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《声控风扇》教学实践与反思
纵观当前的机器人教育,多数是以竞赛、兴趣小组的形式
开展,真正进行课堂教学的少之又少,而教学中主要是以小车为主,
缺乏实际的生活意义。本课题以声控风扇为例,引导学生在学习机器
人知识和技术的同时,体验机器人技术的生活应用,培养学生对科技
生活的热爱和向往。
一、选题背景
在中小学机器人教育教学中,对直流电机的控制既是热点又是重
点。经调查发现,多数教材在涉及电机时都是借用小车来进行设计的。
虽然学生对小车有足够的学习兴趣,但是小车与实际生活的联系并
不紧密。因此,本课题借用日常生活中的风扇来讲解Arduino机器
人中对直流电机的控制。传统的风扇是一个简单的电器装置,缺乏智
能控制功能。本课题选取声控风扇,可以增加学生的学习兴趣,拓展
学生的视野。通过亲身实践,学生不仅能够制作出本课题的相关作品,
也将对生活中智能控制产生更大的兴趣,以激发更多的创意想法,设
计出更加有趣、有生活意义的作品,如从传感器的角度提出光控风扇、
温控风扇、倾倒自动停止风扇,从风扇的角度提出控制风扇的转动方
向和转动速度等。
二、方案设计
(一)教材与学生情况分析
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本课题是自编教材《Arduino创意机器人》第二章《智能风扇》
的第一课。本节课主要涉及直流电机(自带风扇)和模拟声音传感器
两种元器件,并使用模拟声音传感器制作出声控风扇,最后从传感器、
风扇等不同角度,激发学生更多的创意。在本课之前,教材中已有《智
能LED》一章,涉及传感器的基本使用方法以及Arduino机器人的基
本控制方法,为本课题的教学奠定了一定基础。因此,本课题将以
此为基础,重点解决利用Arduino控制直流电机。当学生学会通过
Arduino控制直流电机之后,便可利用前面学过的传感器知识轻松
地制作声控风扇。
本课题的教学对象是高一学生。通过前面的学习,学生已经熟
练掌握了Arduino机器人的输入、输出,掌握了传感器的一般使用
方法,熟悉了ArduBlock的基本模块。另外,通过《智能LED》一章
的学习,学生对Arduino机器人不仅产生了浓厚的兴趣,而且对深
入了解Arduino机器人有了迫切的需要。
(二)教学目标
1.3掌握Romeo板的L298驱动控制电机的方法及模拟声音传感
器的使用方法。
2.3通过使用模拟声音传感器,理解传感器的一般使用方法。
3.3通过Arduino制作声控风扇,感受传感器控制为生活带来的
方便,体验学习Arduino机器人的乐趣。
(三)可选方案的设计与选择
通过对教材与学生情况的分析可知,本课题最重要的是让学生学
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会Arduino对直流电机的控制。当学生可以控制直流电机之后,为
检验和巩固他们对直流电机在具体项目中的运用能力,并激发他们的
成就感和创造力,笔者设计了一个简单的声控风扇作为学生模仿的基
础。另外,根据声音传感器对风扇的不同控制方式,笔者初步设计了
四种声控风扇的方案(如表1)。
以上四种方案所使用的硬件都是Romeo3V1.2、模拟声音传感器、
直流电机(带风扇),不同之处在于编程知识点与程序编写的复杂度。
本课题的主要目的是让学生学会Arduino对直流电机的控制,同时
希望学生独立做出作品,获得成就感,从而对Arduino机器人更加感
兴趣。比较以上四种方案可以看出,除方案一外,其他几种方案都或
多或少涉及两到三个编程知识点。综合考虑教学目标和课堂时间等因
素,本课题选择了方案一。其实,方案一是其他三种方案的基本形式,
当学生理解之后,其他三种方案也会变得简单。
三、硬件搭建
声控风扇用到的硬件器材主要包括Romeo控制器(Arduino
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