。2.观察是否仔细，能否清晰描述机器人偏离的方向（左/右）。3.能否在记录卡上客观记录测试现象。

形成知识、思维、方法清单：★程序从编写到执行的关键步骤：编写>至机器人>启动运行。★测试是验证程序功能不可或缺的环节。（教学提示：此阶段学生程序出现偏差是普遍且宝贵的教学资源，需正面引导：“发现问题，正是我们工程师工作的开始！”）任务四：化身“机器人医生”——诊断与调试实践

教师活动：这是本节课的思维高潮。“面对走歪的机器人，我们怎么办？乱调参数可不行。”引入“控制变量法”思维：一次只调整一个可能因素。在白板上展示结构化调试策略：1.诊断：偏左？说明右轮力量可能偏大或左轮力量不足。2.开方：微调参数（如将左侧功率从50增加到52，或将右侧从50减少到48）。3.复诊：再次测试，观察效果。4.记录：将调整和结果记下来。我会深入小组，提供针对性指导：“你们组是偏右，先试试把左轮功率调大一点点，比如加3，看看效果。”

学生活动：根据自己机器人首次测试的偏差结果，在教师引导下进行小组讨论，做出初步“诊断”猜想。按照“控制变量”原则，谨慎地修改程序中的一个参数（通常是功率值）。修改后的程序，进行第二次、第三次…测试，并密切观察轨迹变化。在“调试过程记录卡”上认真填写每次调整的参数和对应的行走效果。

即时评价标准：1.调试行为是否有逻辑（是否盲目同时改动多个参数）。2.能否根据偏差方向，做出合理的参数调整方向判断（如偏左则加大左功率或减小右功率）。3.能否坚持进行多次迭代测试并做好记录。

形成知识、思维、方法清单：★调试是编程的重要组成部分，是一个迭代优化过程。★核心调试方法：控制变量法——每次只改变一个参数以观察其影响。★问题诊断逻辑：机器人偏向一侧>对侧轮子转速相对过快（或同侧轮子动力不足）>尝试微调两侧电机功率值以取得平衡。（关联实例：这就像我们骑自行车，双手用力不均，车子就会跑偏，需要细微调整。）任务五：挑战“最佳直线王”——优化与稳定性验证

教师活动：“经过几轮调试，很多同学的机器人已经能走直线了。现在，发布‘最佳直线王’挑战：让你的机器人在2米长的赛道上连续走3次，看看它是否每次都能稳定地沿直线到达终点！”此任务旨在引导学生在“能走直”的基础上，追求程序的“鲁棒性”（稳定性）。我会强调稳定性验证的重要性：“一次成功可能是运气，三次都成功，才说明你的程序真的‘健壮’！”

学生活动：对已调试成功的程序进行多次重复测试（如连续运行3次），验证其效果的稳定性。观察机器人是否每次都能复现笔直轨迹。如果出现不稳定情况，则进一步分析原因（可能是地面轻微不平、电池电量变化等），并考虑是否需要对程序参数进行更精细的微调，或在下课前总结时提出探讨。

即时评价标准：1.是否有意识地进行多次重复测试以验证稳定性。2.能否坦然面对并尝试分析不稳定的情况，而非满足于单次成功。3.小组内是否能协作完成多轮测试与记录。

形成知识、思维、方法清单：★一个优秀的程序不仅要功能正确，还应具备良好的稳定性和可重复性。★现实环境因素（地面摩擦、电量、机械差异）会影响程序执行效果，这是机器人编程与纯软件编程的重要区别。（思维提升：引导学生从“实现功能”向“优化性能”的工程师思维迈进一小步。）第三、当堂巩固训练

本环节构建分层、变式的训练体系，并提供即时反馈。1.基础层（全员参与）：请各小组再次运行最终调试好的程序，教师随机选取23组，在全班赛道前进行“直线行走展示”。其他小组充当“裁判”，依据“轨迹是否基本笔直”这一核心标准进行观察评价。教师点评：“看，这组的机器人走得像个小士兵，真稳！大家看看，它的轮子转动是不是非常同步？”2.综合层（大多数学生可尝试）：提供一个新的情境任务卡：“如果现在想让你的机器人用比刚才快一点的速度直行，你应该主要修改哪个参数？如何确保它依然走直线？”（答案：等比例增加左右电机功率值，并可能需要因速度变化导致的动力学差异进行微调）。学生小组讨论后，可快速修改程序并做简易测试验证猜想。3.挑战层（学有余力者选做）：提出开放性问题：“请思考，除了调整电机功率，还有哪些现实中的原因可能导致我们精心编写的‘直行程序’在实际测试时仍然出现偏差？”（引导方向：电池电压下降导致功率不足、轮子磨损程度不同、地面材质不均等）。鼓励学生结合观察和已有知识进行推测，不要求立即解决，旨在打开思维。

反馈机制：通过“裁判”互评和教师对展示组的点评，提供正面强化与改进建议。对综合层和挑战层的思考，通过小组分享和教师提炼，将典型答案或思路进行板书归类，形成集体智慧。第四、课堂小结

引导学生进行结构化总结与元认知反思。“同学们，今天我们完成了一次完整的机器人控制项目。谁能用一句话总结，让机器人直行的关键是什么？”（预设答案：给左右轮相同的控制指令，并通过调试找到最适合当前机器人和环境的那个“相同值”。）邀请学生回顾学习过程，在黑板上共同绘制简易思维导图，梳理从“认识原理”到“编写程序”、“测试”、“调试”、“验证”的工程实践流程。

“在这个过程中，你觉得最重要的学习方法是什么？”引导学生提炼“动手实践”、“大胆假设、小心验证”、“迭代调试”等方法。最后布置分层作业（详见第六部分），并预告下节课：“今天我们用程序控制了机器人的‘脚’，让它走直线。下节课，我们将为机器人装上‘眼睛’（传感器），学习如何让它自动避障，变得更有智慧！”六、作业设计基础性作业（必做）：1.整理本节课的调试记录卡，写一句话总结你成功让机器人直行最关键的一次参数调整是什么。2.在编程软件中，新建一个程序，尝试设置不同的功率值（如30和70），但保持左右相同，分别测试并观察机器人直行速度的变化，记录现象。拓展性作业（建议大多数学生完成）：设计一个“机器人快递员”小情境：假设你的机器人需要从教室门口的“仓库”（A点）笔直走到教室中间的“柜台”（B点）放下物品（用一小块橡皮模拟），请测量A、B点实际距离，通过调整运行时间参数，使机器人能在走直的基础上，恰好停在B点。记录你的程序和测试结果。探究性/创造性作业（选做）：探索“非对称”直行的可能性。查阅资料或动手实验：如果左右轮子大小不一样，是否还能通过编程让它走直线？如果能，原理是什么？请将你的发现或猜想（可以配图）记录下来，形成一份简短的探究报告。七、本节知识清单及拓展★1.电机与执行器：电机是机器人的核心执行器之一，负责将控制器发出的电信号转换为轮子的旋转运动。理解“程序指令>电信号>机械运动”这一控制链是学习机器人编程的基础。★2.直行运动的物理条件：理想状态下，机器人实现精准直行需要左右驱动轮在同一时间内，以完全相同的大小、方向和转速进行旋转。任何细微差异都会导致运动轨迹发生弧线偏移。★3.顺序结构编程：顺序结构是程序中最基本的控制结构，指语句按照出现的先后顺序依次执行。在机器人直行控制中，先后（近乎同时）执行左、右电机启动指令，是实现同步动作的关键编程逻辑。★4.电机控制核心参数：功率参数（常表现为0100的数值）直接影响电机的输出扭矩和轮子的转速；运行时间参数则控制电机工作的持续时间。两者共同决定了机器人的运动速度和距离。★5.程序与固化：在计算机上编写的程序必须通过数据线或无线方式传输（）到机器人的主控板（微控制器）中，机器人才能脱离电脑独立运行该程序。这是连接虚拟代码与实体世界的关键步骤。★6.调试的工程意义：调试是发现和修正程序中错误（Bug）以及优化其性能的过程。在机器人编程中，由于硬件差异和环境干扰，调试不仅是纠错，更是使程序适应真实物理世界的必要环节。★7.控制变量调试法：一种科学的调试策略。当程序输出不符合预期时，每次只改变一个可能的影响因素（如只调左电机功率），同时保持其他所有因素不变，从而清晰判断该因素对结果的影响，是高效定位问题根源的关键方法。▲8.系统思维视角：应将机器人视为一个由软件（程序）、硬件（电机、轮子、结构）、能源（电池）和环境（地面摩擦、平整度）构成的整体系统。最终运动表现是所有因素共同作用的结果，调试本质上是协调系统内各要素的过程。▲9.鲁棒性概念萌芽：鲁棒性指系统在不确定参数或干扰下保持性能稳定的能力。一个优秀的直行程序应能在一定范围内适应地面微小不平、电量轻微下降等情况，具备良好的可重复性。▲10.从图形化到代码思维：本课使用的编程环境可能是图形化或简易代码。其核心是让学生体验从自然语言任务（“走直线”）到形式化、逻辑化、参数化的精确指令集的思维转换，这是计算思维的核心。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析：从课堂观察和当堂展示来看，“编写并调试出直行程序”这一核心知识与技能目标基本达成，多数小组能通过迭代使机器人实现近似直行。能力目标中，“调试”环节学生的表现存在分化，约60%的学生能运用控制变量法进行有逻辑的调整，其余学生仍需在教师或同伴提示下进行；这是预料之中的，需在后续课程中持续强化工程思维。情感目标在小组协作面对“走歪”的机器人时体现明显，听到了“我们再试试这个值”、“可能是地面有点滑”等体现耐心与协作的对话，达到了预期效果。

（二）核心环节有效性评估：任务四（调试实践）是整节课的枢纽，其成功得益于前置的结构化记录卡和明确的“控制变量”方法指导。这避免了课堂陷入混乱的“瞎调”。然而，仍有少数组在参数调整幅度上把握不好，一次调整过大，导致现象反差剧烈而困惑。未来