第14课 机器人实验室综合实践活动：“阳光寻觅者”的制作教学设计初中信息技术川教版九年级下册-川教版2018

第14课机器人实验室综合实践活动：“阳光寻觅者”的制作教学设计初中信息技术川教版九年级下册-川教版2018授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容一、教学内容本节课为川教版2018九年级下册第14课“机器人实验室综合实践活动：‘阳光寻觅者’的制作”，主要内容包含：机器人硬件组件（光线传感器、直流电机、主控板）的组装与连接；基于编程软件（如Scratch或ArduinoIDE）的光线传感器数据采集与逻辑判断程序编写；通过调试优化，实现机器人自动检测光源方向并调整路径的功能；综合运用硬件搭建与编程技能，完成“阳光寻觅者”的制作与测试。核心素养目标二、核心素养目标培养信息意识，感知光线传感器数据与光源方向的关联；提升计算思维，通过编写逻辑判断程序实现路径调整；强化数字化学习与创新，综合运用硬件搭建与编程完成“阳光寻觅者”制作；增强信息社会责任，在小组合作中遵守操作规范，培养团队协作与安全意识。学习者分析三、学习者分析1.学生已掌握机器人硬件基础（主控板、直流电机、光线传感器的简单连接）、Scratch/Arduino基本编程（顺序结构、循环结构）及传感器数据读取方法，能完成简单控制程序编写。2.学生对动手实践和项目式学习兴趣浓厚，具备一定小组合作能力，学习风格偏向直观操作与体验，逻辑思维逐步发展但需系统引导。3.可能面临硬件连接接触不良、编程逻辑判断（如多条件光源方向判断）易出错、调试时传感器灵敏度与电机转速参数匹配困难、小组分工协作效率不高等挑战。教学方法与手段四、教学方法与手段

1.实验法：通过学生动手组装硬件、编写程序，在实践中掌握光线传感器与电机的协同控制。

2.项目驱动法：以"阳光寻觅者"制作为核心任务，引导学生分步完成硬件搭建、编程调试与优化。

3.小组合作法：分组完成项目，培养分工协作能力，共同解决硬件连接与逻辑判断问题。

1.多媒体投影：展示硬件连接步骤、编程逻辑流程图及调试案例。

2.编程软件演示：实时演示Scratch/ArduinoIDE中传感器数据读取与条件判断的实现过程。

3.实物模型展示：提供机器人组装范例，辅助学生理解结构设计与功能实现。教学流程1.导入新课（5分钟）

展示太阳能追光板、智能窗帘等生活实例，提问：“这些设备如何自动感知光源方向？”引出“阳光寻觅者”机器人项目，展示实物模型（可灵活转向的底盘+光线传感器），说明本节课任务：通过硬件搭建与编程，让机器人自动寻找光源。联系课本第14课“综合实践活动”目标，激发学生兴趣，明确学习任务。

2.新课讲授（15分钟）

（1）硬件组装与连接（5分钟）

介绍核心组件：光线传感器（检测光强，模拟输出，0-1024数值）、直流电机（驱动转向，需PWM调速）、主控板（处理数据，输出控制信号）。结合课本图14-2，讲解连接要点：传感器接A0、A1模拟口，电机接3、4号PWM口，强调正负极接反会导致电机反转。举例：若电机不转，检查接线是否牢固、正负极是否正确。

（2）编程逻辑设计（5分钟）

讲解光线传感器数据读取方法（Scratch中“读取模拟值”积木，Arduino中analogRead()函数），重点设计条件判断逻辑：比较左右传感器数值，若左>右，则左转（左电机停、右电机转）；若右>左，则右转；若差值小于阈值，则直行。结合课本第14.3节“程序编写”，举例Scratch代码：当“光线传感器1值-光线传感器2值>200”时，执行“右电机速度100，左电机速度0”。

（3）调试与参数优化（5分钟）

重难点：传感器灵敏度与电机速度匹配。讲解调试方法：用串口监视器（Arduino）或“查看数值”模块（Scratch）实时读取传感器数据，确定阈值（如光强差200判定方向）。举例：初始阈值100时，机器人频繁转向，调至200后运动更平稳；电机速度过高会冲过头，设为50-80较合适。

3.实践活动（15分钟）

（1）硬件搭建（5分钟）

分组领取组件（主控板、传感器、电机、底盘），按照课本图14-2组装，教师巡视指导，解决接触不良（如杜邦线插不紧）和电机安装方向问题，确保底盘灵活转动。

（2）编程实现（5分钟）

根据逻辑编写程序：先测试传感器读取（串口打印左右数值，用手遮挡验证变化），再编写条件判断语句，分别测试左转、右转、直行功能。举例：用手遮挡左传感器，观察机器人是否右转；同时遮挡，是否直行。

（3）综合调试（5分钟）

整体运行机器人，在台灯光源前测试，记录问题（如转向角度过大、响应慢），调整参数：调低电机速度至60解决冲过头问题，增加阈值至250减少误判。优化后，机器人能持续向光源移动，完成“阳光寻觅”功能。

4.学生小组讨论（5分钟）

（1）硬件问题：“电机不转的可能原因及解决方法？”举例回答：①接线错误（正负极接反，调换接线）；②供电不足（更换电池）；③电机损坏（更换电机）。

（2）编程问题：“机器人原地打转如何解决？”举例回答：①条件判断写反（左>右时误设为右转，检查逻辑语句）；②电机接口接反（左右电机接反，交换接线）；③阈值过小（如设为50，导致微小光强差就转向，调大阈值）。

（3）优化策略：“如何提高追光精度？”举例回答：①增加传感器数量（前后左右4组传感器，更精准定位光源）；②使用平均滤波（连续读取5次取平均值，减少数据波动）；③PID算法（根据光强差动态调整电机速度，转向更平滑）。

5.总结回顾（5分钟）

梳理本节课核心：①硬件组装（传感器与电机连接）；②编程逻辑（条件判断与控制输出）；③调试优化（参数匹配与问题解决）。重难点：传感器数据与电机控制的协同（如阈值设定影响转向精度）、硬件与软件的联合调试（接线错误导致功能失效）。布置任务：完善程序，测试不同光源（自然光、LED灯）下的效果，记录调试过程，下节课展示成果。拓展与延伸1.拓展阅读材料

（1）《机器人传感器技术基础》（第二章“光线传感器工作原理”）：详细解析光敏电阻与光电二极管的结构差异，解释光线强度转化为电信号的物理过程，结合课本第14课中传感器数据采集方法，说明不同光照环境下数值变化规律（如0-1024数值对应0-1000lux光照强度），为调试传感器阈值提供理论依据。

（2）《Scratch与Arduino编程实战》（第五节“多条件判断逻辑优化”）：通过案例讲解如何使用嵌套if-else语句实现更复杂的光源方向判断（如左、右、正前、无光四种状态），结合课本14.3节程序编写，引入“逻辑或”“逻辑与”运算符优化代码，减少重复判断语句，提升程序执行效率。

（3）《智能家居中的机器人应用》（第三章“自动追光系统设计”）：分析工业级追光设备（如太阳能板跟踪系统）的硬件选型（高精度光敏阵列传感器）和控制算法（PID比例积分微分控制），对比课本“阳光寻觅者”中简易光线传感器的局限性，探讨如何通过增加传感器数量和算法升级提高追光精度，呼应教材“综合实践活动”中技术迭代的思想。

（4）《电子制作安全规范手册》（第一节“机器人实验操作准则”）：强调主控板通电前检查接线极性、避免传感器引脚短路的注意事项，结合课本硬件组装环节，列举常见操作风险（如电机反烧、传感器过载）及预防措施，强化学生安全意识。

2.课后自主探究

（1）基础巩固任务：优化“阳光寻觅者”程序，增加“无光源保护”功能（当左右传感器数值均低于阈值时，机器人停止转动并提示“未检测到光源”），使用串口监视器记录不同光源（台灯、LED手电筒、自然光）下的传感器数据，绘制光照强度与数值对应表，分析环境光对机器人性能的影响，验证课本14.4节“调试优化”中参数设定的科学性。

（2）进阶挑战任务：结合课本第13课“物联网技术初步”，为“阳光寻觅者”添加蓝牙模块，通过手机APP远程控制机器人启动/停止，并实时显示传感器数据；设计“多光源选择”功能，当检测到两个及以上光源时，通过优先级判断（如选择光强最高的光源）实现智能切换，拓展机器人应用场景。

（3）综合应用任务：小组合作设计“智能教室窗帘系统”，利用光线传感器检测室内光照强度，控制直流电机驱动窗帘开合（光照强时自动关闭，弱时自动打开），参考课本第14课硬件搭建与编程逻辑，增加光强阈值可调功能（如通过按键手动设定舒适光照范围），撰写《智能窗帘系统设计报告》，包含硬件清单、程序流程图、测试数据及改进方案，体现信息技术解决实际问题的能力。重点题型整理1.硬件连接题：组装“阳光寻觅者”时，电机不转，可能的原因及解决方法？

答案：①接线错误（如电机正负极接反，需调换杜邦线）；②供电不足（电池电量低，更换新电池）；③电机接口接错（未接PWM口，应接3、4号口）；④传感器与主控板接触不良（重新插拔杜邦线）。

2.编程逻辑题：编写程序时，机器人向左光源方向却右转，问题出在哪？如何修正？

答案：条件判断逻辑错误。原逻辑为“左传感器值>右传感器值时右转”，应改为“左>右时左转（左电机停、右电机转）”。修正后：当“光线传感器1值-光线传感器2值>200”时，执行“左电机速度0，右电机速度100”。

3.调试优化题：机器人追光时频繁左右摆动，如何调整参数？

答案：阈值过小导致误判。将阈值从100调至250，减少微小光强差引起的转向；同时降低电机速度至60，避免冲过头。

4.传感器数据题：用手遮挡左传感器时，串口监视器显示左传感器数值未变化，可能原因？

答案：①传感器未正确连接A0口（检查接线）；②传感器损坏（更换传感器）；③程序中未调用读取模拟值积木（添加“读取模拟值A0”指令）。

5.综合应用题：如何为“阳光寻觅者”增加“无光源保护”功能？

答案：在程序中添加条件：当左右传感器数值均低于阈值（如<100）时，执行“所有电机停止，显示‘未检测到光源’”。使用Scratch的“如果…那么…”积木，判断“传感器1值<100且传感器2值<100”。教学评价1.课堂评价

（1）**提问检测**：通过“传感器数值变化规律”“电机转向逻辑”等问题，检查学生对课本14.2节硬件原理和14.3节编程逻辑的掌握程度。

（2）**观察实践**：巡视小组操作，记录学生硬件连接（如传感器接口是否正确）、程序编写（条件判断语句是否规范）及调试过程（参数调整是否合理），及时纠正接线错误或逻辑漏洞。

（3）**即时测试**：发放任务单，要求学生现场诊断“机器人原地打转”问题（对应重点题型2），评估故障排查能力。

2.作业评价

（1）**程序优化报告**：批改学生提交的“无光源保护”功能代码（参考重点题型5），重点检查条件判断的严谨性和阈值设定