《模拟智能扫地机器人》微课设计

王梦怡 河北保定师范附属学校

●特色与亮点

①开展真实性学习，教学内容源自生活。本微课从学生的生活体验出发，借助生活中的实例，体验身边的算法。从真实情境即从生活中的智能家居实例入手，通过代码描述算法，用源码编辑器模拟实现智能扫地机器人的工作过程。

②教学环节由浅入深，层层递进。在教学过程中设计了情境导入、先行组织、新知建构、巩固提升和复盘反思五个环节。从生活中的智能家居导入，吸引学生注意力，梳理了智能扫地机器人的工作流程图。在新知建构环节，通过逐层深入的活动，编写代码模拟实现智能扫地机器人清扫垃圾和自动更换路线的效果，培养了学生的计算思维和创新精神。

③微课设计时间短，内容丰富但不冗余。本微课短小精悍，方便学生随时在移动终端观看学习。微课中用动画模拟智能家居的执行过程，并对计算思维进行了完整详细的引导与表达。

④角色设计生动形象，具有亲和力。采用动画视频微课形式讲解内容，视觉冲击力强。本微课使用教师原声配音，拉近与学生的距离，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的内驱力。

●制作背景

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中明显的变化是信息科技学科从“重操作”转为“重科技”，从“重知识”转为“重素养”，让学生能够用符合这个时代的思维方式去思考，从而变得更加理性。

而作为数字时代的“原住民”，学生身边已经出现了很多智能家居设备，所以他们对智能家居设备并不陌生，但却不了解其背后包含的科学原理。六年级学生思维活跃，动手操作能力较强，通过之前课程的学习，他们对源码编辑器有一定的了解。基于以上的智能生活环境和学情基础，笔者结合新课标开发设计了大单元项目主题教学—“生活中的智能家居”。本单元共设置了四个课时，第一课时是智能空调系统，第二课时是模拟智能扫地机器人，第三课时是设计感应电灯，第四课时是模拟智能电灯系统。本微课教学内容选自新课标中的“身边的算法”模块，遴选了科学原理与实践并重的内容，重点解决运用算法模拟智能扫地机器人清扫垃圾和自动更换路线的工作过程，让学生基于真实的生活情境，面向问题、解决问题，通过编写代码、反复实践，理解算法的实现，培养和锻炼学生的计算思维和创新精神。

●设计思路及内容结构

1.设计思路

本课从真实情境、实际问题出发，结合生活中的智能家居实例，让学生体会智能家居的科学原理，以真实项目驱动，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，在问题解决过程中，将生活中真实的智能扫地机器人的过程进行抽象、分解、建模、算法设计等，主要任务是用代码来描述智能扫地机器人清扫垃圾和侦测移动的算法，模拟实现智能扫地机器人的工作过程，最后通过设计个性化作品让学生充分施展个人创作思路，达到培养创新意识的目的。本微课共设计了五个教学环节（如下页图），依次为情境导入、先行组织、新知建构、巩固提升、复盘反思，通过层层递进的教学内容，建构知识，促进不同层次的学生有不同程度的提高，让每位学生都有收获。

2.内容结构

（1）教学目标

理解智能扫地机器人的工作过程，运用代码模拟实现智能扫地机器人清扫垃圾、自动更换路线；通过对模拟智能扫地机器人工作过程的问题进行抽象化并进一步分解，进而设计算法，形成扫地机器人清扫垃圾的设计方案；培养通过计算思维解决身边问题的意识，培养创新思维与能力；落实计算思维素养目标，运用计算机科学领域的思想方法去解决问题；落实数字化学习与创新素养目标，能够根据学习需要，利用信息科技工具获取、加工、交流学习资源。

（2）教学重难点

重点：通过算法模拟智能扫地机器人的工作过程。

难点：综合运用代码来设计算法，解决模拟智能扫地机器人工作过程中的问题。

（3）教学过程

①环节一：情境导入。

师：同学们，你家里都有哪些智能家居设备呢？

生：智能空调、智能音箱、智能扫地机器人、智能冰箱……

师：随着科技的发展，我们生活中已经出现了很多智能家居设备，这些智能家居设备的出现，解放了我们的双手，也方便了我们的生活。

设计意图：通过创设真实情境，从生活中的智能家居引入，让学生在贴近生活的问题中探索新知，使学生理解在大单元项目中学习本课的目的，进而开展有效的探究活动。

②环节二：先行组织。

教师结合流程图描述智能扫地机器人的算法，带领学生分析当扫地机器人遇到垃圾时和遇到墙面时的动作，理解算法中的循环结构，体会智能扫地机器人的工作过程。

设计意图：结合流程图分析梳理智能扫地机器人的工作过程，让学生根据流程图框架，整体把握程序的总体设计思路。

③环节三：新知建构。

新知建构环节是本微课的核心部分，共设计了三个活动。

活动一是打开素材，阅读程序。学生打开教师提供的素材文件，通过阅读扫地机器人角色下的已有程序，理解程序的含义；尝试修改旋转角度为0度、90度、180度，观察扫地机器人的移动方向，体会源码编辑器中各个角度的大致方向，为后续创作个性化作品做好铺垫。

活动二是给扫地机器人角色编写程序，模拟实现扫地机器人碰到墙面后自动更换路线的功能。笔者在设计扫地机器人的背景图时，将墙面和地面设置为两种不同的颜色，方便学生使用吸管功能来吸取墙面的颜色。在微课中，教师也会给学生适当的提示，如“请同学们注意观察，墙面和地面不是一种颜色，我们可以使用侦测积木盒中某一个带颜色的命令，试试能不能解决这个问题”。学生根据教师的提示找到侦测积木盒中的“自己碰到颜色”命令，完成程序的编写。

活动三是给纸团和香蕉皮角色编写程序，让扫地机器人实现清扫垃圾的功能。教师导入香蕉皮和纸团角色，点击开始运行，目前活动二的效果是扫地机器人能够在地面上移动，但还未实现清扫垃圾的功能，所以本活动让学生给纸团和香蕉皮角色编写程序，当扫地机器人碰到垃圾时，让垃圾消失，模拟清扫垃圾的效果。

设计意图：通过三个逐层深入的活动，让学生开展自主探究，用代码来描述算法，模拟实现智能扫地机器人自动更换路线和清扫垃圾的工作过程。真实经历项目学习的过程，也是建构知识的过程，可以有效培养学生的计算思维，提升数字素养与技能。

④环节四：巩固提升。

在此环节，教师引导学生联系现实生活，在现实生活中，家里会有沙发、桌子等物品，让学生在素材库中添加不同的家居角色，完成自己独特的个性化作品。在开始制作之前，教师展示个性化作品示例，让学生更加直观地观看示例，了解到扫地机器人不仅成功清扫了垃圾，还成功避开了障碍物。学生完成个性化作品，培养举一反三、融会贯通的能力。

设计意图：本环节为开放性的探究活动，通过个性化作品表达独特的个人创意，给予学生自由的展示空间。

⑤环节五：复盘反思。

师：同学们，我们结合流程图梳理了扫地机器人的工作过程，通过调整参数、编写程序，实现了扫地机器人更换路线和清扫垃圾的功能，学会了用代码来描述算法。同学们，发挥你的想象力，畅想一下智能扫地机器人未来的发展方向，如果让你来设计，你想要设计怎样的一款扫地机器人呢？它都可以实现哪些功能？你可以用自然语言、流程图或代码来描述算法，让你的扫地机器人实现更加强大的功能。

设计意图：梳理项目执行的全过程，并布置项目拓展任务，使学生能够自主建构项目执行框架，学会用系统化视角看问题。带领学生逐步学会复盘反思，让学生设计智能扫地机器人的未来创新功能，培养学生计算思维，发扬创新精神。

●关键技术处理

①丰富的画面切换，打造沉浸式微课场景。在本微课制作中，添加了丰富的场景，并根据不同的场景，为角色添加不同的姿势、表情等。

②精细化图片处理，和谐统一微课画面。视频中的智能音箱、空调等图片都是使用透明背景，用Photoshop软件中的钢笔工具进行锚点描边、选区抠图，保存为PNG格式，再导入到万彩动画大师的工程文件中，使微课画面整体更加和谐。

③多款软件综合使用，打造高品质微课。本微课涉及的软件有万彩动画大师、剪映、Photoshop、录音机、思维导图、Word等多种类型的软件，通过多款软件的综合使用，努力打造高品质微课。

●幕前幕后

前期准备：在前期准备中，首先拟定了微课的内容，在原有的课程内容基础上进行了删减与调整，然后梳理了教师脚本和学生脚本，并为教师角色配音。

后期制作：在微课制作过程中，最初制作了精美的PPT，但为了使画面整体更加生动有趣，又全部更改为使用万彩动画大师中的背景。在制作时，需要导入大量的图片素材到工程文件中，因此在编辑栏中有各种素材，更改一处位置，需要调整和移动后面的全部内容，付出了大量心血和很大的耐心。

本次活动从作品征集、作品遴选到线上成果交流、现场案例分享共经历了8个月，在这8个月的时间里，从线上课到线下课，从整节课到微课，笔者收获满满，同时，笔者的教育教学水平也因此得到了提升。在今后的教育教学中，笔者将继续科学合理地使用信息科技手段开展教育教学，探索信息科技融合课堂，将数字技术融入到教师创新教学实践中，让数字化为教育赋能。