教學背景

春節(jié)是中國民間最隆重和最富有特色的傳統(tǒng)節(jié)日，標志著農(nóng)歷舊的一年結(jié)束和新的一年開始。在春節(jié)期間燃放煙花爆竹是我國的傳統(tǒng)習俗之一，能夠增強喜慶氣氛、寄托美好祈愿。但是，燃放煙花爆竹不僅容易引發(fā)火災，還對空氣質(zhì)量、水體、土壤等生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染?，F(xiàn)如今，全國多地都實施了禁止燃放煙花爆竹等法律法規(guī)。如此一來，春節(jié)變得冷清了許多?；诖耍P者結(jié)合傳感器及三維設(shè)計等技術(shù)，創(chuàng)意設(shè)計一款電子煙花作品。它不但沒有污染，而且能展示煙花燃放的效果，能讓我們的傳統(tǒng)佳節(jié)延續(xù)往日的熱鬧，增添喜慶氣氛。

教學目標

1.學會利用3D One設(shè)計電子煙花的外殼，并結(jié)合硬件合理設(shè)計安裝位，培養(yǎng)學生的動手能力和設(shè)計思維。

2.了解DFRduino UNO R3主控板、火焰?zhèn)鞲衅?、Gravity： UART MP3語音模塊的工作原理。

3.學會通過編程實現(xiàn)模擬煙花的效果，培養(yǎng)學生的創(chuàng)意思維、高階思維。

教學重點與難點

教學重點 根據(jù)真實煙花特點設(shè)計電子煙花的外殼，同時根據(jù)開源硬件的尺寸實現(xiàn)各模塊及線材的精準安裝。

教學難點 理解DFRduino UNO R3主控板、火焰?zhèn)鞲衅?、Gravity： UART MP3語音模塊的工作原理，通過編程實現(xiàn)模擬煙花的效果。

教學過程

一、情境導入，引發(fā)思考

師：春節(jié)期間燃放煙花爆竹是我國自古以來的傳統(tǒng)，它寄托了人們對新年的美好祈愿，也烘托了春節(jié)熱鬧的氣氛。但同學們知道嗎？燃放煙花爆竹不僅容易引發(fā)火災，而且污染空氣、水體、土壤等，極易造成人員傷亡及財產(chǎn)損失。所以全國多地都實施了禁止燃放煙花爆竹等法律法規(guī)。如此一來，我們能不能設(shè)計一款電子煙花呢？

學生思考并進行交流和分享。

師：我們可以用火焰?zhèn)鞲衅鞲袘?yīng)火源，模擬點煙花的過程，然后語音播放煙花燃放的聲音，閃爍LED燈模擬煙花綻放的景象。

二、初識硬件，暢想創(chuàng)意

1.認識傳感器及電子元件

火焰?zhèn)鞲衅鳎嚎梢杂脕硖綔y火源或其他波長在760～1100納米范圍內(nèi)的光源，探測角度可達60度，并能在-25～85℃下工作，性能穩(wěn)定可靠，2個M3安裝孔方便傳感器的固定。

Gravity： UART MP3語音模塊：內(nèi)置8MB存儲空間，無需外接SD卡。存儲方式和使用U盤一樣簡單，可隨時更新模塊內(nèi)的音效。使用Gravity接口，減少了接線的煩惱;支持MP3、WAV音頻格式，可指定播放、循環(huán)播放，30級音量調(diào)節(jié)。

無源音箱小喇叭：內(nèi)阻4Ω，功率5W。適合各類音源制作，聲音清脆，不失真。

2.線路連接

將各元器件與擴展板連接，如圖1。9個發(fā)光二極管分別連接到擴展板上的D5～D13管腳，正極接信號（綠色），負極接GND（黑色）;選擇一個火焰?zhèn)鞲衅髂K，使用3P模擬傳感線與擴展板上的A5管腳相連，連接線的顏色與擴展板上的管腳顏色相對應(yīng)即可;選擇一個Gravity： UART MP3語音模塊，使用4P傳感線與擴展板上的D2（T，綠色）、D3（R，藍色）連接，將小喇叭連接到Gravity： UART MP3語音模塊上。

3.程序設(shè)計

（1）程序模塊說明

教師講解電子煙花程序涉及的控制模塊、執(zhí)行器模塊、運算符模塊、傳感器模塊的作用及功能。

（2）流程圖說明

火源靠近火焰?zhèn)鞲衅?，火焰?zhèn)鞲衅鞲袘?yīng)到有火源后，播放煙花爆竹的聲音，同時讓LED燈閃爍，模擬煙花綻放的樣子。算法流程圖如圖2。

（3）程序編寫

根據(jù)創(chuàng)意設(shè)計需要和算法流程圖進行程序編寫，如圖3。

（4）程序調(diào)試

將編寫好的程序上傳到DFRduino UNO R3主控板上后進行測試，測試成功即可。

三、外形設(shè)計，實踐探究

煙花一般情況下是長方體或正方體，再加上紅色的外包裝，增添節(jié)日的喜慶氛圍。接下來，我們一起來學習下煙花禮盒外形的設(shè)計方法。

1.精準測量，充分準備

使用游標卡尺測量DFRduino UNO R3主控板、IO傳感器擴展板、發(fā)光二極管、火焰?zhèn)鞲衅?、喇叭的外形?shù)據(jù)并記錄，如圖4。

2.煙花外形設(shè)計

利用3D One軟件，根據(jù)所用電子元件的尺寸進行煙花外形的建模，畫一個長100mm、寬100mm、高100mm的六面體。

四、作品裝配

將DFRduino UNO R3主控板和擴展板組合后放進盒子中，將USB接口和DC電源接口對準煙花盒的開孔處，并加以固定。隨后，將火焰?zhèn)鞲衅髂K安裝到煙花盒側(cè)面的圓孔處，并加以固定。接著，把小喇叭安裝到煙花盒的喇叭安裝位，用熱熔膠槍打膠固定即可。最后，將發(fā)光二極管安裝到煙花蓋的圓孔中并固定后，將煙花蓋蓋到煙花盒上，接通電源就可以測試了。

教學反思

春節(jié)在中國是一個非常重要的節(jié)日，以往人們根據(jù)習俗都會燃放煙花爆竹，近年來政府為了大力推進環(huán)境保護工作，在春節(jié)期間實施了禁放煙花爆竹的規(guī)定。漸漸地，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的春節(jié)年味越來越淡，失去了往日的熱鬧，很多人都懷念起昔日煙花爆竹聲中迎新年的日子。通過本課，學生能夠深層次地去了解春節(jié)背后的故事，并通過自己的知識和能力創(chuàng)意設(shè)計出各種作品，滿足不同的人群對春節(jié)的期待，學生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力得到了有效的培養(yǎng)，學習積極性大大提高。