◆駱衛(wèi)華

(鎮(zhèn)江市京口區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué))

在中小學(xué)機(jī)器人的教學(xué)中，灰度傳感器有著不可忽缺的地位，圍繞灰度傳感器開(kāi)發(fā)的比賽和活動(dòng)項(xiàng)目也非常之多。低成本的機(jī)器人中灰度傳感器就是主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。如此重要的知識(shí)，卻也是學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的一個(gè)難點(diǎn)，很多學(xué)生對(duì)灰度的運(yùn)用理解不了，如何才能讓學(xué)生充分理解、運(yùn)用灰度傳感器，筆者提出灰度傳感器教學(xué)三步走的方法。

一、講請(qǐng)灰度原理，掌握測(cè)量方法

教學(xué)中，教師首先要向?qū)W生講清灰度傳感器的工作原理和工作方法:灰度傳感器有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上，在有效的檢測(cè)距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出白光，照射在檢測(cè)面上，檢測(cè)面反射部分光線(xiàn)，光敏電阻檢測(cè)此光線(xiàn)的強(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可以識(shí)別的信號(hào)。

講清原理后，教師可實(shí)際展示，讓學(xué)生觀察、體會(huì)光敏探頭根據(jù)檢測(cè)面反射回來(lái)的光線(xiàn)強(qiáng)度，來(lái)確定其檢測(cè)面的顏色深淺的。同時(shí)通過(guò)對(duì)比讓學(xué)生體會(huì)到:測(cè)量的準(zhǔn)確性與傳感器到檢測(cè)面的距離是有直接關(guān)系的;在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體的震蕩同樣會(huì)影響其測(cè)量精度;外界光線(xiàn)的強(qiáng)弱對(duì)其影響非常大，會(huì)直接影響到檢測(cè)效果，要注意避免外界光的干擾;檢測(cè)面的材質(zhì)不同也會(huì)引起其返回值的差異等。掌握這些，有利于在程序的調(diào)試中正確分析錯(cuò)誤的原因。

因?yàn)榛叶戎凳苡绊懙囊蛩囟?，在程序的設(shè)計(jì)中就要精確的了解機(jī)器人中每個(gè)灰度傳感器的值，要讓學(xué)生熟練的掌握灰度值測(cè)量的方法，程序調(diào)試中隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)出問(wèn)題的灰度值是否發(fā)生的變化，以做到及時(shí)調(diào)整程序。

二、精心設(shè)計(jì)實(shí)例，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

機(jī)器人的活動(dòng)中，灰度應(yīng)用很廣，很多比賽項(xiàng)目中都要用到，更有一些項(xiàng)目就是以灰度為主，但這些并不一定適后課堂教學(xué)，不適合初學(xué)的學(xué)生。因此在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮到學(xué)生的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)易于掌握、更好激發(fā)學(xué)生興趣、克服知識(shí)難點(diǎn)的實(shí)例，可以起到事半功倍的作用。

比如，可以設(shè)計(jì)《小區(qū)巡邏保安機(jī)器人》的實(shí)例，設(shè)計(jì)情境，提出任務(wù)“江山名州小區(qū)的物業(yè)管理每天都要派出保安在小區(qū)內(nèi)巡邏，保衛(wèi)小區(qū)的安全，同學(xué)們能設(shè)計(jì)一個(gè)巡邏機(jī)器人，在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行巡邏嗎?”調(diào)動(dòng)起學(xué)生參與的積極性及學(xué)習(xí)的熱情。在學(xué)生情緒高漲的時(shí)候，接著提出思考的問(wèn)題，“巡邏機(jī)器人應(yīng)該具備什么樣的能力?”學(xué)生討論得出，沿著一定的線(xiàn)路自動(dòng)巡邏，從而引出本課的學(xué)習(xí)內(nèi)容灰度傳感器的使用，師生互動(dòng)學(xué)習(xí)。接下來(lái)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，即編寫(xiě)自動(dòng)巡邏程序，學(xué)生進(jìn)行交流合作，最后教師進(jìn)行評(píng)點(diǎn)。

小區(qū)內(nèi)線(xiàn)路比較簡(jiǎn)單，在學(xué)生掌握了利用灰度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單巡線(xiàn)后，教師可以設(shè)計(jì)《智能公交車(chē)》的實(shí)例。城市的道路比較復(fù)雜，有很多十字路、三叉路，甚至還有一些彎路，這個(gè)實(shí)例可以訓(xùn)練學(xué)生在復(fù)雜的線(xiàn)路中，如何設(shè)計(jì)程序讓機(jī)器人按規(guī)定的線(xiàn)路行走，路過(guò)的站臺(tái)能自動(dòng)停和走。這個(gè)實(shí)例相對(duì)要復(fù)雜些，對(duì)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的要求比較高，可以在拓展實(shí)踐部分。

三、程序由易到難，扎實(shí)學(xué)好每一步

機(jī)器人利用灰度傳感器進(jìn)行巡線(xiàn)行走，場(chǎng)地的難易程度決定了灰度傳感器的個(gè)數(shù)，最多時(shí)可以用到5 個(gè)灰度傳感器。使用到的傳感器數(shù)量越多，程序也越復(fù)雜，教學(xué)中不能指望一蹴而就，應(yīng)從最基本的測(cè)灰度值教起，學(xué)生能熟練的測(cè)量灰度值了，再來(lái)教學(xué)巡線(xiàn)。

機(jī)器人巡線(xiàn)最簡(jiǎn)單的是兩個(gè)灰度傳感器夾著黑線(xiàn)走直線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方式是在機(jī)器人的前方安裝兩個(gè)灰度傳感器夾住黑線(xiàn)，行走時(shí)通過(guò)判斷傳感器的返回值來(lái)決定執(zhí)行相應(yīng)程序。教學(xué)中可讓學(xué)生充分討論、分析機(jī)器人巡線(xiàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)幾種情況:正常行走、向左偏、向右偏。引導(dǎo)學(xué)生分析機(jī)器人向左偏時(shí)兩個(gè)灰度傳感器分別是在什么顏色上;機(jī)器人向右偏呢;機(jī)器人方向正確時(shí)又是怎樣的?然后再讓學(xué)生到場(chǎng)地中分別測(cè)出白色和黑色上的值，通過(guò)機(jī)器人顯示屏觀察機(jī)器人的灰度傳感器在黑色、白色之間來(lái)回切換時(shí)顯示值的變化，得出灰度傳感器在黑色和白色上的中間值，當(dāng)大于此中間值時(shí)就可以判斷灰度到了黑線(xiàn)上，而小于此中間值時(shí)則還在白色上。學(xué)生然后再討論，機(jī)器人向左偏、向右偏時(shí)分別該怎么校正方向。最后，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用算法思維解決，編寫(xiě)程序下載到機(jī)器人中進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，直到機(jī)器人沿直線(xiàn)走正確。

學(xué)生完全理解兩個(gè)灰度傳感器走直線(xiàn)的編程思路后，加大難度，分析拐彎的程序。讓學(xué)生討論并嘗試，當(dāng)機(jī)器人遇到叉路口要拐彎時(shí)怎么辦?學(xué)生在嘗試中會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)灰度傳感器夾直線(xiàn)走的程序能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的九十度拐彎，但機(jī)器人走得很辛苦，如果三叉路或十字路，兩個(gè)灰度就實(shí)現(xiàn)不了。這時(shí)，教師就順勢(shì)提出可不可以增加了一個(gè)傳感器，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)檢測(cè)是機(jī)器人是不是走到了路口，“這第三個(gè)灰度傳感器加入后，程序又怎么編寫(xiě)?”學(xué)生討論，教師引導(dǎo)后讓學(xué)生明白第三個(gè)灰度雖然是后加入的，但在程序中應(yīng)讓機(jī)器人優(yōu)先檢測(cè)判斷，此灰度遇到黑線(xiàn)要先拐彎，沒(méi)有遇到黑線(xiàn)才能運(yùn)行走直線(xiàn)程序。在掌握兩個(gè)灰度走直線(xiàn)的方法后，因勢(shì)利導(dǎo)三個(gè)灰度拐彎程序也引刃而解。

完成三個(gè)灰度傳感器的應(yīng)用后，有條件的就可以讓學(xué)生嘗試五個(gè)灰度走有一定復(fù)雜的場(chǎng)地了。

程序完成后，教師還要指導(dǎo)學(xué)生在調(diào)試程序失敗后如何得找出問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。通過(guò)由淺入深、由易到難的三步教學(xué)，教師適時(shí)的指導(dǎo)、評(píng)價(jià)、鼓勵(lì)，讓學(xué)生在反復(fù)調(diào)試后順利掌握灰度傳感器的使用與編程方法。當(dāng)學(xué)生看到自己的機(jī)器人圓滿(mǎn)完成任務(wù)時(shí)是如何的自豪與驕傲，從而激發(fā)他們進(jìn)一步探索的激情和信心。