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地面循线传感器说课

  尊敬的各位专家、各位评委:

  上午好。我是来自长沙青竹湖湘一外国语学校的周源,今天我展示的课题是《地面循迹传感器的灵活使用》,我将以这四个部分来进行说课。

  

 

  (本文作者: 长沙青竹湖湘一外国语学校、周源)

  亮宁机器人套装基于arduino开源平台开发,具有可视化的编程界面,能大大降低程序编写的入门难度。

  地面循线传感器是套装中非常重要的组成部分,是机器人循迹、搬运和推物等重要功能实现的前提和基础,也是程序中分支结构和循坏结构重要应用的载体。

  并且它能通过调节传感器的数量和间距,实现多种循迹配置,适应不同的外部环境。当然,为了更好的讨论本课内容,这节课假定循迹的线宽固定为2cm。

  本课是一节理论分析课,由之前反复试验过的两眼、三眼循迹实践做出总结和分析,并为之后的多眼循迹操作打下理论基础。分析推导出五眼循迹的优势,在这一过程中培养学生全面、辩证分析问题的思维方法,了解不同循迹配置的效能高低,起到承前启后的作用。

  二、 教学目标

  本节课的三维目标如下:

  对不同数量、不同间距的光电传感器进行循迹分析;在这一过程中,引导学生去细致观察、大胆假设、总结相关的规律;并在课程中,培养学生对待和分析问题的辩证思维方式。

  

 

  第一个环节:问题导入

  教师回顾之前实践环节中两眼和三眼的循迹经验,由两种循迹配置的不同比较,如能否分辨Y字路口和T字路口,得出三眼效果更好,引导设问:继续增加眼睛数量,进行四眼循迹会如何?提出问题,引起学生的关注,呈现本节课的主体脉络,快速有效地完成导入。

  第二个环节:大胆假设

  教师现场展示四眼与三眼的循迹对比[播放四眼与三眼对比视频]

  四眼机器人顺利通过了三眼无法完成的场地。再用多媒体演示四眼和三眼的循迹模型图进行进一步对比,分析发现四眼路口处理能力上升。然后把四眼与两眼进行比较,发现两侧新增的眼睛让四眼机器人循迹时更优越。得出四眼的循迹效果明显优于三眼和两眼。

  这时,教师引导学生作出假设:三眼比两眼好,而四眼又比三眼好,那是不是眼睛越多循迹效果越好呢?继续增加眼睛数量来验证该假设,引出五眼循迹。

  第三个环节:验证假设

  紧接着,教师再次进行对比实验,让机器人通过连续的横向T字路口,四眼机器人失败,而五眼机器人成功完成。分析发现,五眼与四眼相比,在某些特殊情况下,例如图中的横向T字路口,由于新增的眼睛使得能够识别的几率大大提高;而五眼与三眼相比,二者传感器分布方式相同,两侧多出来的传感器为循线增加了一道防线。得到结论:五眼循迹效果更优于四眼。

  看来五眼比四眼更好,眼睛越多循迹越好的“假设”得到了印证。这一假设似乎能被坐实,能成为结论啦。此时教师又对学生进行诱导观察:循迹安装板上有七个安装位,那六眼机器人和七眼机器人肯定会更好!引出六眼七眼循迹,递进至下一环节。

  第四个环节:质疑结论

  教师引导学生进行这样的操作:[播放视频,学生对五眼和六眼循迹分组计时]。学生发现两种机器人都能顺利通过各种路口,所需时间也相差无几,六眼没有展现明显的优势,与之前结论不符,引发认知冲突,引起质疑。这时教师进行语言衔接:六眼比五眼没有多大提升,是不是六眼是一种特殊的情形呢?也许七眼能看出循迹更快,效果更好!继续增加眼睛数量,导出七眼循迹。

  

 

  第五个环节:完善结论

  再度进行刚才的分组比较,比较七眼与五眼机器人,学生发现二者仍是不相上下,更多的眼睛并无更佳效果!此时教师展示六眼机器人的程序,学生会观察到程序语句量大幅增加,仅仅是走线部分就比之前增加数倍!不用说路口判定以及更加复杂的七眼循迹了。

  教师结合六眼机器人的循迹模拟,引导学生找出原因:眼睛数量过多使得眼睛间距过小,眼睛密度过大。单线可能被两眼同时看到,再加上新增眼睛相关的循迹语句和条件判断,程序复杂度急剧增加,循迹效率下降。循迹并非眼睛越多越好!

  回溯前面的假设,结合六眼和七眼的情况,做出最终结论:传感器的数量和密度都会影响到循迹效果,一味增加并非最好。在当前课程假定线宽固定的条件下,套装中五眼循迹效能最佳。六眼和七眼循迹综合效能不高,其作用仍有待进一步探究。

  接着教师把课程的知识内容凝练,用这样的柱状图显示,并加以归纳说明,简洁又直观地展示了多眼循迹配置的效果,形象地表述了分析结论,并顺势进行知识扩展:既然六眼和七眼循迹效能并非很好,为何还会存在七个安装位呢?是设计人员的失误吗?如果把课程设定的循迹线宽改变又会怎样呢?将问题留至课后,保持学生持续的关注度,诱发实践兴趣。

  四、 教学特色

  本课的思路框架是由实践得出一个假设的结论,在反复验证和怀疑中进行探索,达到理解、掌握知识的目的。促使学生形成螺旋式上升的认识过程,

  即实践 理论分析 再实践的基本过程。

  这节课的采用网状结构进行推进。以传感器数量增加为主线,引出传感器密度的概念,纵横双向、分析推导完善最终结论,指导之后的实践。

  在很多机器人课堂中,教师的活动大多是引导学生,作出示范,然后学生有大量的时间进行“自主”的“探究”,而实际上则往往是对于教师示范的简单模仿,教师也疲于进行课堂答疑。本课作为机器人课程中承上启下的理论分析课,以教师为主导,为学生揭示比较中的矛盾,反复诱导学生更有方向地思考,更有效率地归纳,让学生提炼属于自己的所学所得,成为课堂主体。

  

 

  在具体实施方面:

  1、多次使用认知冲突,激发学生兴趣;

  2、网状比较推进 ,克服理论课的单调与枯燥;

  3、将结论以图形方式展示,将抽象结论形象化,增加了课堂生动性;

  4、在授课过程中,将情感教育寓于其中:培养学生辩证分析问题的方式。

  

 

  当然这节课仍有值得进一步探究之处,例如学生参与度的高低,是决定本节课胜败的关键,有待专家和老师们的指正。谢谢大家!

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