袁晓蜜 天津市滨海新区塘沽上海道小学信息技术教师，曾被评为天津市基础教育技术工作先进个人，区级学科带头人。具有较丰富的信息技术工作和学校信息化建设经验，参与编写了高等教育出版社出版的《小学信息技术教学关键问题指导》一书。曾获全国信息技术优质课大赛一等奖，天津市“双优课”一等奖，多篇论文设计获国家级、市区级奖项。

随着科技发展，创客教育已经融入到日常的教育中，mBot作为智能教育机器人，非常适合学生学习编程领域的知识。学生可以亲自动手搭建机器人，并且通过图形化编程软件mBlock，轻松学习编程知识，体验计算机科学的魅力。在学习本课之前，学生已完成机器人的搭建并通过编程实践让机器人动起来了，本节课主要学习使用超声波传感器来解决生活中的实际问题。

学情分析

本课的教学对象是六年级学生，他们已有学习Scratch编程的基础和经验，能根据自己的想法创作简单的编程作品，为机器人编程的学习奠定了良好基础。

教学目标

知识与技能：了解超声波传感器的原理,掌握相关指令的使用，熟悉程序设计的三种结构。

过程与方法：通过使用超声波传感器制作避障机器人，体会探究学习的方法。

情感态度与价值观：在动手实践中感受创客的过程，培养算法思维能力。

教学重难点

重点：能够使用超声波传感器让机器人动起来更加智能。

难点：将分支结构设计思维应用于问题的实践解决，培养学生算法思维。

教学资源：mBot机器人硬件和外接超声波传感器、mBlock编程软件。

教学过程

一、观察图片，分析原理

教师引导学生分析（如图1）：汽车在倒车过程中是如何判断出后方有障碍物的？这是根据什么原理实现的？

师生分析得出结论：汽车的尾部安装了倒车雷达，可以判断汽车与障碍物的距离，而倒车雷达就是根据超声波的原理，利用超声波传感器来实现的。

图1

1.介绍超声波和超声波传感器

超声波：通常当声波频率高于20千赫兹时，人的耳朵是听不见的，这种声波称为“超声波”。最早人们是从蝙蝠的身上发现了超声波的存在，它能在夜间飞行时依靠发出的超声波来定位和觅食。

超声波传感器：人们利用超声波的特性研制而成的传感器叫作超声波传感器（如图2），它就像mBot机器人的“大眼睛”。一只“眼睛”发射超声波信号，另一只“眼睛”接收反射回来的信号，因此能够探测机器人与障碍物之间的距离，从而实现避障的功能。

图2

2.测量超声波传感器的值

教师演示测量超声波传感器值的方法，即通过“熊猫说”的形式在舞台上实时显示超声波传感器的值。（如图3）

为了使数值显示稳定且更易读，还可以借助“四舍五入”指令使显示出来的数值为整数。通过测量得出结论，所测数值的单位是cm，测量范围3~400cm。

图3

二、实践探究，问题解决

1.分析问题，提出任务

首先在mBot机器人的前方设置一个障碍物（如图4），然后出示任务一，让学生思考分析如何使用超声波传感器识别前方的障碍物，使机器人更聪明、更智能地动起来。

图4

任务一：mBot识别障碍物自动停止（1星任务）

任务要求：mBot在板载按钮启动后行驶，探测到有障碍物就停止前进，没有障碍物就继续前进。

任务提示：有障碍物，即探测到“超声波传感器的距离<10”。

2.任务分析，算法呈现

根据任务的描述，使用流程图（如图5）进一步分析，找出对应的指令，编程实践。

图5

师生分析：首先通过按钮启动，然后进行条件的判断，如果距离<10，机器人就停止，否则前进。这种“条件判断选择执行”的程序就是“分支结构”，对应哪条指令呢？（如果……否则……）判断的条件使用的指令是什么？（超声波传感器接口3的距离<10）由此可以看出，“分支结构”具有条件判断的功能，根据不同的判断结果选择不同的分支执行，因此机器人就具有了智能性。条件只判断一次能实现吗？在实践的过程中学生会发现，条件判断不能只执行一次，“循环结构”的特点就是重复执行，因此还需要加入重复执行指令。

下面同学们就来动手试试吧！

3.编写程序，算法实现（如图6）

图6

4.调试硬件，测试运行

（1）连接串口，安装固件，点击绿旗，在线调试。

（2）指令替换（如图7），上传程序，离线运行。

图7

三、综合创作，个性发展

超声波传感器的使用让机器人具有了智能性，引导学生联系生活实际想一想，还可以用超声波传感器解决哪些实际问题？然后出示任务二，让学生设计自己的智能机器人。

任务二：请你选择适合的任务，设计自己的智能机器人，以解决生活中遇到的问题。

1.具体任务说明

（1）智能避障机器人（2星任务）

任务情境：智能机器人遇到障碍物时不仅能及时停止前进，还可以轻松躲开障碍物，因此请你在任务一的基础上设计一款智能避障机器人。

任务要求：mBot机器人在板载按钮启动后行驶，若探测到前方有障碍物就转弯躲避（左转、右转、调头或后退），若没有障碍物就继续前进。

任务提示：①有障碍物，即探测到“超声波传感器的距离<10”。②若能结合实际添加已学的“声光”效果，任务升级3星。

（2）车辆自动礼让行人（2星任务）

任务情境：很多时候，“让”出来的交通会更快捷、不拥堵，因此请你设计一款智能小车礼让行人。

任务要求：mBot机器人在板载按钮启动后行驶，若遇到前方有行人过马路（距离<10）就停止前进，若行人离开就继续前进。

任务提示：①有行人过马路，即探测到“超声波传感器的距离<10”。②设计当行人离开的“距离>20”再继续前进，任务升级3星。

（3）悬崖勒马新技能（3星任务）

任务情境：同学们都知道“悬崖勒马”这个成语故事吗？故事告诉我们如果到了危险的边缘要及时回头。那怎样才能让我们的mBot机器人也知道在遇到危险的悬崖边时自动停下来，使其具有智能识别路面的技能呢？首先要对mBot机器人进行改装，将超声波传感器改装到mBot底部，测量它与桌面的距离，然后根据任务要求编程设计。

任务要求：mBot在板载按钮启动后行驶，探测到前方有路就继续前进，没有路（即为悬崖）就停止前进。

任务提示：①将超声波传感器改装到mBot底部，测量与桌面的距离，然后编程设计。②前方有路，即探测到“超声波传感器的距离<？”。

2.学生编程实践 学生选择感兴趣的任务后，分组进行共同研究、设计、实践。

3.机器人成果展示 学生分组进行机器人展示，并讲解设计思路，根据各组实现的效果进行星级奖励。

【设计意图】本环节是对所学新知的巩固，使学生进一步感受超声波传感器的自动避障功能，同时提供多个任务供学生选择，学生根据自己的兴趣和想法自行分组完成任务，充分体现团队协作的精神。

四、归纳梳理，拓展延伸

1.总结本课的知识

2.拓展技术的应用 在现实生活中我们不难发现，超声波传感器的身影无处不在，带来的各种便利也是有目共睹的（如倒车雷达、扫地机器人等）。随着科技水平的不断发展，超声波传感器的应用领域已越来越广。   

 
【设计意图】 本环节帮助学生总结梳理知识体系，并将技术应用拓展到实际生活中，鼓励学生创新，鼓励学生造物。