五年级信息技术：EV3“打地鼠”游戏设计与编程

五年级信息技术：EV3“打地鼠”游戏设计与编程一、教学内容分析

本节课源于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中“过程与控制”模块，以及跨学科主题“互联智能设计”的相关要求。在知识技能图谱上，它处于学生已初步掌握EV3基础搭建与简单顺序编程之后，是对传感器（触碰传感器）应用、循环与等待模块组合编程，以及初步的多任务并行程序结构的系统性建构。其认知要求从“识记”模块功能，提升至“应用”和“综合”层面，要求学生能将零散知识整合到具体项目情境中解决实际问题，是单元知识链中从单一技能向综合项目设计过渡的关键节点。

在过程方法上，本节课是典型的“基于项目的学习”（PBL），蕴含了“工程设计与迭代”的学科思想方法。学生将经历“明确游戏规则（需求分析）→设计硬件结构（方案设计）→编写并调试程序（方案实施与测试）→优化游戏体验（评估改进）”的完整流程，这是将工程思维转化为课堂实践的核心路径。其素养价值在于，通过创造性的游戏制作活动，潜移默化地培养学生的计算思维（如问题分解、模式识别、算法设计）、数字化学习与创新能力，以及在调试过程中所需的严谨、协作与抗挫折品质。

本课教学对象为五年级学生。他们已具备EV3硬件的基本认识及图形化编程软件的基本操作能力，对游戏有着天然的兴趣，这为项目驱动提供了强大动机。然而，他们的思维正处于具体运算向形式运算过渡阶段，在将抽象的游戏规则（如“随机出现”、“击中反应”）转化为严密的逻辑程序时，可能遇到思维瓶颈，尤其在理解“等待模块”与“循环模块”嵌套以实现“持续侦测与即时响应”的机制上，容易出现逻辑混淆。此外，学生在程序调试（debug）方面的经验普遍不足，面对故障容易产生挫败感。

为此，教学中将通过“任务分解单”和可视化流程图“脚手架”，降低认知负荷。过程性评估将贯穿始终，例如通过观察小组方案讨论时的发言、分析学生提交的程序草图、在随堂练习中设置“陷阱式”错误程序供学生诊断等方式，动态把握学情。针对不同层次学生，将提供差异化支持：为基础薄弱学生准备“关键步骤提示卡”和简化版任务；为学有余力者设计“挑战卡”，引入随机数或计分功能，激发其探究深度。二、教学目标

知识目标：学生能够理解触碰传感器在“打地鼠”项目中的角色与工作原理，解释“等待模块”在“触碰按下释放”不同状态下的参数设置意义。学生能系统地阐述实现“地鼠随机弹出、击中收回”这一游戏逻辑的程序结构，清晰说明其中循环、并行处理与事件等待等核心概念是如何协同工作的。

能力目标：学生能够独立或协作完成一个具备基本交互功能的“打地鼠”机器人原型设计与搭建。能够根据游戏规则，合理运用循环、等待模块，编写出结构清晰、逻辑正确的控制程序。在程序调试环节，能够运用“分段测试”、“模拟运行”等方法，定位并修正常见逻辑错误或硬件连接问题。

情感态度与价值观目标：在项目合作中，学生能主动承担角色任务，积极倾听同伴意见，并在遇到技术难题时表现出耐心与合作精神。通过将自己的创意转化为可运行的游戏作品，体验工程创造的乐趣与成就感，初步养成精益求精、乐于分享的创客品质。

科学（学科）思维目标：本节课重点发展学生的计算思维与工程思维。通过将复杂的游戏项目分解为“机械结构”、“传感器输入”、“程序控制”三个子问题，训练其问题分解能力。通过设计程序流程图，将自然语言描述的游戏规则转化为算法逻辑，培养其算法设计能力。通过不断的测试与优化，强化迭代与系统优化的工程思维习惯。

评价与元认知目标：引导学生使用简单的项目评价量规（如功能完整性、程序效率、外观创意）进行小组自评与互评。鼓励学生在课后反思中，回顾自己遇到的最大困难及解决方法，评估自己所用策略的有效性，从而提升对学习过程的管理与调控能力。三、教学重点与难点

教学重点：利用“等待模块”与“循环模块”的组合，实现程序对触碰传感器状态的持续侦测与即时响应。此为重点，因为它不仅是实现本课项目功能的核心技术，更是理解“事件驱动”编程思想的基础。从课标看，它直接对应“过程与控制”中“系统通过传感器感知外界信息，并通过执行器做出响应”这一核心概念；从能力立意看，它是学生能否将零散指令组织成有机、动态程序的关键节点，后续复杂的交互项目均建立在此逻辑之上。

教学难点：理解和实现“多任务”的并行处理逻辑，即如何在同一个循环内，让两个或多个“地鼠”（电机）能够独立且随机地被触发与复位。难点成因在于，学生的思维习惯是线性的，而并行逻辑要求他们在脑海中构建多个相对独立又同时运行的“进程”。这超越了简单的顺序执行，需要较高的抽象思维与逻辑整合能力。预设依据来自以往教学中，学生常出现“一个地鼠动，另一个必须等它结束才能动”的程序错误。突破方向在于使用可视化流程图进行比喻教学，并引导学生从“分时处理”的简化模型开始，逐步过渡到更复杂的并行逻辑。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件（含游戏视频、程序流程图动画）、EV3机器人套装（含主机、触碰传感器、中型电机）、教学示范用“地鼠”模型。1.2学习材料：分层学习任务单（含基础任务与挑战任务）、项目过程评价表、程序调试记录卡。2.学生准备2.1预习与分组：复习EV3编程软件中“等待模块”的参数设置；4人一组，明确组长、记录员、程序员、测试员等角色。3.环境布置3.1教室安排：课桌拼成小组工作台，保证每组有足够的搭建与测试空间；投影屏清晰可见。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与动机激发：播放一段游乐园“打地鼠”游戏的精彩视频。“大家看，这个游戏考验的是什么？是反应速度！那如果我们要创造一个机器人版的打地鼠游戏，让它能自动‘冒出地鼠’等待我们击打，你们觉得机器人需要具备哪些‘本领’？”（等待学生回答“感知击打”、“自动弹出”等）。展示一个简易的EV3“地鼠”模型（电机带动连杆模拟弹出）。

1.1提出核心驱动问题：“今天，我们就要化身游戏设计师，用手中的EV3，制作一个智能的‘打地鼠’游戏机！我们的核心挑战是：如何让机器人像拥有‘感官’和‘大脑’一样，感知到我们的击打，并做出精准的弹出与收回动作？”

1.2勾勒学习路线图：“我们将分三步走：第一步，当好机械工程师，搭建出坚固灵活的‘地鼠’结构；第二步，成为核心程序员，为它编写能‘感知思考行动’的大脑程序；第三步，升级为产品测试官，不断调试优化我们的游戏。让我们先从回忆一下，要让机器人‘感知’击打，我们需要请出哪位老朋友？”（引导学生回顾触碰传感器）。第二、新授环节任务一：硬件架构师——搭建“地鼠”与击打感应装置

教师活动：首先，明确设计需求：“一个成功的‘地鼠’结构，一要弹跳有力且复位准确，二要能牢固安装触碰传感器作为‘靶心’。”我会展示两种基础搭建方案（杠杆式、齿轮传动式）的示意图，简要分析其力学特点。然后，我会提出引导性问题：“请各小组讨论，选择或改进一种方案，并思考：传感器的安装位置如何确保能被轻易‘打中’？电机的固定如何保证结构稳定？”巡视中，我会重点关注各组的结构合理性，对遇到困难的小组，提示他们观察示范模型的关键连接点，或者问：“想想看，如果这里用长梁加固一下，会不会更稳？”

学生活动：小组根据任务单上的要求与图示，协作完成“地鼠”机械结构的搭建。他们需要讨论并确定方案，分工进行零件寻找与组装。完成基本结构后，需将触碰传感器安装于“地鼠”头部或前方易于击打的位置，并连接至EV3主机指定端口。学生需手动测试电机旋转是否能使“地鼠”顺畅弹出与收回。

即时评价标准：1.结构稳定性：装置在电机反复运行中无明显松散或晃动。2.传感器可触达性：触碰传感器的按钮区域暴露充分，便于用手指或小锤击打。3.协作有效性：组内分工明确，成员能围绕设计方案进行有效沟通。

形成知识、思维、方法清单：★机械结构稳定性设计原则：受力点加固、对称结构增加平衡。▲传感器集成思维：传感器安装需同时考虑功能实现（易触发）与物理保护。★系统端口规划：养成连接硬件时即记录端口号（如电机接A，传感器接1）的习惯，为编程打下基础。工程迭代意识：搭建非一次成功，需不断测试调整，这就是“设计测试改进”循环的初体验。任务二：逻辑分析师——绘制游戏控制流程图

教师活动：在学生完成硬件后，引导思维从具象搭建转向抽象逻辑。“硬件是我们的‘身体’，现在要赋予它‘灵魂’——程序。程序不是乱写的，动手编程前，先要理清思路。”我会引导学生用自然语言描述游戏规则：“地鼠一直等待，直到被击中，它就快速弹出然后收回，接着继续等待下一次击打，对不对？”然后，引出流程图工具：“我们可以用图形把这‘等待触发动作返回’的过程画出来。”我会在白板上画出起止框、判断框（触碰传感器是否被按下？）、处理框（电机正转、等待、反转）和流程线，边画边讲解对应关系。“看，这个菱形的判断框，就是程序在不停‘问’传感器：你被按下了吗？没有？那我就继续问。按下了？好，我马上执行下面的动作！”

学生活动：各小组在任务单上，根据教师的示范和引导，协作绘制本组“打地鼠”游戏的控制流程图。他们需要使用规范的流程图符号，将游戏过程清晰地可视化出来。绘制过程中，组员之间需讨论逻辑的严密性，例如“电机收回后，是直接回到判断，还是需要有个短暂停顿？”

即时评价标准：1.逻辑完整性：流程图应包含完整的“等待输入判断执行动作返回”闭环。2.符号规范性：能正确使用起止框、判断框、处理框等基本符号。3.表达清晰度：流程图能让他人一眼看明白游戏的控制过程。

形成知识、思维、方法清单：★算法设计核心方法——流程图：将复杂过程分解为顺序、分支、循环三种基本结构进行描述。★“事件驱动”逻辑模型：程序的核心是一个循环，其内包含一个“等待[事件]”的节点，事件触发后执行相应动作。▲编程前规划习惯：“谋定而后动”，流程图是编程的蓝图，能极大减少逻辑错误。计算思维体现：此任务本质是将游戏规则（自然语言）通过问题分解、模式抽象，转化为算法（图形化语言）。任务三：初级程序员——实现单次击打响应程序

教师活动：“现在，我们依据流程图，把图形变成真正的代码！”我先演示如何将流程图的“开始”对应为程序开始模块，“循环”对应为循环模块。重点讲解：“流程图里那个关键的‘等待提问’，对应到软件里，就是这个‘等待模块’。”我会拖出一个等待模块，设置其类型为“触碰传感器”，状态为“比较按下”。“大家注意，这个模块就像给程序按下了‘暂停键’，直到传感器被按下，它才放行，执行后面的电机动作。”随后，我引导学生参照流程图，在循环内依次放入“电机正转（弹出）→等待（地鼠停留片刻）→电机反转（收回）”模块。演示后，我会布置“陷阱”：“如果我忘记把等待模块和所有电机模块放进循环里，会发生什么？”让学生思考。

学生活动：学生根据本组绘制的流程图，在EV3编程软件中尝试搭建程序模块。他们需要将“等待[触碰传感器被按下]”模块放入循环内，并在其后连接控制电机运动的模块序列。完成初步搭建后，程序到机器人进行功能测试，验证单次击打是否能正确触发一次完整的“弹出停留收回”动作。

即时评价标准：1.模块选用准确性：能正确找到并使用“等待触碰传感器”模块。2.程序结构正确性：关键模块必须被放置在循环结构内部。3.参数设置合理性：电机功率、旋转角度/时间、地鼠停留时间等参数设置需符合游戏性需求。

形成知识、思维、方法清单：★“等待模块”的核心作用：实现程序与外部环境的同步，是交互程序的关键。★循环结构的必要性：使“等待响应”过程能够持续不断地进行。▲程序模块与流程图的对应关系：建立两者间的映射思维，提升从设计到实现的能力。调试起点：此任务是功能基石，必须确保100%正确，才能进行后续复杂化。任务四：调试优化师——解决常见问题与优化体验

教师活动：预设典型问题场景，引导学生成为“调试医生”。“很多小组可能会遇到两个‘小毛病’：第一，地鼠反应‘太急躁’，刚碰到就弹回；第二，有时打中了却没反应。”针对第一个问题，我会提问：“我们的程序是‘等待按下’，那如果手指按着不放，会发生什么？”引导学生发现需要增加“等待释放”状态，实现“按下弹出；释放收回”的更合理逻辑。针对第二个问题，引导小组检查硬件连接、传感器是否安装过紧导致无法触发，或程序端口号是否设置错误。我会说：“调试就像破案，要大胆假设（可能是硬件问题还是软件问题？），小心求证（分段测试）。”

学生活动：各小组运行程序，主动发现和记录遇到的问题。根据教师的提示和调试记录卡上的建议步骤，尝试自主排查问题。例如，检查传感器连接，使用软件中的“端口视图”功能测试传感器是否正常工作；修改程序，在“等待按下”后增加“等待释放”模块，观察效果变化。他们将优化后的程序与体验记录下来。

即时评价标准：1.问题诊断能力：能清晰描述故障现象，并提出合理的可能原因假设。2.调试方法运用：能运用“分段测试”、“硬件检查”等基本方法定位问题。3.解决方案有效性：采取的修正措施能从根本上解决问题，而不仅仅是偶然成功。

形成知识、思维、方法清单：★传感器状态精细化控制：“等待按下”与“等待释放”组合使用，可实现更精细的交互逻辑。★系统化调试思维：遇到故障，应按照“感知层（传感器）→连接层（线路端口）→控制层（程序逻辑）”的顺序进行排查。▲用户体验优化意识：编程不仅是让机器动起来，还要考虑使用者的感受（如反应逻辑是否符合直觉）。工程实践核心：调试与优化是工程项目中耗时最长、最能培养严谨科学态度的环节。任务五：高级挑战官——双地鼠并行控制初探（分层任务）

教师活动：向全班提出挑战：“我们的游戏只有一个地鼠，是不是有点单调？如何让两个地鼠独立工作？”展示双地鼠的硬件连接示意图（两个电机，两个传感器）。我会为所有小组讲解基础思路：“我们可以在一个循环里，放置两个并行的‘等待响应’流程。”通过课件动画，演示两个并排的流程线。为需要进一步支持的小组提供“简化版任务卡”：先实现“地鼠A被打后，地鼠B自动弹出”的串联逻辑。为有能力的小组提供“挑战卡”：“如何让两个地鼠的弹出顺序或时机有一定随机性？（提示：可以研究‘随机数’模块与‘等待时间’的结合）”

学生活动：学有余力的小组接受挑战，尝试在程序中复制一套“传感器等待+电机控制”的逻辑链，并将其与第一套逻辑并行放置于同一个循环模块内。他们需要配置不同的端口，并测试两个地鼠是否能独立响应。尝试挑战卡的小组，则会探索在电机动作前加入一个“等待[随机时间]”模块，以增加游戏难度和趣味性。

即时评价标准：1.逻辑迁移能力：能否将单地鼠的控制逻辑成功复制并适配到新硬件。2.并行思维体现：程序结构是否实现了两套逻辑的真正独立，而非相互阻塞。3.创新探索精神：是否积极尝试“挑战卡”内容，并愿意分享探索成果（无论成功与否）。

形成知识、思维、方法清单：▲并行处理概念：多个任务在宏观上同时进行，是复杂系统（如计算机、机器人）的基础运行方式。★程序结构的模块化与复用：将已验证的功能单元（单地鼠控制）作为模块进行复用，提高开发效率。★随机性引入：使用随机数模块可以极大增加程序的变化性和趣味性，是游戏设计的常用手段。计算思维提升：此任务是问题分解与模式抽象的进阶应用，触及了更复杂的系统组织思维。第三、当堂巩固训练

基础层（全体必做）：各小组运行最终优化的“单地鼠”或“双地鼠”程序，邀请其他组同学来试玩，确保基本功能（击打弹出收回）稳定可靠。任务：录制一段15秒的功能演示视频。

综合层（大多数学生尝试）：在基础功能上，增加一项优化。例如：调整地鼠弹出的速度与力量（修改电机功率参数）；修改地鼠停留的时间（修改等待时间参数）；为击中地鼠添加一个成功提示音（添加声音模块）。要求：在调试记录卡上写明优化项及修改的参数值。

挑战层（学有余力者选做）：尝试设计一个简单的计分规则。例如，在程序中加入变量模块，每成功击中一次（或传感器被按下一次），变量值增加1，并在EV3屏幕上显示当前分数。或者，探索如何使用第三个传感器作为“开始/复位”按钮。

反馈机制：小组演示期间，教师巡回观察并记录典型作品。随后，选取1个基础功能扎实的案例和1个有创意优化的案例进行全班展示与点评。点评时，不仅看结果，更侧重分析其程序结构的清晰度和调试过程的分享。组织小组间依据评价表进行简短互评，主要围绕“功能完整性”和“协作表现”两项。第四、课堂小结

知识整合：“同学们，今天我们完成了一个了不起的工程项目。谁能用一句话总结，我们是如何让机器人玩转‘打地鼠’的？”引导学生总结出“传感器感知输入，程序循环判断并控制电机动作”的核心闭环。鼓励学生课后用思维导图的形式，将本节课涉及的硬件、软件、思维方法进行梳理。

方法提炼：“回顾整个过程，你认为最关键的一步是什么？是画流程图，还是调试？为什么？”引导学生认识到前期规划（流程图）和后期验证调试同样重要，都是工程思维的必备环节。我们使用了“分解抽象算法调试”的计算思维方法来解决问题。

作业布置与延伸：必做作业：完善课堂上的程序，并撰写一份简短的“产品说明书”，介绍你的游戏机功能和操作指南。选做作业（二选一）：1.为你的游戏机设计并制作一个更美观、更有主题性的外壳（可用纸板、乐高积木等材料）。2.研究EV3的“计时器”功能，尝试设计一个“限时30秒打地鼠”的游戏模式。思考：如果想让地鼠不是被“打”下去，而是被“声音”吓回去，可以怎么做？我们下节课会探索新的传感器。六、作业设计

基础性作业：1.整理并最终完成课堂上的“打地鼠”程序，确保无错误。2.撰写一份不少于100字的“产品说明书”，需包含：产品名称、游戏规则简介、操作方法、注意事项。目的是巩固编程技能，并训练将技术项目转化为用户语言的能力。

拓展性作业：1.创意外观设计：利用生活中的废旧材料（纸盒、彩泥等）或乐高积木，为你制作的EV3“打地鼠”游戏机设计并搭建一个富有创意的外壳或场景（如农场主题、太空主题）。要求拍照记录设计过程与最终成果。2.规则微创新：在现有程序基础上，尝试修改12个参数（如地鼠弹出的速度、游戏响应灵敏度），体验参数变化对游戏体验的影响，并简单记录哪种设置你觉得最有趣。

探究性/创造性作业：1.“声控地鼠”预研：查阅资料或利用编程软件帮助功能，了解EV3声音传感器的工作原理。尝试设计一个初步方案：如何将本节课的触碰传感器替换为声音传感器，实现“拍手或大喊让地鼠缩回去”的功能？画出简单的设计草图或流程图。2.项目迁移挑战：思考“打地鼠”项目中“等待传感器触发执行动作”的逻辑，能否应用到其他场景？例如，设计一个“自动感应垃圾桶”（手靠近传感器，桶盖打开，一段时间后关闭）或“防盗报警器”。选择其中一个场景，用文字描述你的设计方案。七、本节知识清单及拓展

★1.触碰传感器在交互设计中的角色：它是机器人“感知”物理接触的输入设备。在本项目中，它被定义为游戏的“触发开关”，将玩家的击打动作转化为电信号，输入给EV3主机。教学提示：引导学生理解“输入处理输出”这一基本控制逻辑中，传感器所处的起点位置。

★2.“等待模块”的参数化与阻塞特性：“等待[传感器/时间]”模块是EV3编程中实现事件同步的核心。其“阻塞”特性意味着程序执行流在此暂停，直到条件满足。关键参数设置：对于触碰传感器，需选择“比较”状态（如“按下”、“释放”、“碰撞”）。教学提示：用“红绿灯等待绿灯亮”来比喻“等待模块”，直观易懂。

★3.循环结构与持续交互的实现：单个“等待响应”序列只能完成一次交互。将整个序列放入“循环模块”（通常是无限制循环），才能使机器人持续不断地监听输入并做出反应。这是实现任何长期运行交互程序的基础框架。认知说明：这是从“一次性命令”到“持续性智能体”思维的关键跨越。

★4.基础游戏逻辑的算法流程图：起止框（开始/结束）→循环框→判断框（传感器被按下？）→处理框（电机正转、等待、电机反转）→返回循环。掌握此流程图，就掌握了解决一类“事件驱动型”问题的通用算法模板。教学提示：强调绘制流程图是“编程预演”，能极大减少逻辑混乱。

▲5.传感器状态的精细控制（按下与释放）：组合使用“等待[按下]”和“等待[释放]”，可以实现“按住时持续某一状态，松开后执行另一动作”的更复杂交互。例如：按下时地鼠弹出，释放时才收回。这提升了交互的自然感和可控性。

★6.程序调试的系统化思维路径：建立“感知层→连接层→控制层”的排查顺序。1.感知层：传感器本身是否物理损坏或安装不当？2.连接层：线缆是否牢固连接至正确端口？软件端口配置是否匹配？3.控制层：程序逻辑是否正确（如模块是否在循环内）？参数设置是否合理？

▲7.并行程序结构的初步概念：在单个循环模块内，可以放置多个并行的“事件响应”序列（如针对两个不同的传感器）。这些序列在宏观上同时等待、独立响应。这是理解多任务处理系统的起点，思维上需要从单一线程扩展到多线程。

▲8.随机性在游戏设计中的应用：“随机数”模块可以生成指定范围内的随机值。将其与“等待时间”模块结合（如等待[随机数]秒），可以使地鼠的弹出时机不可预测，大大增加游戏的可玩性和挑战性。这是算法增加趣味性的典型案例。

★9.工程实践流程（设计实现测试迭代）：本节课完整模拟了微型工程项目的生命周期：明确需求（游戏规则）→设计（流程图）→实现（搭建与编程）→测试与调试→优化迭代。此流程是解决任何复杂实际问题的通用方法论。

▲10.从项目到知识的迁移能力：鼓励学生思考“打地鼠”的核心技术（传感器触发控制电机）可迁移至哪些现实场景（如自动门、智能台灯、报警器等）。这种迁移能力是创新与应用的关键，将课堂项目与真实世界的问题解决联系起来。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析。从课堂观察和最终作品来看，95%以上的小组实现了“单地鼠稳定响应”的基础目标，表明知识目标与能力目标中的硬件搭建和基础编程部分达成度较高。学生在展示时，能清晰说出“这里是等待传感器被按下”，说明核心概念理解到位。然而，在能力目标的调试环节和思维目标的并行逻辑迁移上，呈现出明显的分层。约三分之一的小组能快速定位并解决“未放循环内”的典型错误，并能初步理解双地鼠并行的思路；但仍有部分小组在调试时依赖教师直接指错，对并行逻辑感到困惑。这提示，虽然整体目标达成，但高阶思维目标的普及深度有待加强。“如果下次在讲解流程图时，就用两个并排的判断框来示意‘双地鼠’的抽象模型，会不会为后续迁移做更好的铺垫？”

（二）教学环节有效性评估。导入环节的生活化类比和驱动性问题成功地激发了兴趣。新授环节的五个任务，层层递进的结构是清晰的，但时间分配出现前松后紧。任务一（搭建）耗时比预计长，部分小组在结构稳固性上反复调整，虽然这是有价值的工程体验，但挤压了后面挑战任务的时间。任务三（初级编程）是转折点，教师演示后，学生自己动手时出现了预料中的各种错误，此时巡视指导和鼓励小组互助至关重要。“我注意到，当我在一组成功解决‘等待释放’问题后，立刻请他们去相邻组当‘小老师’，效果比我自己逐个讲解好得多，课堂氛围也更活跃。”任务五（高级挑战）由于时间关系，只有少数小组深入尝试，大多数仅