苏教版小学信息技术《第15课传感器》教案

［教学目的与要求］

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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。