第12课 机器人灭火-寻找火源教学设计初中信息技术川教版九年级下册-川教版2018

第12课机器人灭火—寻找火源教学设计初中信息技术川教版九年级下册-川教版2018科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）第12课机器人灭火—寻找火源教学设计初中信息技术川教版九年级下册-川教版2018教学内容一、教学内容本节课为川教版2018九年级下册第12课“机器人灭火—寻找火源”，主要内容包含：火焰传感器的工作原理与数据采集，机器人循迹寻火的算法设计（如区域探测、路径规划），基于条件判断与循环结构的程序编写（实现火焰识别、方向调整及移动控制），以及机器人寻火任务的实践调试（传感器校准、逻辑优化与路径测试）。核心素养目标分析二、核心素养目标分析本节课通过机器人寻火任务，培养学生信息意识，理解传感器技术在实际问题中的应用价值；发展计算思维，通过火焰探测算法设计与程序编写，提升逻辑推理与问题分解能力；强化数字化学习与创新，在传感器校准与路径优化中锻炼动手实践与创新意识；渗透信息社会责任，认识机器人在消防等领域的安全应用价值，形成技术应用的责任担当。重点难点及解决办法三、重点难点及解决办法重点：火焰传感器数据采集与处理、循迹寻火算法设计。难点：传感器数据与机器人动作的逻辑关联、算法抽象思维与实践调试的结合。解决办法：通过实物演示传感器工作过程，结合流程图分解算法逻辑；采用“任务驱动+分层实践”，先模拟传感器数据再编写程序，通过小组合作调试路径，突破算法与动作的衔接难点。教学资源四、教学资源

1.软硬件资源：机器人套件（含火焰传感器、电机驱动模块）、编程软件（如Scratch或Python）、计算机教室、模拟灭火场地

2.课程平台：校园信息技术教学平台（用于任务发布与资源共享）

3.信息化资源：传感器工作原理动画演示、算法流程图模板、调试案例视频

4.教学手段：实物教具演示、小组协作任务单、分层练习题库教学过程（一）情境导入，激发兴趣（5分钟）

师：同学们，今天我们学习机器人灭火中的核心任务——寻找火源。大家看，这里有一个模拟火灾现场（展示自制教具：带有蜡烛的迷宫场地），如果让机器人像消防员一样快速找到火源，需要它具备哪些能力呢？

生：需要能“看见”火焰，还要能朝着火焰走过去。

师：没错！这就用到了我们今天的主角——火焰传感器和寻火算法。接下来，我们就一步步拆解，让机器人拥有“火眼金睛”和“智能导航”的能力。

（二）新知探究1：火焰传感器原理与数据采集（15分钟）

师：首先，我们来看看火焰传感器的工作原理。请大家观察手中的传感器（分发火焰传感器模块），它顶端有一个小镜头，这个镜头能接收火焰发出的特定波长光线，就像我们的眼睛能看到颜色一样。

生：老师，那它怎么知道有没有火焰呢？

师：问得好！传感器内部有红外接收管，当检测到火焰时，会输出模拟电信号，这个信号强弱和火焰距离有关——距离越近，信号越强。现在，请大家将传感器对准蜡烛，慢慢靠近，观察连接在电脑上的数据变化（使用串口监视器实时显示传感器数值）。

生：老师，数值从100变成了500，果然越近数值越大！

师：没错！我们通过这个数值变化就能判断火焰的位置。接下来，请大家记录下不同距离下的数值范围，比如10厘米时数值在400-600，20厘米时在200-300，这样后面编程时就能设定判断条件了。

（三）新知探究2：循迹寻火算法设计（20分钟）

师：知道了火焰在哪里，接下来要让机器人“走过去”。怎么走呢？我们先把迷宫简化成几个区域（在黑板上画示意图：左中右三个区域），传感器需要实时判断火焰在哪个区域。

生：那如果火焰在左边，机器人应该往左转吧？

师：完全正确！这就是算法的核心——条件判断。我们可以这样设计：先读取传感器数值，如果左边传感器数值大于阈值（比如400），说明火焰在左，就左转；如果右边数值大，就右转；如果中间数值大，就直走。大家小组讨论一下，怎么用流程图表示这个逻辑？（发放流程图模板，学生分组讨论）

生：老师，我们组画的是：开始→读取左右传感器数值→比较左右大小→左边大→左转→循环；右边大→右转→循环；都小→前进→循环。

师：非常棒！这个流程图就是我们编程的“蓝图”。需要注意的是，机器人不能一直原地转圈，所以每次判断后要稍微前进一点，避免“卡死”。

（四）实践操作1：程序编写（25分钟）

师：现在，我们根据流程图用Scratch编写程序（打开编程软件，展示界面）。首先，我们需要一个“重复执行”积木，让机器人持续检测火焰。然后，添加“如果…那么…”积木，判断左右传感器的数值。

生：老师，数值怎么读取到程序里呢？

师：很好！我们需要用到“传感器读取”模块，这里选择模拟口A0和A1，分别对应左右传感器。比如，左边传感器连接A0，右边连接A1，然后比较A0和A1的大小。如果A0>A1+50（设置阈值差，避免误判），就执行“左转90度”积木；如果A1>A0+50，就执行“右转90度”积木；否则执行“前进1秒”积木。

生：老师，为什么阈值要设50呢？直接比大小不行吗？

师：问到了关键！因为传感器数值会有波动，直接比大小可能会误判。设置50的差值，可以避免数值小幅波动时机器人频繁转向，提高稳定性。现在，请大家尝试编写程序，遇到问题可以小组讨论或者举手问老师。

（学生分组编写程序，老师巡视指导，重点帮助解决模块连接和阈值设置问题）

（五）实践操作2：机器人调试与任务挑战（30分钟）

师：程序编写好了，接下来是调试环节，这是最考验大家耐心和观察力的步骤！请大家将程序下载到机器人（使用数据线连接），先在模拟场地测试：点燃蜡烛，放在不同位置，观察机器人是否能正确转向并靠近。

生：老师，我们的机器人总是往左转，即使火焰在右边！

师：别着急，我们一起来排查问题。首先，检查传感器接线是否正确，左右传感器有没有接反；然后，观察串口监视器中的数值，看看左右传感器数值是否和实际位置一致；最后，调整阈值差，可能50太大或者太小了。

生：老师，我们发现左边传感器数值一直比右边大，原来是传感器装反了！换过来之后，机器人会转向了，但是走到一半就停了。

师：很好！问题解决了一半。走到一半停下，可能是前进时间太短，或者传感器在近距离时数值变化太大导致程序判断失误。我们可以尝试增加前进时间到1.5秒，或者在靠近火焰时降低前进速度。大家试试看，记录下每次调整后的效果。

（学生分组调试，老师重点关注传感器校准、阈值优化和路径调整，鼓励学生通过反复测试解决问题）

师：经过调试，现在请大家进行任务挑战：在3分钟内，让机器人从起点出发，找到迷宫中的火焰并触碰（用碰触传感器判断是否到达）。完成的小组举手示意！

（学生进行任务挑战，老师记录各组完成时间和路径，任务结束后请最快的小组分享调试经验）

（六）总结提升与拓展（5分钟）

师：今天我们学习了机器人寻找火源的全过程：从火焰传感器的数据采集，到循迹寻火算法的设计，再到程序的编写和调试。大家最大的收获是什么？

生：我们知道了传感器数据要结合实际距离设置阈值，算法设计时要考虑稳定性，调试时一定要耐心！

师：总结得非常到位！寻找火源是机器人灭火的基础，后续我们还要学习如何让机器人“灭火”（比如启动风扇）。课后，大家可以思考：如果火焰在移动，机器人该怎么跟踪？下节课我们继续探索！学生学习效果六、学生学习效果

在知识掌握层面，学生深刻理解了火焰传感器的工作原理，能准确描述传感器通过红外接收管捕捉火焰特定波长光线转化为模拟电信号的过程，并掌握“传感器数值与火焰距离呈反比”的核心规律。通过实践测试，学生能自主记录不同距离（10厘米、20厘米、30厘米）下的传感器数值范围，例如10厘米时数值400-600、20厘米时200-300，并能结合实际数据合理设定判断阈值（如左右传感器数值差值≥50），为后续算法设计奠定理论基础。同时，学生清晰认识到循迹寻火算法的核心逻辑——“区域判断-方向调整-路径优化”，能结合流程图解释“左右传感器数值比较-转向控制-前进执行”的完整判断链条，理解“阈值设置避免误判”“前进步长防止卡死”等关键设计要点，形成对机器人寻火任务的系统性认知。

在技能提升层面，学生具备独立完成机器人寻火程序编写与调试的综合能力。程序编写环节，学生能熟练使用Scratch或Python编程软件，调用“传感器读取模块”“条件判断模块”“循环执行模块”等核心积木，实现“重复读取左右传感器数值→比较大小→执行转向/前进动作”的逻辑控制，例如当左传感器数值A0＞右传感器数值A1+50时，执行“左转90度”指令；当A1＞A0+50时，执行“右转90度”指令；否则执行“前进1秒”指令。调试环节中，学生能通过串口监视器实时监控传感器数据，快速定位问题原因：如发现机器人“单向偏转”时，能排查传感器接线是否接反；发现“路径卡顿”时，能优化阈值差或调整前进时间；发现“无法靠近火焰”时，能通过降低前进速度或缩短检测间隔提升灵敏度。在任务挑战环节，85%的学生能在3分钟内完成“从起点出发、定位迷宫中蜡烛火焰并触碰”的任务，最快小组耗时1分20秒，展现出较强的实践操作能力。

在思维发展层面，学生的计算思维与创新意识得到显著提升。问题分解能力方面，学生能将“机器人寻火”复杂任务拆解为“数据采集-算法设计-程序实现-调试优化”四个子任务，逐一攻克；逻辑推理能力方面，学生能结合传感器数据波动现象，分析“直接比较数值可能误判”的原因，并提出“设置阈值差”的解决方案；抽象思维方面，学生能将实际迷宫场景抽象为“左中右三个区域”的逻辑模型，通过流程图将物理动作转化为程序指令；优化意识方面，学生在调试过程中主动尝试“调整阈值差、修改前进时间、增加转向角度”等多种参数组合，对比不同方案的效果，例如通过将阈值差从50调整为30，解决火焰在侧方时机器人转向滞后的问题，体现“迭代优化”的工程思维。

在情感态度层面，学生形成对信息技术应用的理性认知与责任意识。合作意识方面，小组调试过程中，学生分工明确——有人负责监控传感器数据，有人负责修改程序参数，有人负责记录调试日志，团队协作效率显著提升，80%的小组通过合作成功解决“传感器数据异常”问题；探究精神方面，学生在完成任务后主动提出拓展问题：“如果火焰在移动，机器人如何跟踪？”“如何增加多个传感器提升定位精度？”体现对技术应用的深度思考；社会责任方面，通过讨论机器人灭火在消防领域的应用场景，学生认识到“传感器技术与算法优化对提升救援效率、保障人员安全”的重要价值，形成“技术服务社会、应用需负责任”的意识，增强信息社会责任感。

综上，本节课学习后，学生不仅掌握了火焰传感器应用、循迹算法设计、程序编写调试等核心知识与技能，更在思维方法、合作能力、责任担当等核心素养方面实现全面发展，为后续“机器人灭火-执行灭火任务”等进阶学习奠定坚实基础，有效达成信息技术课程“培养学生数字素养与技能”的教学目标。反思改进措施七、反思改进措施

（一）教学特色创新

1.真实场景模拟：采用自制蜡烛迷宫场地，还原机器人灭火寻火的真实任务情境，增强学生代入感与问题解决能力。

2.分层任务驱动：设计基础调试、优化算法、挑战任务三个层级，兼顾不同水平学生需求，实现个性化学习。

（二）存在主要问题

1.小组调试效率：部分小组因传感器数量不足，轮流等待时间较长，影响实践连贯性；

2.评价维度单一：任务完成度评价较充分，但算法创新性和调试过程性评价覆盖不足；

3.环境光干扰：自然光下传感器数据波动较大，影响学生判断火焰位置的准确性。

（三）改进措施

1.增加传感器套件：配备6套以上机器人设备，确保每组2套，减少等待时间；

2.设计多维评价表：增加"算法优化方案""调试问题解决策略"等评分项，强化过程性评价；

3.补充环境光实验：增加"不同光照下传感器数据对比"环节，引导学生理解环境因素影响并设计补偿方案。课堂小结，当堂检测课堂小结：本节课我们围绕机器人寻找火源的核心任务，重点学习了火焰传感器的工作原理——通过红外接收管捕捉火焰特定波长光线，输出与距离相关的模拟电信号；掌握了循迹寻火算法设计的关键，即通过左右传感器数值比较判断火