有趣的超声波传感器教学设计--郝劲峰

综合实践研究性学习

开展创新性活动品位创新的快乐

《有趣的超声波传感器》

北京市丰台区丰台第五小学

郝劲峰

一、指导思想与理论依据

（一）指导思想

综合实践的总目标是密切学生与生活的联系,推进学生对自然、社会和自我之内在联系的整体认识与体验，发展学生的创新能力、实践能力以及良好的个性品质。

（二）理论依据

1. 坚持学生的自主选择和主动参与,发展学生的创新精神和实践能力

综合实践活动的实施要以学生的直接经验或体验为基础，将学生的需要、动机和兴趣置于核心地位,充分发挥学生的主动性和积极性,鼓励学生自主选择活动主题,积极开展活动,在活动中发展创新精神和实践能力。

2. 面向学生完整的生活领域,为学生提供开放的个性发展空间

综合实践活动的实施是面向学生完整的生活领域，引领学生走向现实的社会生活，促进学生与生活的联系，为学生的个性发展提供开放的空间。

3. 注重学生的亲身体验和积极实践，促进学习方式的变革

综合实践活动的实施强调学生乐于探究、勤于动手和勇于实践，注重学生在实践性学习活动过程中的体验和感受，要求学生超越单一的接受学习，亲身经历实践过程，体验实践活动，实现学习方式的变革。

二、教材分析

1.教学内容：

《有趣的超声波传感器》是我校自主开发的机器人校本课程中的四年级部分。本课共分为两课时，第一课时，学生学习认识超声波的概念，理解超声波传感器测距的原理，并能够使用超声波进行实际距离的测量。本节课重点在与超声波在程序中的应用，通过超声波等待模块的使用来实现自动停车，机器人避障的效果，让学生感受程序与传感器共用所带来的神奇与乐趣。

2.知识背景：

（1）声波：发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。根据震动频率及人耳朵能够听到的范围分为次声波（震动频率20赫兹一下），声波（震动频率在20-20000赫兹之间），超声波（震动频率在20000赫兹以上）

（2）超声波：声音的震动频率在20000赫兹以上，超出人耳朵能够听到的范围的声波。超声波具有良好的指向性、传导性。

（3）超声波传感器：将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。，多用于测距、医疗检查、金属探伤、雷达等设计，为人们的工作和生活提供了方便。

作为教师，选择的活动载体，一定要既具有普遍性，同时又能够突显出教育目标。在活动过程中，学生的主要精力应放在对方法的掌握和运用上，尽量避免过难的知识对主要教学目标的达成产生较大的干扰和阻碍。本次活动方案选择“超声波”作为活动的载体，有两层含义：从生活中看，超声波是声音的一种，源于学生的生活；从科学上看超声波又具有很多有神奇的特性，激发学生对科学的兴趣和求知欲。

三、学情分析

本课是四年级的活动内容，学生具备一定的创新精神和实践能力。在进行这一课前，学生已经掌握了机器人的基础知识与技能，对机器人的搭建和程序的编写有了一年的基础，并理解认识了超声波的概念及测距原理，并能够使用超声波传感器进行正确测距。

我校地处丰台腹地，2008年就将机器人引入学校，学校有丰富的科技活动，学生受学校家庭熏陶和环境的影响，从小就有强烈的好奇心、创造能力和参与意识。

四、教学流程示意图

五、教学目标

1.理解超声波测距的原理

2.能够使用超声波传感器测量距离，并认识了解超声波在生活中的应用

3.掌握超声波传感器等待模块的应用，并利用此模块设计相应程序实例

4.养成严谨求实的研究作风，培养学生善于思考、积极解决问题的科学精神。

六、教学重难点

教学重点：本课的重点是超声波传感器应用的原理及等待模块的使用，要求学生能够熟练使用超声波传感器的等待模块完成课堂中的最终避障机器人的调试。

教学难点：超声波传感器等待模块的理解，学生以前所学习的都是顺序程序，超声波传感器的等待模块可以认为是分支程序的另一种形式，即当条件达成后如何执行，当条件未达成时如何执行，学生如何理解是本课的关键。

七、教具准备

乐高公司生产的EV3教育机器人，它是一套具有很高科技含量的智能化科学教育系统。特点是用计算机编程，单板机控制，多种传感器，电动机、灯泡、喇叭输出的智能化系统。课堂中每一个小组使用一套包含700多个积木零件及各种传感器的教学材料。

现在学生不缺乏创新精神，而他们少的是将创新思路转变为实际物品的载体，而乐高机器人中种类繁多的零部件就可以很好地达成学生将设想转为实际的目的。使用乐高，“只有想不到的，没有做不到的。”

电教设备：计算机、视频投影、实物展台。

九、教学过程

实现学生自主成长的思路与方法

一、导入

问题导入，我们在上一节课对超声波传感器有了一个初步的认识了解。其中超声波传感器一个最重要的功能就是测量距离，郝老师前几天带领机器人小组的同学刚参加完创客竞赛,他们做了一个自动升降吸收台，大家观察一下，这个自动升降洗手台能够根据来的人的身高自动调节洗手台的高度，那么你观察一下它最上面的超声波传感器能够起什么作用它的工作原理是什么呢

二、新授

我们利用超声波传感器测距的功能可以实现很多有意思的程序设计。今天我们就一起尝试体验一下超声波传感器的神奇.

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任务一：自动刹车机器人

在我们的生活中超声波传感器的应用非常广泛，最常见的比如我们汽车的倒车雷达，当汽车倒车的

汽车安全配置中现在出现了一个非常人性化的高科技配置，并且已经开始广泛配置在咱们的家用汽车上，那就是自动刹车系统，当检测到前方有障碍物时就能自动刹停。车头的前方也安装了一个类似超声波传感器的设备，时刻监测前方的情况，一旦前方出现了障碍物，它就能够帮助你把车刹停！

它是如何实现的呢我们今天就通过我们的机器人来体会这一神奇的功能。

教师出示任务一：制作自动刹车机器人，要求机器人前进，在障碍物前20厘米处停车。

教师黑板演示:

黑板右侧画一个长方形障碍物，教师拿机器人为学生演示机器人行进的过程，一边演示一边出示板书：

1、机器人首先要前进，这次的前进还是一圈两圈吗不是，是一直前进，所以一会我们所使用的模块是移动转向模块中的开启。板书出示：：→前进

2、机器人在前进的过程中一直要等待超声波传感器来检测前方障碍物的距离。板书出示：→等待超声波检测距离

3、机器人一直向前走，当距离障碍物的距离小于安全距离时，（板书虚线，作为安全距离），停止，使用移动转向模块选择关闭。

教师演示，拖动一个移动转向模块，选择开启。引导学生应该是一直往前走，等待超声波检测到前方的障碍物。所以移动转向模块设置为开启。

今天我们将学习一个新的模块，等待模块，在流程控制选项卡中，有一个小沙漏，它叫做等待模块，