苏教版小学信息技术《第15课传感器》教案
来源:才华咖 本文已影响1.08W人
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[教学目的与要求]
1.学习学生机器人的“主要器官”。
2.能够了解传感器的主要功能。
3.平等交流,掌握各“器官”的作用。
4.能够建立正确的机器人整体概念。
5.学会正确对待传感器的工作方式。
6.激发对学生机器人这一信息媒体的学习热情。
7.尝试用人的“器官”概念理解机器人的“器官”概念。
8.为传感器的学习建立合适的实践渠道。
[课时安排]
建议安排2课时。
[教学重点与难点]
1.重点:学习学生机器人的“主要器官”。
2.难点:理解传感器的功能。
[教材分析与教法建议]
1.教材的地位与作用
本课是机器人部分内容中,传感器部分的重点章节,起到承上启下的作用。传感器的学习在小学信息技术阶段有着重要的意义,是学生理解学生机器人原理、设计学生机器人运动的重要环节,对促发学生的整体概念形成有着举足轻重的作用。
本课教学的重点内容在于让学生了解传感器的原理和功能,促进学生的知识迁移。本课是前面知识的总结和提高,也是今后学习的基础。
2.教学方法指导
(1)本课是练习学生创新能力的实践课,要求学生尽可能多地使用本单元学习的技术。
(2)教师应该事先准备好学生制作机器人所需的素材、传感器实物等。
(3)本节课的关键是“评价与共享”,这既是指技术上的评价,也是指资源上的共享。全班交流,小组内研究。
(4)教师应合理安排好时间,交流部分是本节课的难点,既要运用准确的语言介绍作品,又要给予充分的时间让学生接触实物。
[参考资料]
传感器是机器人和现实世界之间的纽带。一般根据传感器的工作特征,可以分为:光学传感器(顾名思义就是对光产生反应的传感器,比如红外传感器)、声传感器(比如microphone)、力传感器(比如压敏传感器)、位置传感器(比如陀螺仪)。
光传感器:
光传感器的范围很广,有最简单的光敏电阻,就是光强度的大小改变电阻的阻值从而实现对光强度的感知,也有目前最复杂的摄像头Camera。然而在我们机器人中,用得最多的是Infra-red红外传感器,其中的`红外接近传感器是机器人在运动过程中必不可少的传感器,通过它,目前我们可以获得机器人的在移动过程中与前面障碍物之间的距离,当然这距离非常短。不过,对于我们的机器人来说,这也是目前唯一的可承受的选择。
还有一种目前比较有用的红外传感器是叫红外探测器,它不同于上面的红外接近传感器,它没有红外发射器,只有一个红外接受单元,由被测物体发出红外信号。一般用来做热感应用,比如人走近或者动物走进这样的传感器时,它就会产生信号。在生产安全领域用的比较多。对于我们吗,最多就是有人走进的时候能够作为一种感知手段来让机器人获得:“哇,有个发红外线的家伙冲我走过来了”这样的信息。
还有一种目前我们也能承受的是摄像头,与之相配套的,能应用于机器人的识别软件和硬件还相对比较少和昂贵,目前成熟的市场产品有美国卡耐基-梅隆大学开发的CMU-Camera套装,但是价格较为昂贵。但是如果我们不用他们的套装,自己开发的话,其它硬件投入相对少了,但是你要对计算机编程相当精通,而且难度相对很大。
力传感器:
力传感器是用来检测碰撞或者接触信号的,比如机械手的应用,当你放一个东西到机械手的时候,机械手自动抓住它,它就需要力传感器检测东西抓得紧不紧。典型的力传感器是微动开关和压敏传感器。微动开关其实就是一个小开关,通过调节开关上的杠杆长短,能够调节触动开关的力的大小。用来做碰撞检测这是最好不过了。但是这种传感器必须事先确定好力的阀值,也就是说只能实现硬件控制。而压敏传感器是能根据受力大小,自动调节输出电压或者电流,从而可以实现软件控制。
声觉传感器:
目前最多的也就是麦克风了。主要的问题是如何处理声音信号。当前没有一个比较好的声音解决方案。超声波传感器和红外接近传感器很像,也属于距离探测传感器,但是它能提供比红外传感器更远的探测范围,而且还能提供一个范围的探测而不是一条线的探测。也是目前用的最多的距离传感器之一了。
位置和姿态传感器:
机器人在移动或者动作的时候必须时时刻刻知道自己的姿态动作,否则就会产生控制中的一个开环问题,没有反馈。位置传感器和姿态传感器就是这个用的。常用的有光电编码器,由于机器人的执行机构一般是电机驱动,通过计算电机转的圈数,可以得出电机带动部件的大致位置,编码器就是这样一种传感器,它一般和电机
轴或者转动部件直接连接,电机或者转动部件转了多少圈或者角度能够通过编码器读出,控制软件再根据读出数据进行位置估计。还有一种是陀螺仪,这是利用陀螺原理制作的传感器,主要可以测得移动机器人的移动加速度,转过的角度等信息。
[参考教案]
1.引入
师:同学们,你们喜欢《机器猫》吗?你最喜欢其中的哪个人物或一段故事情呢?
生:回答老师提问。
师:机器猫就是一种虚拟的机器人,它非常能干,可以帮助小主人公完成很多心愿。这些就是靠它灵巧的双手完成的。今天,就让我们来继续学习学生机器人的小器官是怎么样变出“大神奇”的。
(板书课题)
设计意图:以“有知”唤醒“无序”,从实物入手,帮助学生克服学习新知识的恐惧心理。
2.新授一:学习机器人的“主要器官”(第一课时)
师:机器猫非常灵活,它是小主人公的好朋友,请你观察下它,看看它是怎么样让小主人
知道它的喜怒哀乐的呢?
(播放机器猫的视频片断)
(学生讨论)
师:请回答下面一组问题:
(1)机器人的“表情”部件有哪些?
(2)机器人的“感觉”部件有哪些?
(3)在机器猫的身上找一找,它们都藏在哪里了呢?
(学生回答问题,接合课本内容,并讨论)
(观察多组学生机器人的照片,介绍机器人的主要器官组成,有条件的情况下,可让学生动手触摸学生机器人)
设计意图:用学生较为熟悉的实物作为切入口,帮助学生完成知识的迁移;在真实的环境中完成学习的环节。
3.新授二:了解传感器的主要功能(第二课时)
师:机器猫可以完成很多复杂的工作,神奇极了,在现实的学生机器人身上,也能有这样的神奇。不过,它们运动的时候,可不是像我们人类一样,用手脚来运动,而是通过一个特别重要的器官来实现的,它就是――传感器!让我们一起来看看这个神奇的器官!
(学生看书,阅读相关的章节)
(教师辅导巡视)
知识小问答:
(1)传感器相当于人类的什么器官呢?
(2)传感器分为哪几种类型呢?
(3)每种类型的工作动力是什么呢?
(4)为什么机器人一定要有传感器呢?
(学生分小组讨论)
师:结合实物进行详细的讲解。
(学生观察)
注意:此处学生适应有一定难度,教师可接合课件中的图片进行详细的讲解,帮助学生适应过程。根据不同的生源特点,教师要采用不同的进度和频率,保证学生的学习效果。
设计意图:在理解、完成上个任务的基础上,再次提升任务的难度,让学生在此中领略知识的快感;将复杂的知识细化,帮助学生梳理已有的知识体系;用客观形象来加深学生的理解;让学生有机会和老师进行接触,避免过于单调的学习交流。
4.总结与评价
师:今天我们学习了学生机器人的重要的器官传感器,在后面的学习中,我们要常常接触到它们,今天的机器人之所以能这么灵活,也和它有着密切的关系。除了教材中介绍的知识以外,传感器还有很多种类,请回家查找资料。
设计意图:帮助学生拓展知识面。
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