宜兴教育云

【活动目标】

①通过综合运用数学、信息科技、美术等学科知识完成简单的巡线任务，并设计外观装饰，让学生了解工程并认识到工程对实践生活的重要作用；在完成巡线程序的过程中，了解巡线所需软硬件及基本原理，掌握相关的学科知识。

②能通过组装并编程，制作出符合要求的巡线小车，经历“观察——思考——设计——制作——反思”的工程研究过程，发展动手能力、团队协作能力和问题解决能力。学会及时记录实验信息，掌握一定的程序设计工程研究方法，能够对工程问题进行分析，提出解决方案。

③鼓励学生突破传统思维模式，运用工程思维实现小车功能和外观设计上大胆创新；认识到控制时间、成本对工程项目实施的重要性；发展严谨、坚持不懈的工程研究态度，培养团队协作意识；体会工程与日益发展的新技术之间的紧密联系，初步形成“工程强国”意识。

【活动过程】

一、视频导入，引出工程

谈话：同学们，说起智能出行或者无人驾驶，你们已经有了哪些了解了呢？谁能来说一说的？现阶段，我国像武汉等部分城市，已经有了无人驾驶的网约车，可以说朝着智能出行的方向更近了一步。

接下来，请大家观看这样一个视频（播放视频）。

问：在刚才的视频片断中，这些快递智能分拣机器人是怎么运作的？谁能用自己的话说一说的？

追问：在很多科幻片里，我们未来道路上的汽车也是按照这样的模式行驶的，你觉得这样沿着“轨道”行驶，有什么优点或者缺点吗？

揭题：同学们思考得非常全面。其实呀，像这样按照固定的“轨道”行驶，我们把它称作巡线。今天，我们就一起来探秘它的原理。

二、需求分析，实施工程

1．需求分析

问：咱们来猜想一下，小车要做到沿着固定线路行驶，需要有哪些前提条件？请同学们小组讨论。【板贴：需求分析】

小结：①小车要安装一个检测装置，可以识别地上的颜色；

②通过编程，让程序控制机器人运行。

追问：是的，那这里我们使用哪一类装置来检测呢？传感器是人类感官的延伸。这儿有一些传感器，哪个传感器适合用来识别地面上的“轨道”呢？你是怎样去思考的呢？

科普：红外传感器是巡线机器人中最常用的传感器之一，通过红外线的反射和吸收特性，能够检测巡线路径上的黑线和白线，实现自动驾驶。红外传感器的优点是价格低廉，稳定性高，适用于比较简单的巡线场景。

2.工程实施——硬件组装

问：那红外传感器应该安装在小车的哪个位置比较合适呢？

你是怎样想的？

生；下方，才能检测到地面上的线。

师；是的，建议大家将红外传感器安装在小车下方。那在安装固定时，我们会需要用到哪些工具和零件呢？将红外传感器安装好以后，还有什么操作需要完成吗？请和小组内的同学一块商议一下吧。

师：是的，我们还应该要用数据线将传感器和主控板连接。接下来，请大家以小组为单位，完成硬件组装。 【板贴：硬件组装】

3．工程实施——程序分析

为了让小车能够根据传感器探测到的数值来实时控制行驶方向，咱们还要编写一套简单的程序。

（1）巡线原理：

问：有谁能来猜想一下传感器的工作原理么？看来对于同学们来讲还是有一些挑战的，我们不妨照着这句话说一说。

生：机器人行驶时，通过                    判断下方颜色，如果下方是白色就            ，如果下方是黑色就                     。

问：具体是如何控制小车转向或停下的呢。

生：如果传感器左边和右边识别出白色，就                  ；

如果左边识别出黑色，右边识别出白色就               ；

如果左边识别出白色，右边识别出黑色就               ；

如果传感器左边和右边识别出黑色，就                  。

科普：当两侧的红外传感器都处于白线之上时，小车正常行驶。

当一侧的红外传感器没有处于白线之上时，说明——（小车已经偏离“轨道”），让小车转向，回到白线。

400是在不同位置测试红外传感器后得出的判断数值，可以理解为：

数值大于400，说明传感器探测到白色；

数值小于400，说明传感器探测到黑色。

（2）程序编写

师：打开图形化编程软件，对照流程图，我们觉得要用到哪些控件？

任务一、设计小车的巡线程序，使小车划能够实现巡线运行．

4.程序编译

（1） 连接串口，打开代码模式，编译上传程序。

赵：请同学们在编程软件中编写好代码后，先将小车用数据线连接到电脑串口，然后在软件中依次单击选择串口号、单击打开代码模式、单击“编译上传程序”按钮，即可完成上传。下面的时间请同学们尝试操作。

（2）工程展示；请各小组展示一下你们小车的巡线功能。

（3）工程反思：在刚才的任务中，我们各小组出色地完成了任务，当然也出现了一些小的问题，我们一起来交流探讨一下。

（4）工程小结：利用红外传感器进行简单的巡线时，会受到现场光线、场地以及小车速度等方面的影响，我们需要在实践中不断调试、优化，追求更加稳定的效果。

5.外观设计

问：你觉得在添加外观装饰时，有什么要注意的地方吗？

分组展示、评价：同学们在课前都为小车设计了不同的外观装饰，请每一小组的代表上台来介绍一下吧！

三、回顾反思，梳理工程

问：在今天这节课中，同学们学习到了哪些有趣的知识，谁能代表小组来说一说？

教师总结：在今天的课程中，同学们通过编程赋予小车“智慧”，在外观设计里融入创意。大家跨越学科界限，解决巡线难题，不仅收获了知识与技能，更点燃了对科技与创新的热情，为未来探索科技世界开启了新的大门。

【板书设计】

       智能出行的“轨道”探秘

——巡线

需求分析

硬件组装

程序设计

调试优化