机器人走迷宫
课题：机器人走迷宫（第3章
第3节
第1课时）
一、教材分析
本课是第3章第3节第1课时。这节课要求学生进一步掌握红外传感器的应用，提高程序设计能力。本节的内容是对前期学习的综合应用，也为后续迷宫类的创新主题活动打下铺垫。在活动中让学生更加了解机器人，提升学生分析问题与解决问题的能力，强化他们的创新与合作的意识。
二、学情分析
九年级的学生已经掌握了程序编写的基本技能，对机器人充满好奇与兴趣，通过前面一段时间机器人的学习，接触了多种传感器，对它们的使用有初步的了解。本节课我们将继续使用红外传感器，通过动手搭建迷宫机器人，类比人通过双臂摸索走出迷宫的过程，理解“趋近”式问题的处理方法，理解“左手规则”设计机器人走迷宫的程序。
三、教学目标
深入学习红外传感器，掌握红外传感器在机器人走迷宫活动中的应用；理解“趋近”式处理方法；运用“左手规则”，设计机器人走迷宫程序；灵活使用条件语句的嵌套；通过观看机器人走迷宫视频，类比人，整体把握机器人行走的行为；通过教师讲解与动画演示，理解“趋近”式处理方法与“左手规则”；通过对机器人走迷宫过程的分析，能够灵活使用条件语句的嵌套编写程序；通过项目学习和小组合作，树立团队合作意识，激发创作的热情；能够分析干扰因素，反复调试，优化程序，让机器人更准确地完成更复杂多样的走迷宫任务。
四、课时安排
安排1课时。
五、教学重点与难点
1.
重点
（1）理解“趋近”式处理方法。
（2）理解“左手规则”。
2.
难点
（1）分析机器人走迷宫的过程。
（2）利用条件语句的嵌套，编写机器人走迷宫程序。
六、教学方法与手段
讲授法、小组合作学习、探究学习、体验学习。
七、课前准备
开源机器人、xDing编程环境、迷宫场地、PPT教学课件。
八、教学过程
（一）导入：播放机器人走迷宫视频
1.
教师活动与学生活动
（1）提问：走迷宫是很有趣的游戏，如果在黑暗的环境中，你会使用什么样的方式走出迷宫呢？
学生思考、回答。
（2）类比：人——通过双手不断触摸的方式寻找行走路线。
机器人——安装传感器，像人一样沿着墙壁走出迷宫。
学生思考：传感器的选用、安装位置。
2.
设计意图
播放机器人走迷宫的视频，可以吸引学生注意力，调动学生的积极性，明确本节课要实现的目标，同时方便学生观察机器人行走的过程。
（二）项目分析
1.
教师活动与学生活动
（1）传感器的选用
红外传感器
工作原理：由红外发光管发出红外线，接收管检测是否有反射光，由此判断是否有障碍物。
图1 红外传感器工作原理
（2）算法分析：“趋近”式处理方法
机器人在行走过程中，检测到有墙壁时，必须向偏离墙壁的方向行走；检测不到墙壁时，再折向墙壁行走，以控制机器人与墙壁保持一定距离。如此反复，完成行走任务。
（3）机器人行走方案
我们可以设定机器人沿左侧墙壁或者沿右侧墙壁走出迷宫。即左手规则和右手规则。
（4）沿左墙走示意图
图2 沿左墙走
2.
设计意图
（1）回顾红外传感器的工作原理，加深对红外传感器应用的理解。
（2）通过演示讲解，学生初步了解“趋近”式处理方法。
（3）学生了解“左手规则”。
（三）结构设计（实验准备）
1.
教师活动与学生活动
（1）红外传感器的安装位置（“左手规则”）
机器人的正前方和左侧方分别安装红外传感器就能检测其正前方及左侧方是否有墙壁。
（2）搭建机器人
图3 搭建机器人
注意：正前方的红外传感器接在扩展板接口1；
左侧方的红外传感器连接在扩展板接口5；
两个传感器相距8cm
左右。
2.
设计意图
（1）通过前面环节的分析思考，知道使用红外传感器的数量以及安装位置。
（2）小组合作，组装机器人，图片中给出的结构件仅供参考，学生可以自由组装，在有限时间里完成组装，提升他们动手能力以及团结协作的能力。
（四）程序设计
1.
行走策略
（1）教师活动与学生活动
设定变量Front存放于正前方红外传感器探测到的值；
设定变量Left存放左侧红外传感器探测到得值；
1
表示有墙，0
表示无墙；
行走规则：“左手规则”。
（2）设计意图
师生共同分析红外传感器检测、定位、行走的策略。
2.
走迷宫的过程
（1）教师活动与学生活动
表1
图4 流程图
（2）设计意图
条件语句的嵌套：
图5 控件组1
（五）程序设计实验测试
1.
教师活动与学生活动
（1）主程序
图6 主程序控件
（2）新建变量
图7 新建变量
前方无墙时：
图8 控件组2
前方有墙时：
图9 控件组3
2.
设计意图
程序主体结构：
图10 程序
学生下载程序，实验测试，可能需要反复调试电机转速，让机器人更加精确地行走。
小组同学分工合作，记录实验现象及相关数据，交流实验情况。
思考影响机器人走迷宫成功与否的因素。
（六）小结与思考
1.
教师活动与学生活动
（1）本节课的要点
红外传感器的应用
“左手规则”
“趋近”式问题处理方法
机器人沿墙走程序设计：条件语句嵌套、循环
图11 嵌套与循环
（2）反馈各组机器人走迷宫情况
思考影响机器人走迷宫成功与否的因素。
2.
设计意图
通过总结给学生一个完整的知识体系，加深学生理解。
（七）课后拓展
1.
教师活动与学生活动
优化程序
尝试设计更复杂多样的走迷宫任务。
2.
设计意图
优化程序设计让机器人更智慧，提升学生的计算思维能力，培养创新精神。(共18张PPT)
机器人走迷宫
机器人走迷宫
走迷宫是很有趣的游戏，如果在黑暗的环境中，你会使用什么样的方式走出迷宫呢？
实例分析
在黑暗的环境中，一般人们通过双手不断触摸的方式寻找行走路线，找到出口。
给机器人安装上相关传感器，它也能沿着迷宫墙壁走出迷宫。
(思考：传感器的选择；安装位置）
目
录
项目分析
左手规则
“趋近”式处理方式
结构设计
两个红外传感器
其他结构件
程序设计
行走策略分析
程序编写
小结与思考
影响因素
小结思考
项目分析
红外传感器
红外传感器探测的工作原理是由红外发光管发出红外线，接收管检测是否有反射光，由此判断是否有障碍物。
红外传感器
在机器人的正前方和左侧方分别安装红外传感器就能检测其正前方及左侧方是否有墙壁，让机器人沿着一侧墙壁行走，可以顺利走出迷宫。
我们可以设定机器人沿左侧墙壁或者沿右侧墙壁走出迷宫。
左手规则
右手规则
左手规则
“趋近”式处理方法
结构设计
实验准备：搭建机器人
正前方红外传感器
接扩展板接口1
左侧方红外传感器
接扩展板接口5
两个传感器相距8
cm左右
程序设计
行走策略
设定变量Front存放于正前方红外传感器探测到的值；
设定变量Left存放左侧红外传感器探测到得值；
1表示有墙，0表示无墙；行走规则：左手规则
。
Front
Left
墙壁位置
行走策略
0
0
前方无墙、左侧无墙
往左偏向墙壁行走
0
1
前方无墙、左侧有墙
往右偏离墙壁行走
1
0
前方有墙、左侧无墙
左转90度
1
1
前方有墙、左侧有墙
右转90度
走迷宫的过程
前方无墙
前方有墙
左方无墙
左方有墙
左方无墙
左方有墙
条件判断
循环
实验测试：编写调试
记录实验现象及相关数据
交流实验情况
思考影响机器人走迷宫成功与否的因素
小结与思考
小
结
本节课的要点：
红外传感器的应用
左手规则
“趋近”式问题处理方法
机器人沿墙走程序设计：条件语句嵌套、循环
思
考
思考影响机器人走迷宫成功与否的因素
反馈各组机器人走迷宫情况
（优化程序？）
