人工智能课程教学设计——分拣机器人(附带学习任务单)

《分拣机器人》教学设计
基本信息
学科人工智能年级5年级
课名分拣机器人课时1课时
学情分析
（1）认知基础
学生已经学习了人工智能在工业领域和军事领域的应用，对人工智能技术的现实应用场景已有了基本了解；学生经过上学期以及本学期前面内容的学习，已经掌握了可视化编程的基础知识，对于简单积木的功能具有初步了解；学生通过五年级上册第六课内容的学习，熟悉了广州中小学人工智能教学平台3D虚拟实验室的使用方式。

（2）认知风格
五年级学生平均年纪为11岁，处于认知发展阶段中的具体运算阶段，思维比之以前更具有逻辑性和组织性，并且表现出思维可逆性的特点，因此本课采用硬件元件拆一拆的方式使其掌握分拣机器人的硬件构成。

具体运算阶段的学生能够进行简单的抽象逻辑运算，但需要依靠具体的事物形象，因此本课从学生熟悉的生活场景——快递分拣情境进行导入，以匹配学生的认知风格。

教学目标
（1）知识与技能
学生能独立说出分拣机器人各组成元件的名称和作用；能说出机器人自动分拣的原理和流程，并能补充完整分拣机器人工作的流程图；至少能举出人工智能技术在生活中应用的1个例子；能完成物体自动分拣功能实现的程序编写。

（2）过程与方法
学生能通过独立思考、与小组成员协作的方式完成各项任务，体验小组合作完成任务的过程；能通过观摩其他小组的作品展示，发现作品中的不足，提升问题发现能力。

（3）情感态度与价值观
学生通过体验自动分拣技术，了解人工智能技术在生活场景中的有效应用，感受智能技术为生活提供的便利；通过小组合作探究完成任务的方式，培养学生的合作意识和问题解决能力。

教学内容
《分拣机器人》选自广州市地方人工智能教材五年级下册最后一课，学习者在本册1-4课中已经了解了人工智能在军事领域的应用、人工智能在工业生产中的应用的相关知识；第五课《智能家电》中学习了可视化编程中“语音识别”积木、“如果”积木、“循环”积木的使用。

这些基础知识和技能为本节课的学习和实践提供了必要的支持和准备。

《分拣机器人》教学内容包括分拣机器人的元件构成、工作原理、分拣机器人的硬件搭建、自动分拣流程图、自动分拣功能程序编写、人工智能技术生活应用六个部分，并且知识点之间环环相扣，前面知识点的掌握是后面知识点学习的基础。

教学重难点
重点：分拣机器人的工作原理；
难点：分拣机器人的程序编写、调试与改编。

教学准备
（1）教学环境
能连接网络的计算机教室、安装广州中小学人工智能教学平台的电脑
（2）教学资源
广州地方人工智能教材五年级下册、快递分拣视频、广州中小学人工智能教学平台中的3D虚拟实验室以及五年级下册第六课的作业、学习任务单。

教学过程
教学环节教师活动学生活动资源
设计意图
（考虑如何有效
评价）
情境展示，引出主题1.播放快递分拣视频，提出问
题：为什么快递能完成自动分
拣？原理是什么？
2.简要介绍快递自动分拣的
原理——通过识别快递颜色
进行分类。

1.观看视频，
思考问题并积
极回答；
2.明确自动分
拣的核心技术
——颜色识
别。

快递分
拣视频
以学生熟悉的生
活场景导入，为学
生后续内容的学
习提供具体事物
形象，帮助学生理
解。

角色分配，明确任务1.创设角色情境：智创公司为
设计出一款性能最好的分拣
机器人，组织员工进行分组竞
赛，你们作为智创公司的员
工，已进行分组，准备参与竞
赛选出“最佳分拣机器人设计
团队”；
2.每组中都有一位总设计师、
一位硬件组装员、一位流程分
解员、一位软件工程师，各成
员需要相互配合，完成本组的
参赛分拣机器人。

3.讲解每个角色需要完成的
任务。

1.进入角色情
境；
2.完成小组成
员角色选择；
3.明确角色任
务。

1.学习
任务单
以情境模拟，组内
角色扮演的形式
使学生参与到作
品的完成过程中，
组内探究调动学
生的课堂思维参
与，更好的克服本
节课的重难点内
容。

任务探究，解决问题1.组织探究活动；
2.对活动过程进行监控和管
理；
1.每个成员先
自己思考，再
与负责本任务
设计的成员交
流，最终确定
本组作品
1.学习
任务单
2.广州
中小学
人工智
能教学
平台
学生通过组内角
色扮演合作探究
完成学习任务，既
包含独立思考又
包含小组活动，使
学生充分参与课
堂，培养其问题解
决的能力
成果展示，即时评价1.展示各组提交的作业或对
任务进行汇报；
2.对各组作业出现的问题进
行及时反馈；
3.梳理分拣机器人制作的知
识点；
4.根据各组完成情况选出“最
佳分拣机器人设计团队”。

1.角色扮演成
员提交负责的
任务作业或汇
报任务完成情
况；
2.认真观看其
他小组作品，
发现不足；
3.跟随教师思
路梳理本节课
知识点
1.广州
中小学
人工智
能教学
平台
通过成果展示和
及时反馈，培养学
生发现问题和解
决问题的能力；同
时通过评选“最佳
分拣机器人”激发
学生学习热情。

板书设计
探究学习设计
本节课整体采用合作探究学习模式，并且加入了组间竞争的元素。

各小组成员通过角色扮演以及角色间的合作，共同完成探究任务，并且组间进行竞争，根据完成情况选出“最佳分拣机器人设计团队”。

既有合作又有竞争，充分提高了学生的课堂参与程度。

本节课整体上按照“情境展示，引出主题”——“角色分配，明确任务”——“任务探究，解决问题”——“成果展示，即时评价”的环节进行推进，并且“任务探究，解决问题”与“成果展示，即时评价”交替进行，即完成一个任务，进行一次展示和评价，设计的目的在于防止学生探究时间过长，缺乏教师指导造成课堂纪律混乱，降低学习效率。

学习任务单
角色名称 扮演者姓名 总设计师 硬件组装员 流程分解员 软件工程师
◆ 任务1：硬件模型拆我会拆：完成3D 虚拟仿真实验室硬件模型拆解，并在学习任务单写出各元件名称；
◆ 任务2：元件功能我会连：将元件名称与其对应功能进行连线；
◆ 任务3：工作原理我会选：在任务单上将工作原理图补充完整；
机器人的动力装置，移动快递 机器人的“大脑”，指挥机器人行动 机器人的“眼睛”，识别快递颜色
（1）调用模块（2）获取图像（3）获取返回值（4）控制马达
◆任务4：流程分析我会填：根据工作流程将任务单中的流程图补充完整；
开始
是
识别到红色？
是
传送履带向右运动
（1）识别到蓝色（2）传送履带向左运动（3）设置颜色识别模式
◆任务5：功能实现我会编：在3D虚拟仿真实验室完成分拣功能实现的可视化编
程；
◆任务6：应用场景我会写：在任务单上写出至少一个人工智能生活应用场景。