魔法风扇

浙江省台州市双语学校张海兵

【教材分析】

由于机器人教学没有统一教材，本课选自自编教材《学Scratch玩转乐高机器人》第一章第1课，是初中生进行机器人学习的初始课。电风扇在生活中最为常见，距离传感器感应功能的魔法风扇既贴近学生生活实际，又能增添神秘色彩激发学生学习兴趣，由电风扇机械结构组建和编程实现魔法电风扇两大部分组成。学生在搭建电风扇的过程中，明确电风扇的结构特点，学习并应用“汉堡包”结构，习得稳定结构的建构方法；在充分体验魔法电风扇距离感知控制风扇运行的基础上，分析“魔术”背后的原因，理解距离传感器的作用和工作原理，学习MIT Scratch图形化编程来控制电风扇的运行，最后优化程序算法，实现“魔法风扇”。

【学情分析】

教学对象是七年级的学生，机器人设计编程对学生来说是一块崭新的内容，在小学阶段的信息技术课学习中，大多数学生没有学习过相关的编程知识，属于零起点，学习有一定难度，但对机器人有一定的感官上的了解，对机器人学习充满兴趣，这为本课学习提供了很好的学习动力。

七年级的学生处于具体运算到形式运算的过渡阶段，抽象思维从经验型逐步向理论型成长，观察能力，抽象能力和想象能力也在逐步形成。另外，这一阶段的学生好动，注意力易分散，爱发表见解，希望能够得到老师的表扬，所以在教学中应抓住这些特点，一方面让学生充分体验魔法风扇智能距离感知控制风扇运行的实验来激发学生兴趣，吸引注意力；另一方面，通过任务单自学法和小组合作学习方法组织课堂教学，创造机会和时机让学生交流讨论，发挥学生学习的主动性。

【教学目标】 知识与技能：

1．了解Scratch界面的主要组成，掌握基本的机器人控制指令。

2．理解距离传感器的作用和工作原理，掌握“传感器”和“马达”模块等指令的使用。 3．理解循环结构的概念，初步掌握编写循环结构程序来处理传感器数据和控制马达的方法。

过程与方法：

通过自主学习、动手搭建、编写程序、调试机器，体验设计智能风扇的过程，初步掌握操控机器人的基本流程。

情感、态度与价值观：

在发现问题、分析问题和解决问题的能力的过程中感受智能机器人编程控制的乐趣，激发机器人学习的兴趣，提高实践操作能力和自主合作探究意识。

【教学重点、难点】

重点：掌握马达、齿轮、传感器的安装，学会编写循环结构程序来处理传感器数据和控制马达的方法。

难点：学会编写循环结构程序来处理传感器数据和控制马达的方法。 【教学准备】

1．准备20套LEGO WeDO套装。

2．在教师电脑和学生电脑上安装Scratch编程软件和电子教室软件。 3．每生一份学习任务单材料。 【教学过程】

（一）创设情境，揭示主题

教师活动 魔术表演，引出主题 教师表演手势控制风扇速度的现场魔术，让学生观察和回答实验的现象，从而揭示本节课的学习主题：魔法风扇。 学生活动 1、观看魔术表演 2、思考魔术之迷 3、回答提问 设计意图 通过魔术表演，吸引眼球，设置悬念，从而提高学生的学习兴趣。 （二）提出问题，分析任务

教师活动 1、先回顾搭建，再小组讨论，提出问题 小组讨论：根据魔法实验“开始时风扇开着，当手靠近风扇时，风扇速度变慢，近到一定距离时风扇关闭，远离风扇时，风扇速度变快。”这一现象来分析，要实现“魔法”，需要解决哪些重要问题。 2、分析任务、理清编程问题 最大的困难是如何利用编程技术实现电风扇的控制，让风扇转动起来，并随着手势距离不同从而使电风扇的速度不同。 师生共同分析编程的顺序：开关、速度、感应器 小结：今天我们的编程任务已经非常明了：1、控制风扇的开关2、控制风扇的速度3、写传感器感应手势的魔法程序。 （三）闯关式编程，解决问题，实现魔法

教师活动 1、编写和调试控制风扇开、关的程序 介绍闯关式任务中“锦囊妙计”任务单自学方式。 揭示第一关任务：通过键盘上的A键控制把风扇打开，通过空格键把风扇关闭。 要求学生利用“锦囊妙计”任务单自学。 讨论：根据学生自学情况讨论得出打开风扇的程序流程学生活动 1、根据“锦囊妙计”自学和编程调试 设计意图 第一关和第二关采用任务单自学法，提供相对应的学习材料，强调的是学生自主学习。 学生活动 1、小组讨论 2、记录员在A4纸上填写要解决的问题 3、师生互动 设计意图 教学活动中让学生学会发现问题、解决问题，鼓励学生充分运用“问题求解”养成创造性地思考、工作与学习的行为习惯。 学生学到的不仅仅是新知识，更重要的是能亲自体验发现问题、解决问题的过程，并在这一过程中学会思考。 2、师生互动 反馈：全体学生跟着教师口令来控制风扇的开关 评价：学生在“任务完成记录表”中自评、他评 2、编写和调试控制风扇速度的程序 揭示第二关任务：通过Scratch编程，让搭建的电风 扇也有四个不同的档位（0、1、2、3）控制键。 3、学生上台要求学生利用“锦囊妙计”任务单自学。 汇报演示 讨论：根据学生自学情况讨论得出控制风扇的速度的程 序流程图。 4、填写“任务完成记录表” 反馈：小组内同学互相演示。 评价：学生在“任务完成记录表”中自评、他评 3、编写和调试传感器感应手势的程序。 （1）引导得出通过手势控制风扇需要使用传感器 （2）介绍距离传感器的简单原理和编程模块 （3）分析马达能量的值与距离传感器的值的关系 （4）编写传感器模块指令控制风扇速度的程序 分析：使用顺序结构的传感器指令控制风扇速度的程序存在着不能持续使风扇速度产生连续的变化。 讨论学习：使用重复执行的模块来读取传感器数据、传送数据给马达，实现手势持续控制风扇的速度。 流程图：这一环节的层层深入分析，理清编程思路，逐步得到魔法风扇的程序流程图。 图，同理也可以得到关闭风扇的程序流程图。 第三关是本课重难点所在，通过让学生尝试体验，再通过观察和分析，让学生理解传感器的数值检测与程序循环结构的关系。拓展学生思维空间，提高分析问题和解决问题的能力。 （5）学生编写、汇报演示魔法实验 （四）拓展提升

1、引导学生发现问题 老师把魔术进行改进，请同学再仔细看看，现在这个魔法与之前表演的魔法有什么不一样？ （现在魔法是手靠电风扇越近，速度越快，手离风扇越远，速度越慢。） 2、帮助学生解决问题 这是为什么呢？请同学们想一想，怎么实现的呢？提示：能不能利用学过的数学知识呢？ 3、引导：通过引导得出优化算法的思维： 用100减去传感器的值，实现的效果就和你们之前的魔法相反。 4、布置任务：同学们马上修改一下程序试试。 （五）课堂总结

教师活动 我们来回顾一样魔法实验的实现过程。 1、 硬件部分：搭建模型 2、 软件部分：编写程序 （1） 控制开关 （2） 控制速度 （3） 写传感器感应手势的魔法程序。 学生活动 回顾本节课的学习过程，与教师互动 设计意图 课堂小结可以帮助学生理清所学知识的层次结构，掌握其外在的形式和内在联系，形成知识系列及一定的结构框架。 1、学生观察思考回答 2、学生实践操作，编程和调试 提出一个科学问题，学生就要想办法解决这个问题，其步骤包括：(1)理解问题；(2)用数学方式表达问题；(3)设计算法；(4)实现算法；(5)解决最初的科学问题。大家可以遵循这五个步骤，锻炼自己的算法思维，解决实际问题。 板书设计

魔法风扇 实验现象：开始时风扇开着，当手靠近风扇时，风扇速度变慢，近到一定距离时风扇关闭，远离风扇时，风扇速度变快。 实验操作过程： 一、搭建模型 开始 1．风扇的开关 二、编写程序 2．风扇的速度 重复执行设置马达能量 = 距离传感器的值 打开马达 3．手势感应速度变化

任务完成记录表

任务编号 任务一 任务二 任务三 内容 编写开与关的程序 编写风速档位控制程序 编写手势控制的魔法程序 完成情况 完成没有 完成没有 完成没有 自我评价 （最高10分） 同学评价 （最高10分） 三、学习材料

学习材料 1 —— 搭建模型

问题：如何固定竖直的梁？

方法：竖直梁上的孔与水平叠加的梁的孔是不能相互对应的，而要固定竖直的梁，需要利用“汉堡包”结构来固定。

“汉堡包”结构：上面是一根红色梁，中间两块板，下面也是一根红色梁。

上下梁对应的孔的距离和竖直梁上的三个孔的距离相同。

搭建步骤图”材料

搭建图纸：查看“魔法风扇

连接电脑

学习材料 2 —— 编写开与关的程序搭建模型

认识Scratch：Scratch是一款由麻省理工学院(MIT) 设计开发的一款面向少年的图形化、积木式的编程软件。

启动程序图标：

软件界面：

常用指令： 分类区 指令图标 功能说明 小提示 控制区 点“小三角”每个程序要把这个可以把空格指令放在首位，以便键改成别的 用键盘来启动程序。 键。 启动马达，可以让风扇转起来。 在电脑与机器模型没有数据线连接的情况下，需要这样做 动作区 动作区 关闭马达，可以让风扇停止转动。 开始编写程序吧，使用键盘“A键”控制风扇开，键盘“空格键”控制风扇关。

学习材料 3 —— 编写风速档位控制程序

家用电风扇上的按键

常用指令： 分类区 指令图标 功能说明 每个程序要把这个指令放在首位，以便用 键盘来启动程序。 小提示 点“小三角”可以把空格键改成别的键。 程序案例 白框里的100是马达转得最快的速度，把 这个数字改小，马达速度相应会变慢。 控制区 动作区 开始编写程序吧，通过Scratch编程4组程序，让搭建的电风扇有四个不同的档位（0、1、2、3）控制键。

学习材料 4 —— 编写手势控制的魔法程序

距离传感器：能检测前方15厘米以内物体距离，以0-100的范围数值传送给电脑。

0

100 常用指令： 分类区 指令图标 功能说明 把指令放在重复执行框里，可以让电脑或者机器人不停地重复做相应的任务。 小提示 当手放在传感器前方移动时，实际上距离数据在不断的变化，我们的程序怎么知道呢？ 默认是滑标，需要点倒三角图标来选择 控制区 侦测区 从机器人距离传感器哪里获取数据。 钩选前面的选框，可以在舞台显示实时侦测数据。 小技巧：将白框里的100替换成传感器的值

开始编写程序吧，完成用手势控制电风扇的速度的这个魔法程序的编写和调试。并要求电脑能够显示距离传感器能量的值。