第二节 设计灭火机器人
一、教学目标
1．知识与技能
（1） 掌握火焰传感器的使用方法。
（2） 了解机器人灭火的工作原理。
（3） 掌握子程序的新建、修改、删除及保存，了解“break”模块的作用。
2．过程与方法
通过对机器人灭火任务的需求分析与讨论，明确灭火机器人应该具备的功能与硬件组成，并重点掌握火焰传感器的功能、特性及使用方法。
通过对机器人灭火任务的分解，掌握子程序的概念，并在此基础上了解“自上而下、逐步细化”的程序设计原则。
3．情感态度与价值观
培养学生的动手能力、创新能力，使学生养成良好的思维习惯。
培养学生的团队合作精神，让学生体会学习和探究的乐趣。
二、教材分析
1．本节的作用和地位
本节是在循迹机器人和走迷宫机器人基础上增加了火焰传感器应用的一节
综合应用课，主要让学生掌握火焰传感器使用方法、“自上而下、逐步细化”的程序设计原则以及子程序的概念。
2．本节主要内容介绍
本节主要任务是设计一个能在模拟火灾现场中灭火的机器人。首先，通过对任务的分析，明确灭火机器人应该具备的功能及硬件组成，并重点介绍新硬件—火焰传感器的功能特性及使用方法；随后，对灭火过程进行分解，并引入子程序的概念，介绍子程序的新建、修改、删除及保存方法，在此基础上进行程序编写，尝试采用“自上而下、逐步细化”的设计原则；最终，在虚拟环境下完成灭火程序的仿真运行。
3．重点和难点分析
教学重点：
火焰传感器的使用方法。
灭火的工作原理及子程序的编写。
教学难点：
“自上而下、逐步细化”的编程原则。
灭火程序的编写及优化。
三、教学建议
1．学情分析
在本节课之前，学生已经掌握了顺序、选择、循环结构，本节引入了“主程序”和“子程序”概念，虽然程序比较复杂，但除了“break”模块，没有新的语法；硬件方面，涉及到红外避障传感器、轨迹识别传感器、火焰识别传感器和风扇等，其中只有火焰传感器是新学硬件。新知识点并不多，主要是对以前所学知识加以综合运用。
2．教学策略
在学习新知识点（火焰传感器和子程序）时，可以通过小组探究的方式完成，老师在此基础上进行细致讲解；在综合运用以前所学知识时，可以通过小组合作的方式完成，老师在此基础上适当引导学生进行组内、组间讨论，充分发挥团队的力量。
在程序的编写、调试及仿真运行时，教师可以采取化整为零的方式进行任务分解，以小组合作的方式来完成各子程序的编写，锻炼学生的团队合作精神。为了使枯燥的编程充满活力，还可以采取小组竞赛的机制来激励学生。
面对基础不同的学生群体，在教学过程中力求做到分层教学。在要求全体学生都能达到课标要求的前提下，对程度好的学生提出更高要求，教师可以给出拓展内容：在能够顺利完成灭火的前提下，改进算法，提高机器人灭火的效率。
四、教学评价
本节的评价着重于知识与技能的评价，可参考下表进行评价。
评价内容
学生自评
教师评价
能够说出火焰传感器的功能特性
能够正确分析机器人灭火的工作流程
能够新建、修改、删除、保存子程序
能够根据“自上而下、逐步细化”的程序设计原则，编写出机器人灭火的程序
五、练习说明
1、教材第90页“问题”的参考答案：
机器人采用走迷宫的方法搜索房间，即“左手定则”或“右手定则”。
通过永久循环，判断轨迹识别传感器的变量值是否非零，还是利用走
迷宫的方法返回起点。
“自上而下、逐步细化”的设计思想。
2、教材第91页“交流”的参考答案：
机器人搜寻火焰和返回起点的动作重复了，可以编写一个“搜寻”子程序来精简程序。
3、教材第93页“交流”的参考答案：
“Break”模块的作用是跳出循环，继续执行后面的程序。
六、教学参考案例
【课题名称】
设计灭火机器人
【教学目标】
1．知识与技能
（1） 掌握火焰传感器的使用方法。
（2） 了解机器人灭火的工作原理。
（3） 掌握子程序的新建、修改、删除及保存，了解“break”模块的作用。
2．过程与方法
通过对机器人灭火任务的需求分析与讨论，明确灭火机器人应该具备的功能与硬件组成，并重点掌握火焰传感器的功能、特性及使用方法。
通过对机器人灭火任务的分解，掌握子程序的概念，并在此基础上了解“自上而下、逐步细化”的程序设计原则。
3． 情感态度与价值观
培养学生的动手能力、创新能力，使学生养成良好的思维习惯。
培养学生的团队合作精神，让学生体会学习和探究的乐趣。
【教学重点】
火焰传感器的使用方法。
灭火的工作原理及子程序的编写。
【教学难点】
“自上而下、逐步细化”的编程原则。
灭火程序的编写及优化。
【教学方法】
采用任务驱动、小组合作、自主探究相结合的教学方法。
【教学时间】
1课时。
【教学环境】
地点：机器人教室 软件：诺宝10.2
【教学过程】
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
一、创设情景、引入课题。
1、播放新闻片段：消防员在救火中牺牲。
2、表述：消防员的工作是很伟大的，为保护公民的人身和财产安全而不顾时刻面临危险。
3、提问：有什么方法可以帮助消防员的工作，减低其工作的危险性？
1、 观看视频，感悟情景。
2、 听取教师的情感分享。
3、 思考并回答教师的提问。
1、以真实事例引起学生的情感共鸣，引导学生学会感恩。
2、让学生感悟机器人所发挥作用的社会价值，激发学生的学习动力。
3、引入课题。
二、明确任务、学习硬件。
1、任务假设：假如一套四室一厅的房子起火，火源在其中某个房间里。
任务要求：需要机器人进入房间搜寻火源并灭火然后返回白色的起点。
2、提问：该任务需要用到哪些硬件设备？
问题补充：机器人怎样知道某处有没有火源呢？
3、要求自学新硬件：火焰传感器
（1）分发硬件实物，让学生观察其结构。
（2）认识诺宝软件中的火焰传感器模块，掌握其变量和端口的设置。
1、学生听取任务的条件和要求。
2、学生思考回答。
3、自主学习新硬件—火焰传感器。
1、明确任务。
2、根据任务需求，让学生了解所需的硬件设备及其使用方法。
3、让学生重点掌握火焰传感器的使用方法。
三、分解任务、精简流程。
1、提出问题：
（1）完成整个灭火任务可分为几个步骤？
（2）有没有重复的步骤？
（3）如何精简重复的步骤？
2、分析问题：
根据小组讨论及回答，对问题进行分析讲解。
3、解决问题：
要对流程进行精简，可以使用子程序。
（1）使用子程序的作用：
①简化程序
②重复利用程序
（2）介绍并简单演示子程序的使用方法。
①新建子程序 ②重新编辑子程序
③删除子程序 ④保存子程序
（3）提示：“break”模块的作用
4、下面，请同学们以小组为单位，根据“自上而下、逐步细化”的原则，利用刚才学到的子程序知识，完成灭火的流程设计。
1、思考问题、小组讨论并回答问题。
2、听教师讲解。
3、观察教师示范，学习子程序的编写方法及“break”模块的使用。
4、以小组为单位，完成灭火任务的流程设计。
1、 让学生通过思考，深度分析问题。
2、对任务流程作出分析，并引出子程序概念。
3、 让学生了解子程序的作用，并学会子程序的编写，掌握“break”模块的作用及用法。
4、让学生掌握“自上而下、逐步细化”的结构化程序设计思想。
四、小组协作
、编写程序。
分工：把灭火任务分解为“搜寻模块”、“灭火模块”等子任务，并让小组长根据情况，进行组内任务分工。
教师巡视，并对有疑问的小组和学生进行指导。
小组竞赛：各小组成员进行分工合作，把刚刚做好的子程序相互共享，在此基础上集成子程序，根据流程图完成机器人灭火和安全返回的完整程序设计。
巡视学生上机操作情况，既做教练，辅导学生编程，又做裁判，看哪个组最先完成，哪个组完成的质量最好。
1、小组长根据组内情况分配子任务到人。
2、上机实践，进行子程序编写。
3、听老师讲解竞赛机制，小组成员分工合作，进行程序集成。
4、与巡视老师进行沟通，最终实现整个灭火任务的程序设计。
1、化整为零，让每个学生领到自己的子任务。
2、让学生小组分工，完成子程序编写。
3、通过竞赛机制，让学生进行分工合作，齐心协力完成子程序的集成。
4、让学生最终完成整个灭火程序的设计。
五、评价归纳、问题拓展。
1、先让学生根据评价表自评、互评，然后选择具有代表性小组的作品进行仿真演示，并对各组作品进行点评，对各知识点及重难点进行归纳总结，从而达到知识的查漏补缺。
2、抛砖引玉：（1）如何让机器人以最快的速度找到火源、灭火并返回起点？（2）在顺利完成灭火任务的前提下，能否对机器人硬件进行精简？
1、参与到作品的自评、互评，认真听教师的点评。
2、认真思考教师抛出的问题，酝酿课后如何对程序和硬件进行改进。
1、让学生在多元评价的基础上对知识进行查漏补缺。
2、给学生拓展的空间，充分发挥其想象力和创造力。
七、参考资料
课件26张PPT。设计灭火机器人课前准备1.同学分组:
4人一小组.分工:组长,汇报员，填表员,材料员.
2.设备配置:
每组使用两台计算机及二套机器人设备。1.用右手定则编写走迷宫机器人程序.
复习观察：消防员救火观察思考1.观察:机器人灭灭2.思考探讨:机器人是如何完成灭火的？小组探究1.阅读课本P89—P90.
2.小组明确任务：设计灭火机器人。3.任务要求：
设计一个能在模拟火灾现场中灭火的机器人。要求它从起点位置出发，自动找到火源，并把火灭掉，然后回到起点停止。任务功能分析1.小组讨论：灭灭机器人的任务功能分析。2.完成表格：认识火焰传感器2.讲一讲：火焰传感器的外部特征。1.阅读课本P91.火焰传感器（工作原理） 1.火焰传感器的工作原理：
火焰传感器用于检测机器人周围是否有火焰，采用紫外光敏管作为元件，具有很强的抗干扰能力，火焰发出的红外线被火焰传感器接收后产生检测到的信号，传给微电脑。微电脑分析判断做出反应。2.图标：小组探讨1.小组探讨：机器人灭火的流程。2.思考：哪些程序是重复的？任务分解，精简流程1.阅读课本P92—P942.小组探究：是否可以将程序分解成几个子程序任务？ A.主程序
B.搜寻子程序
C.灭火子程序认识子程序2.图标：1.小组讨论：什么是主程序？什么是子程序？ A.主程序：完成总任务功能，并且可以调用子程序的程序，称为主程序。
B.子程序：完成子任务功能的程序段，可供主程序重复调用，以实现方便编程，简化程序结构，容易阅读的作用。称为子程序。应用子程序2.小组探究：各小组试建“搜寻”子程序。1.子程序的应用：
A.新建子程序。
B.修改子程序。
C.删除子程序。
D.保持子程序。小组合作1.小组分工合作：编写灭火机器人程序。2.小组分工：
组长：总体思路框架。
主程序员：编写主程序。
子程序员1：编写搜寻程序。
子程序员2: 编写灭火程序。编程思路总体目标细化总体结构细化分支结构功能目标细化细分结构细化细分目标1.编程思路的设计原则：设计原则：自上而下，逐步细化。2.小组讨论：复杂程序的总体设计思路？设计主程序2.思考：break模块的作用？1.设计主程序：机器人灭火后返回。用火焰传感器设计灭火程序，用轨迹传感器设计返回程序。Break模块1.break模块执行过程：用于结束循环，执行循环体外后续的程序序列。2.图标：设计子程序（搜寻）2.完成子程序后，进行仿真。分段调试。1.设计搜寻子程序。设计子程序（灭火）1.设计灭火子程序。2.完成子程序后，仿真，分段调试。完善程序仿真调试小组互助1.小组内部互助:
小组内同学教会自己的同伴.
2.小组之间互助:
已经完成的小组,帮助未完成的小组.
展示评价2.小组间点评:1.各小组展示机器人编程作品,并讲解设计思路。小结1. 掌握火焰传感器的使用方法。2. 了解机器人灭火的工作原理。3. 掌握子程序的新建、修改、删除及保存，了解“break”模块的作用。拓展 小组探讨：机器人在完成灭火后，还有其他方法返回原地吗？板书设计灭火机器人一.火焰传感器的使用方法。二.灭火的工作原理及子程序的编写。三.“自上而下、逐步细化”的编程原则。四.灭火程序的编写及优化。第二节 设计灭火机器人
一、教学目标
1．知识与技能
（1） 掌握火焰传感器的使用方法。
（2） 了解机器人灭火的工作原理。
（3） 掌握子程序的新建、修改、删除及保存，了解“break”模块的作用。
2．过程与方法
通过对机器人灭火任务的需求分析与讨论，明确灭火机器人应该具备的功能与硬件组成，并重点掌握火焰传感器的功能、特性及使用方法。
通过对机器人灭火任务的分解，掌握子程序的概念，并在此基础上了解“自上而下、逐步细化”的程序设计原则。
3．情感态度与价值观
培养学生的动手能力、创新能力，使学生养成良好的思维习惯。
培养学生的团队合作精神，让学生体会学习和探究的乐趣。
二、教材分析
1．本节的作用和地位
本节是在循迹机器人和走迷宫机器人基础上增加了火焰传感器应用的一节
综合应用课，主要让学生掌握火焰传感器使用方法、“自上而下、逐步细化”的程序设计原则以及子程序的概念。
2．本节主要内容介绍
本节主要任务是设计一个能在模拟火灾现场中灭火的机器人。首先，通过对任务的分析，明确灭火机器人应该具备的功能及硬件组成，并重点介绍新硬件—火焰传感器的功能特性及使用方法；随后，对灭火过程进行分解，并引入子程序的概念，介绍子程序的新建、修改、删除及保存方法，在此基础上进行程序编写，尝试采用“自上而下、逐步细化”的设计原则；最终，在虚拟环境下完成灭火程序的仿真运行。
3．重点和难点分析
教学重点：
火焰传感器的使用方法。
灭火的工作原理及子程序的编写。
教学难点：
“自上而下、逐步细化”的编程原则。
灭火程序的编写及优化。
三、教学建议
1．学情分析
在本节课之前，学生已经掌握了顺序、选择、循环结构，本节引入了“主程序”和“子程序”概念，虽然程序比较复杂，但除了“break”模块，没有新的语法；硬件方面，涉及到红外避障传感器、轨迹识别传感器、火焰识别传感器和风扇等，其中只有火焰传感器是新学硬件。新知识点并不多，主要是对以前所学知识加以综合运用。
2．教学策略
在学习新知识点（火焰传感器和子程序）时，可以通过小组探究的方式完成，老师在此基础上进行细致讲解；在综合运用以前所学知识时，可以通过小组合作的方式完成，老师在此基础上适当引导学生进行组内、组间讨论，充分发挥团队的力量。
在程序的编写、调试及仿真运行时，教师可以采取化整为零的方式进行任务分解，以小组合作的方式来完成各子程序的编写，锻炼学生的团队合作精神。为了使枯燥的编程充满活力，还可以采取小组竞赛的机制来激励学生。
面对基础不同的学生群体，在教学过程中力求做到分层教学。在要求全体学生都能达到课标要求的前提下，对程度好的学生提出更高要求，教师可以给出拓展内容：在能够顺利完成灭火的前提下，改进算法，提高机器人灭火的效率。
四、教学评价
本节的评价着重于知识与技能的评价，可参考下表进行评价。
评价内容
学生自评
教师评价
能够说出火焰传感器的功能特性
能够正确分析机器人灭火的工作流程
能够新建、修改、删除、保存子程序
能够根据“自上而下、逐步细化”的程序设计原则，编写出机器人灭火的程序
五、练习说明
1、教材第90页“问题”的参考答案：
机器人采用走迷宫的方法搜索房间，即“左手定则”或“右手定则”。
通过永久循环，判断轨迹识别传感器的变量值是否非零，还是利用走
迷宫的方法返回起点。
“自上而下、逐步细化”的设计思想。
2、教材第91页“交流”的参考答案：
机器人搜寻火焰和返回起点的动作重复了，可以编写一个“搜寻”子程序来精简程序。
3、教材第93页“交流”的参考答案：
“Break”模块的作用是跳出循环，继续执行后面的程序。
六、教学参考案例
【课题名称】
设计灭火机器人
【教学目标】
1．知识与技能
（1） 掌握火焰传感器的使用方法。
（2） 了解机器人灭火的工作原理。
（3） 掌握子程序的新建、修改、删除及保存，了解“break”模块的作用。
2．过程与方法
通过对机器人灭火任务的需求分析与讨论，明确灭火机器人应该具备的功能与硬件组成，并重点掌握火焰传感器的功能、特性及使用方法。
通过对机器人灭火任务的分解，掌握子程序的概念，并在此基础上了解“自上而下、逐步细化”的程序设计原则。
3． 情感态度与价值观
培养学生的动手能力、创新能力，使学生养成良好的思维习惯。
培养学生的团队合作精神，让学生体会学习和探究的乐趣。
【教学重点】
火焰传感器的使用方法。
灭火的工作原理及子程序的编写。
【教学难点】
“自上而下、逐步细化”的编程原则。
灭火程序的编写及优化。
【教学方法】
采用任务驱动、小组合作、自主探究相结合的教学方法。
【教学时间】
1课时。
【教学环境】
地点：机器人教室 软件：诺宝10.2
【教学过程】
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
一、创设情景、引入课题。
1、播放新闻片段：消防员在救火中牺牲。
2、表述：消防员的工作是很伟大的，为保护公民的人身和财产安全而不顾时刻面临危险。
3、提问：有什么方法可以帮助消防员的工作，减低其工作的危险性？
1、 观看视频，感悟情景。
2、 听取教师的情感分享。
3、 思考并回答教师的提问。
1、以真实事例引起学生的情感共鸣，引导学生学会感恩。
2、让学生感悟机器人所发挥作用的社会价值，激发学生的学习动力。
3、引入课题。
二、明确任务、学习硬件。
1、任务假设：假如一套四室一厅的房子起火，火源在其中某个房间里。
任务要求：需要机器人进入房间搜寻火源并灭火然后返回白色的起点。
2、提问：该任务需要用到哪些硬件设备？
问题补充：机器人怎样知道某处有没有火源呢？
3、要求自学新硬件：火焰传感器
（1）分发硬件实物，让学生观察其结构。
（2）认识诺宝软件中的火焰传感器模块，掌握其变量和端口的设置。
1、学生听取任务的条件和要求。
2、学生思考回答。
3、自主学习新硬件—火焰传感器。
1、明确任务。
2、根据任务需求，让学生了解所需的硬件设备及其使用方法。
3、让学生重点掌握火焰传感器的使用方法。
三、分解任务、精简流程。
1、提出问题：
（1）完成整个灭火任务可分为几个步骤？
（2）有没有重复的步骤？
（3）如何精简重复的步骤？
2、分析问题：
根据小组讨论及回答，对问题进行分析讲解。
3、解决问题：
要对流程进行精简，可以使用子程序。
（1）使用子程序的作用：
①简化程序
②重复利用程序
（2）介绍并简单演示子程序的使用方法。
①新建子程序 ②重新编辑子程序
③删除子程序 ④保存子程序
（3）提示：“break”模块的作用
4、下面，请同学们以小组为单位，根据“自上而下、逐步细化”的原则，利用刚才学到的子程序知识，完成灭火的流程设计。
1、思考问题、小组讨论并回答问题。
2、听教师讲解。
3、观察教师示范，学习子程序的编写方法及“break”模块的使用。
4、以小组为单位，完成灭火任务的流程设计。
1、 让学生通过思考，深度分析问题。
2、对任务流程作出分析，并引出子程序概念。
3、 让学生了解子程序的作用，并学会子程序的编写，掌握“break”模块的作用及用法。
4、让学生掌握“自上而下、逐步细化”的结构化程序设计思想。
四、小组协作
、编写程序。
分工：把灭火任务分解为“搜寻模块”、“灭火模块”等子任务，并让小组长根据情况，进行组内任务分工。
教师巡视，并对有疑问的小组和学生进行指导。
小组竞赛：各小组成员进行分工合作，把刚刚做好的子程序相互共享，在此基础上集成子程序，根据流程图完成机器人灭火和安全返回的完整程序设计。
巡视学生上机操作情况，既做教练，辅导学生编程，又做裁判，看哪个组最先完成，哪个组完成的质量最好。
1、小组长根据组内情况分配子任务到人。
2、上机实践，进行子程序编写。
3、听老师讲解竞赛机制，小组成员分工合作，进行程序集成。
4、与巡视老师进行沟通，最终实现整个灭火任务的程序设计。
1、化整为零，让每个学生领到自己的子任务。
2、让学生小组分工，完成子程序编写。
3、通过竞赛机制，让学生进行分工合作，齐心协力完成子程序的集成。
4、让学生最终完成整个灭火程序的设计。
五、评价归纳、问题拓展。
1、先让学生根据评价表自评、互评，然后选择具有代表性小组的作品进行仿真演示，并对各组作品进行点评，对各知识点及重难点进行归纳总结，从而达到知识的查漏补缺。
2、抛砖引玉：（1）如何让机器人以最快的速度找到火源、灭火并返回起点？（2）在顺利完成灭火任务的前提下，能否对机器人硬件进行精简？
1、参与到作品的自评、互评，认真听教师的点评。
2、认真思考教师抛出的问题，酝酿课后如何对程序和硬件进行改进。
1、让学生在多元评价的基础上对知识进行查漏补缺。
2、给学生拓展的空间，充分发挥其想象力和创造力。
七、参考资料
课件19张PPT。搭建灭火机器人课前准备1.同学分组:
4人一小组.分工:组长,汇报员，填表员,材料员.
2.设备配置:
每组使用两台计算机及二套机器人设备。复习1.灭火机器人编程.2.灭火机器人仿真，模拟.明确任务3.任务要求：
搭建一个能在模拟火灾现场中灭火的机器人。参加比赛。要求它从起点位置出发，自动找到火源，并把火灭掉，然后回到起点。1.阅读课本P89—P94.2.小组明确任务：机器人灭火比赛。任务功能分析1.小组讨论：功能分析与对应的零部件。2.完成表格：任务分解，精简流程 小组探究：是否可以将程序分解成几个子程序任务？A.主程序
B.搜寻子程序
C.灭火子程序小组合作1.小组分工合作：编写灭火机器人程序。2.小组分工：
组长：总体思路框架。
主程序员：编写主程序。
子程序员1：编写搜寻程序。
子程序员2: 编写灭火程序。设计主程序设计子程序（搜寻）1.设计搜寻子程序。2.完成子程序后，进行仿真，分段调试。设计子程序（灭火）1.设计灭火子程序。2.完成子程序后，仿真，分段调试。完善程序仿真调试搭建机器人1.各小组分工合作搭建机器人。2.注意点：搭建的结构合理性。调试机器人1.各小组完成搭建后，调试机器人。2.注意点：
风扇的位置安装是否合理？
电机的速度设置的是否合理？
火焰传感器的灵敏度设置是否合理？比赛1.比赛规则：交叉计分，以小组为单位计分，分数相同的，时间短者获胜。
2.评分表:颁奖1.决出第一,二,三名.2.第一,二,三名颁奖，并讲解设计思路。小结1. 掌握子程序的新建、修改、删除及保存。2.搭建机器人，参加比赛。拓展小组探讨：机器人灭火的原理，在日常生活中的哪些领域应用？板书搭建灭火机器人 一.主程序，子程序编程方法。二.搭建机器人比赛。
