九年级下册教案清华版Word下载.docx
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学
目
标
知识与技能:
1.了解机器人一词的由来。
2.了解能力风暴机器人的分类。
3.通过机器人“走直线”的任务逐步学会机器人仿真系统的使用。
过程与方法:
观察和上机动手操作
情感态度与价值观:
通过自己的操作实践发挥创造力和想像力
教学重点
(1)流程图模块拖入编辑区时流程线要与上一模块连接。
(2)右击模块进入模块编辑窗口后,通过改变功率大小和时间体会参数变化与机器人所走直线的关系。
教学难点
(3)使学生学会整个操作过程,这一操作过程在今后的学习中具有举一反三的作用。
教具学具准备
学生电脑
教学方法
讲授法、演绎法
教学过程
一、导入新课:
1920年捷克作家卡雷尔·
卡佩克发表了幻想情节剧《罗萨姆的万能机器人》,第一次提出了“机器人”这个名词,时至今日机器人不仅为我们的日常生活提供了方便,它还能代替人类从事很多繁重和危险的工作,并进入到人类从未去过的地方。
二、教学新课:
本课将了解我们学习中要使用的能力风暴机器人,并用机器人仿真系统编写一个机器人程序。
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1.能力风暴机器人简介
AS-InfoX智能机器人AS-InfoM智能机器人AS-MII智能机器人
图1.1能力风暴机器人
2.能力风暴仿真机器人系统简介
图1.2仿真系统窗口
DIY智多星
在仿真系统窗口被打开后,首先要通过“工具”菜单中的“设置选项”命令进入设置对话框。
图1.3设置机器人型号
知识着陆
1.我们是通过能力风暴机器人来学习智能机器人知识的,供中小学生使用的能力风暴机器人型号有AS-InofoX小学版、AS-InofoM中学版和AS-MII活动版三种机器人。
2.在没有真实机器人时可以通过能力风暴的仿真机器人系统学习智能机器人的知识,体会机器人的学习乐趣。
3.在使用VJC系统为机器人编写程序前先要设置使用的机器人型号,对于改变设置的VJC系统需要先关闭系统,设置之后再重新进入系统,改变的设置才会生效。
4.对于拖到编辑区的流程图模块,可以通过单击右键进入模块的编辑对话框,修改模块的设置。
在执行程序时,机器人会按照修改后的参数执行动作。
5.
在仿真机器人系统里编好程序后需要单击按钮进入仿真界面运行程序。
视野拓展
机器人简介
近几年机器人越来越多的走近了我们的生活,并为人类从事很多繁重和危险的工作。
如图1.12所示的勇气号太空机器人就代替人类首次登上了火星,进行科技探索,为人类的进步做出了很大的贡献。
图1.10勇气号太空机器人
三、课堂练习:
1.编个程序让机器人走一个如图1.11所示的正方形(试着使用“转向”模块)。
图1.11机器人走正方形图1.12机器人走三角形
2.编个程序让机器人走一个如图1.12所示的正三角形。
四、课堂小结:
五、布置作业:
组长意见:
复备
第2课方圆之间
第1课方圆之间
1.学会使用“转向”模块,会调整转向角度。
2.学会使用“多次循环”控制模块,理解循环的作用。
3.通过活动项目进一步体会仿真机器人的操作过程。
观察和上机自主操作
观察程序代码与流程图模块的对应关系,逐步学会从程序代码中了解模块参数设置的方法
(1)学会使用“转向”模块。
(2)学会使用“多次循环”模块。
(3)对循环控制功能理解。
(1)转角的调试。
(2)使学生理解循环的控制。
(3)熟悉代码与模块的对应关系。
讲解法,示范法,实际操作法,合作法
“九州方圆”、“地阔方圆”人们在描述地域的广阔时总是用到“方圆”二字,方和圆之间到底存在什么样的关系呢?
让机器人告诉我们吧!
图2.1从正方形到圆形
本课我们将通过执行器模块库中的“直行”模块、“转向”模块和控制器模块库中的“多次循环”模块,让机器人按照具有简单规则的图形行走。
1.机器人走正方形的一条边
由于受计算机速度的不同等因素的影响,机器人转90°
所用的时间需要经过反复多次的调试来确定。
图2.3修改转向时间
单击如图2.4所示的显示Jc代码按钮
,可以看到“单边行走”程序流程图所对应的VJC代码,在流程图中的每一个模块都对应一段Jc程序代码,如果我们了解他们的对应关系,就可以从代码中看出各流程图模块的参数设置。
图2.4机器人“单边行走”程序
2.机器人走正方形
我们知道正方形的四条边相等、四个角都是直角,所以机器人走正方形的程序可以通过循环四次执行“单边行走”程序段的方式来实现。
下面我们就使用仿真系统提供的控制同一动作多次执行的“多次循环”模块,来完成机器人正方形的行走。
图2.5用“多次循环”模块控制循环图2.6修改循环次数
修改后的机器人走正方形程序的流程如图2.7所示。
图2.7机器人走正方形的程序流程
如果把上面程序流程中被重复执行的程序内容称为“循环体”,我们可以看出如图2.8所示的“多次循环”模块控制循环的过程是:
当循环变量的值小于要循环的次数时,程序进入循环执行“循环体”否则退出循环控制,执行后面的程序内容。
图2.8循环模块的控制流程
将以上机器人走正方形的程序改写为图2.9所示的走一个正6边形和走一个正10边形的程序。
正6边形正10边形
图2.9机器人走N边形
第3课神奇美图
利用循环嵌套来实现机器人的走出简单的图形
自己动手,上机操作
提高学生们的动手能力和逻辑能力
循环嵌套的程序的编写
循环嵌套程序的编写
讲授法、演示法
重复和循环是我们经常使用的两个词,对于这两个词的含义我们又了解多少呢?
能力风暴会让我们体会到重复和循环不仅是动作的重复,更是从简单量的变化到获得最终结果的过程。
本课我们将通过让机器人走出一些像图3.1所示的具有简单规则的图形,来学习用循环嵌套的方法来设计程序。
图3.1由8个正方形构成的机器人行走轨迹
让机器人走出如图3.1所示的由8个正方形的轨迹。
步骤1:
根据分析设计出如图3.2所示的流程
图3.2机器人走“8个正方形”轨迹的流程设计
步骤2:
根据流程设计编写如图3.3所示的流程图仿真程序
图3.3机器人走“8个正方形”轨迹的仿真程序
2.机器人走“一大三小的正三角形”轨迹
让机器人走出如图3.4所示的图形轨迹。
图3.4“一大三小的正三角形”轨迹
从图3.5的左图不难看出机器人要走的图形轨迹是由一个大的正三角形和与三个顶点相连的三个小正三角形组成,这个图形轨迹的走法有多种,我们采用的是机器人左转30°
,然后每走一个小三角形,接着走大三角形的一个边,该过程重复三次机器人就可以完成图形轨迹的行走。
图3.5“一大三小的正三角形”轨迹的画法分析
按照图3.5所示的画法分析设计程序流程如图3.6所示
图3.6“一大三小的正三角形”轨迹程序流程
知识着陆:
在一个循环控制模块中还有其它循环控制模块时称为循环嵌套,程序在执行循环嵌套控制时外循环每循环一次内循环要执行指定的多次循环。
能力风暴AS-MII智能机器人的结构
图0.14能力风暴正面
图0.15能力风暴背面
编写让机器人走“一大六小的正六边形”轨迹的程序(如图3.7所示)
图3.7“一大六小的正六边形”轨迹的画法分析
第4课争创第一
设计机器人绕标行走程序
学生动手、自我探究
提高学生们对信息技术的兴趣。
机器人绕标行走的程序编写
程序编写的细节
微机室
演示法、讲授法
本课我们将要让机器人完成一个如图4.1所示的绕标游戏,为此还要为机器人制作一个绕标场地。
1.机器人绕单标游戏
为了更好的完成“多标”绕标游戏,我们先来完成一个如图4.2所示的单标绕标游戏。
图4.2绕单标场地及绕标轨迹
图4.6“单标绕标”程序
绕标的方法有多种,如图4.6所示的程序就是采用了让机器人绕着标行走一个适当半径的圆来实现“单标绕标”的。
常识告诉我们如果机器人两轮的电机功率相同时,机器人可以走出直线轨迹,而机器人的两轮电机功率若不相同时,机器人会走出曲线轨迹。
一般地机器人两轮的速度之差越小机器人走出的曲线半径越大,机器人两轮的速度之差越大机器人走出的曲线半径越小。
只要两轮电机功率设置的合适,而机器人要走出适当半径的圆,除了和两轮的速度设置相关,还和机器人行走的时间相关。
2.机器人绕双标游戏
机器人绕双标的游戏要求是,以黄颜色图带为标志的起点出发,绕第一个标行走一个上半圆,再绕第二个标行走一个下半圆,然后在绿色图带为标志的终点停下。
图4.8机器人绕第一个标行走的半圆
本课通过“启动电机”模块、“延时等待”模块和“停止电机”模块来实现“绕标”的,三个模块都可以通过单击鼠标左键进入模块编辑对话窗口,对模块中的参数进行设置。
1.图4.10是对“启动电机”模块的编辑
模块图标
模块
图4.10“启动电机”模块的设置
2.图4.11是对“延时等待”模块的编辑
图4.11“延时等待”模块的设置
3.图4.12是对“停止电机”模块的编辑
图4.12“停止电机”模块的设置
通过本课的学习体会机器人曲线行走的规则,即两轮速度之差越大转弯半径越小,两轮速度之差越小转弯半径越大。
另外机器人行走的曲线轨迹的长短与行走的时间有关。
创作天地
机器人绕三标游戏
如图4.13所示在绕双标的场地中增加一个标,并编写绕三个标的程序。
图4.13三标绕标场地
提示:
机器人从起点出发绕第一个标杆,按照顺时针转一个半圆,接着绕第二个标杆,按照逆时针转一个半圆,最后绕第三个标杆,按照顺时针转一个半圆后在终点停下。
由于计算机的速度不同可能机器人行走半圆轨迹的大小和
第5课歌声嘹亮
用机器人演奏一首生日快乐歌
提高学生们动手能力,和音乐知识。
在机器人中演奏生日快乐歌
机器人唱高音的1、2、3
妈妈的生日就要到了,让你的机器人为妈妈演奏一首生日“生日快乐”歌吧!
在机器人的身上安有一个喇叭,我们可以为机器人编写好听的唱歌程序,也可以将这些程序做成子程序在需要时由主程序调用。
1.机器人唱高音的1、2、3;
图5.1发音模块的编辑与修改
DIY
●请自己将第三个“发音”模块的发音修改为高音3。
●请为机器人编写一段“祝你生日快乐”乐曲。
2.把“祝你生日快乐”的乐曲编写成子程序
智多星
对于经常使用的程序段,我们可以将其编写为子程序,当需要运行子程序时可以在主程序中,通过子程序名称模块调用子程序。
在必要的时候使用子程序可以使程序简捷、易读。
当单击按钮,可以看到与流程图中“发音”模块对应的VJC代码,如下图:
3.会眨眼的机器人
能力风暴机器人不仅能唱歌,还能以眨眼的方式表达感情,下面我们就用“设置眼睛”模块,教会机器人眨眼睛。
图5.6“设置眼睛”模块
在仿真窗口执行程序,会看到机器人在唱歌时如图5.7所示的眼睛也在以红、黄、绿不同的颜色交替闪烁。
图5.7机器人的眼睛以红、黄、绿不同颜色交替闪烁
●以子程序的方式编写“×
×
”歌曲的程序,并使其自动唱五遍。
●修改机器人“眨眼”程序,使机器人在唱“生日快乐”第一遍时眼睛为左红、右黄;
唱第二遍时为左黄、右红;
…………。
通过机器人仿真系统执行器模块库中的“发音”模块可以编写动听的乐曲,用“设置眼睛”模块可以将机器人的眼睛设置为红、黄、绿及闪烁的方式。
通常把多次使用的程序段编写为子程序,当需要时在主程序中通过子程序模块来调用子程序,子程序执行完后将自动返回主程序接着执行子程序模块后面的程序模块。
最近中国科学院自动化研究所,经过一年时间研制成功的我国首台具有国际一流语音交互水平和复杂动作及智能运动控制水平的“少女机器人”正式亮相。
(如图5.8所示)
“少女机器人”拥有丰富的仿人关节和动作,可以完成各种迎宾和舞蹈等动作。
她最大特点是语音识别和语音控制功能,可以与游客进行语音聊天和知识问答,还具有讲英语、四川方言和唱歌、讲笑话等功能。
“少女机器人”可以做导游和导览等服务,可以自动识别行走过程中碰到的障碍物,并做语音提示。
让机器人在完成绕标赛后唱一首歌。
第6课机器人光明行
利用光敏传感器获取光线强弱的信息
提高学生的动手能力和逻辑思维能力
光敏传感器的检测程序的编写
在完成下面项目的过程中,我们将利用光敏传感器获取光线强弱的信息,让机器人朝着光线强的方向行走。
二、教学新课
1.光敏传感器的检测
光敏传感器是能力风暴的传感器之一,光敏传感器可以感测机器人外部环境的光线强弱,通过如图6.1所示的检测程序可以看到,随着机器人外界光线变化机器人所获得的光线检测值的变化规律。
图6.1光敏检测程序
变量的选择:
在图6.1中单击按钮“亮度变量一”会出现如图6.2所示的供选择变量的“变量百宝箱”,在变量百宝箱中单击“亮度变量二”后按“确定”按钮,可将“亮度变量一”改为“亮度变量二”。
图6.2变量百宝箱
“显示”模块的设置:
在显示编辑窗口中完成如图6.3所示的设置。
图6.3显示模块的设置
完成步骤8中对显示模块“亮度变量二”的显示设置。
在仿真窗口单击“光源”按钮的“添加”命令,并在机器人场地的适当位置单击实现光源的位置设置;
图6.4在场地中设置光源
将机器人置于光源照射范围的不同位置,观察窗口右上角显示屏中输出的亮度检测值。
通过观察机器人放在不同位置时的亮度检测的输出值,我们会发现这样的规律,光敏传感器检测的亮度取值为0到255之间的整数,机器人距离光源越近,数值越小;
机器人距离光源越远,检测数值越大。
2.机器人追光
本机器人项目要求如图6.5所示,当把机器人置于光源照射范围内的较暗处时,使机器人能够自动地朝光源处行走,并能够在距离光源一定的距离处停下。
机器人追光的初始状态
机器人距光源较近时停下
图6.5机器人追光
在流程图窗口拖入以下模块,构成以下流程图程序(如图6.6)
图6.6机器人追光程序流程图及设置说明
●“条件循环”模块的设置
图6.7“条件循环”模块的设置
●“条件判断”模块的设置
图6.8“条件判断”模块的设置
编写程序让机器人围绕着光源转圈
六、板书设计:
七、教学后记
第7课机器人壁障行
――――红外传感器和机器人的避障行走
在本节课中我们要让机器人在一个房间里行走,而不会碰到障碍。
机器人将会通过红外传感器获取障碍信息进行判断,并根据判断的结果做出相应的避障动作。
教师演示、同学们自主探究
通过这节课机器人躲避障碍的学习让学生们能够更多的了解程序木块的应用,以及对信息技术的兴趣.
机器人壁障行走的的程序编写
壁障行走中的各个模块的属性设置
演示法、自主探究
在流程图窗口编写如图7.2所示的红外传感器检测程序;
图7.2红外传感器检测程序
在仿真窗口搭建红外检测场地并存储(如图7.3所示);
图7.3观察机器人前面没有障碍时的红外检测值
将机器人置于场地中间,此时观察到输出的显示屏上显示的红外检测值为0,表示机器人没有发现障碍(如图7.3所示);
图7.4观察机器人正前面有障碍时的红外检测值
将机器人初始转角设置为45°
,并将机器人置于机器人右侧障碍墙附近(如图7.5所示),观察显示屏的检测输出结果。
图7.5观察机器人右前面有障碍时的红外检测值
,并将机器人置于机器人前面障碍墙附近(如图7.6所示),观察显示屏的检测输出结果。
图7.6观察机器人左前面有障碍时的红外检测值
观察红外检测结果,在表7.1中填写红外检测值。
表7.1红外检测表
障碍方向
障碍检测值
没有障碍
正前方有障碍
左前方有障碍
右前方有障碍
1.机器人避障
若要使得机器人在一个模拟的房间中行走时不碰到周围的障碍,可以使用红外传感器不断地获取周围环境的障碍信息,并根据获得的信息按照一定的策略采取相应的动作。
为此我们按照以下的步骤设计程序如下。
图7.7机器人避障流程
红外变量的值为0,表示“红外变量一”==“无”,即没有障碍;
红外变量的值为4,表示“红外变量一”==“前”,即前方有障碍;
红外变量的值为1,表示“红外变量一”==“左”,即左前方有障碍。
在流程图窗口设计的程序如图7.8所示;
图7.8避障程序
在仿真窗口加载红外检测场地环境并在场地中设置障碍(如图7.9);
图7.9机器人避障的实施
步骤4:
将机器人置于场地中调试能避开障碍的机器人(如图7.9)。
同学们在课堂上完成机器人的壁障行走的程序制作.
第8课机器人避碰行
――――碰撞传感器和机器人的避碰行走
碰撞传感器和机器人的避碰行走
机器人通过检测碰撞开关的闭合状态获取碰撞信息,用碰撞函数可以获取机器人碰撞传感器的碰撞信息,让机器人通过对碰撞信息的判断,使其避开已经碰撞到的物体。
讲解和探究
本节课将通过对碰撞传感器的检测和判断来控制机器人的动作。
壁障程序的编写
壁障程序的编写以及程序的理解。
如图8.1所示,在机器人的左前方、右前方、左后方和右后方分别装有一个碰撞开关,这4只开关与碰撞环一起组成碰撞传感器,某方位开关的闭合状态即表示该方位的碰撞状态。
图8.1机器人的碰撞传感器
1.碰撞检测
检测不同方位的碰撞信息。
(如下图)
图8.3左前方有碰撞检测信息为1
图8.4右前方有碰撞检测信息为2
图8.5正前方有碰撞检测信息为3
将检测程序中“直行”模块的“前进”修改为“后退”以检测机器人后面遇到的碰撞。
图8.6左后方有碰撞检测信息为4
图8.7右后方有碰撞检测信息为8
图8.8正后方有碰撞检测信息为12
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