莊建東 浙江省嘉興市秀洲區(qū)印通小學(xué)信息技術(shù)教師，信息技術(shù)教研組組長(zhǎng)。2019年加入校第一夢(mèng)想團(tuán)隊(duì)，主要負(fù)責(zé)創(chuàng)客教育和編程無(wú)人機(jī)拓展課教學(xué)。

教學(xué)背景

本課程適合小學(xué)拓展課開展活動(dòng)時(shí)使用，教學(xué)對(duì)象為四年級(jí)及以上具備一定動(dòng)手能力的學(xué)生。本課使用Mind+圖形化編程軟件，以大疆推出的RoboMaster TT教育無(wú)人機(jī)和DFRobot旗下出品的為搭配RoboMaster TT而開發(fā)的傳感器套件為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)設(shè)備。通過對(duì)空中機(jī)器人——TT教育無(wú)人機(jī)飛行原理和搭載的ESP32開源硬件的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和制作自己的空中機(jī)器人。

本節(jié)課是空中機(jī)器人創(chuàng)意制造系列課程的高樓搜救機(jī)器人項(xiàng)目制作。學(xué)生前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了無(wú)人機(jī)的連接和飛行操作，能以項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)方式編程設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人，使其完成簡(jiǎn)單的搜救功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的擴(kuò)展連接。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 認(rèn)識(shí)人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器，完成創(chuàng)意制作。

過程與方法 團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)制作。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過自身的努力，設(shè)計(jì)高樓搜救機(jī)器人去幫助更多的人。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 認(rèn)識(shí)人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器工作原理。

教學(xué)難點(diǎn) 應(yīng)用人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器工作原理設(shè)計(jì)高樓搜救機(jī)器人。

教學(xué)準(zhǔn)備

教學(xué)環(huán)境 多媒體教室、電子白板。

資源準(zhǔn)備 Mind+軟件、RoboMaster TT教育無(wú)機(jī)機(jī)、Gravity：人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器，生活中有關(guān)搜救機(jī)器人的例子（包括圖片、視頻等資料）。

其他準(zhǔn)備 提前將學(xué)生分好組，3～5人為一個(gè)小組，方便學(xué)生內(nèi)部進(jìn)行討論。

教學(xué)策略 以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主，引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)。

教學(xué)過程

一、情境導(dǎo)入

生活中無(wú)人機(jī)的應(yīng)用很廣泛，無(wú)人機(jī)搜救巡邏就是其中一個(gè)很重要的應(yīng)用領(lǐng)域。教師出示無(wú)人機(jī)開展搜救工作的視頻、圖片。

師：今天，我們要讓無(wú)人機(jī)變成一個(gè)高樓搜救機(jī)器人，讓無(wú)人機(jī)代替或者幫助我們?nèi)ニ丫雀嗟氖芎φ摺Ｍ瑢W(xué)們知道搜救機(jī)器人可以靠什么來感知周圍的人嗎？

生：紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器。

師：對(duì)，今天我們使用的Gravity：人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器就是一款紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器，它可以檢測(cè)我們?nèi)梭w的運(yùn)動(dòng)，接下來我們一起來了解一下。

二、認(rèn)識(shí)紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器

紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器能檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)的人或動(dòng)物身上發(fā)出的紅外線，輸出開關(guān)信號(hào)，能應(yīng)用于各種需要檢測(cè)運(yùn)動(dòng)人體的場(chǎng)合。傳統(tǒng)的紅外熱釋電傳感器需要人體熱釋電紅外探頭、專用芯片和復(fù)雜的外圍電路來實(shí)現(xiàn)，體積略大，電路復(fù)雜，可靠性略低。DFRobot新推出的Gravity：人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器，專為Arduino設(shè)計(jì)，采用數(shù)字一體化集成人體熱釋電紅外探頭，具有體積小、可靠性高、功耗低、外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，如圖1。

師：Gravity：人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器是一款能檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)及生命體特征的傳感器，在一些生命搜救工作中應(yīng)用特別廣泛，今天我們就用這個(gè)傳感器制作一個(gè)高樓搜救機(jī)器人。首先，大家學(xué)習(xí)一下怎么應(yīng)用這個(gè)傳感器。

教學(xué)小貼士：了解傳感器的基本原理，了解應(yīng)用場(chǎng)景，能讓學(xué)生設(shè)計(jì)出更加科學(xué)的機(jī)器人。

三、連接與測(cè)試紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器

師：首先，我們要學(xué)習(xí)怎么連接紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器。Gravity：人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器需要通過3PIN線連接。注意，傳感器剛通上電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一小段時(shí)間的不穩(wěn)定，輸出端會(huì)出現(xiàn)電平抖動(dòng)現(xiàn)象。

具體接線方式可參考下表，將相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接口線連接，注意要防止插反數(shù)據(jù)線的情況發(fā)生。

測(cè)試傳感器。我們通過讀取IO13號(hào)端口，如圖2，獲取傳感器顯示的信息并進(jìn)行測(cè)試，研究傳感器數(shù)據(jù)信息獲得情況。

小組討論如何測(cè)試端口信息，并探究傳感器的性能。

師：我們一起來查看一下傳感器的說明文檔。

教學(xué)小貼士：設(shè)計(jì)測(cè)試環(huán)境，讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用傳感器。在生活中有各種各樣的傳感器，教導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)查看傳感器資料文檔，是一個(gè)快速入門的好方法。

四、擴(kuò)展紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器應(yīng)用

師：同學(xué)們，我們剛才測(cè)試了紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器的功能。接下來，大家小組討論一下怎么應(yīng)用這個(gè)傳感器來做一個(gè)有意義的高樓搜救機(jī)器人。

學(xué)生小組討論，根據(jù)所學(xué)知識(shí)擴(kuò)展設(shè)計(jì)思路，創(chuàng)意設(shè)計(jì)自己的高樓搜救機(jī)器人。學(xué)生思考紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器該如何安裝、如何搜救被困群眾等問題。

學(xué)生動(dòng)手安裝、固定擴(kuò)展模塊，選擇固定傳感器的最佳位置。利用紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器制作高樓搜救機(jī)器人。

編寫高樓搜救機(jī)器人代碼，如圖3。

學(xué)生測(cè)試高樓搜救機(jī)器人運(yùn)行效果，如圖4。然后教師組織學(xué)生展開小組頭腦風(fēng)暴，探討自己設(shè)計(jì)的機(jī)器人還有哪些地方可以改進(jìn)。

教學(xué)小貼士：頭腦風(fēng)暴，讓學(xué)生有更廣闊的想象空間。對(duì)應(yīng)用設(shè)計(jì)的猜想，能讓學(xué)生有更多的想法，通過編寫代碼實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，即使目前受到器材、技術(shù)等限制，也能為學(xué)生將來的發(fā)展提供思考方向。

五、總結(jié)與拓展

師：同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)的是紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器，其實(shí)它在生活中有很多應(yīng)用的地方。紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器可以感知人和動(dòng)物，在很多需要檢測(cè)的地方都可以應(yīng)用。生活中，我們的機(jī)器人在搜救的時(shí)候，可能不僅需要紅綠燈指示，有時(shí)候還需要跟物聯(lián)網(wǎng)、GPS定位等多種設(shè)備連接發(fā)送多個(gè)信息，包括圖像、坐標(biāo)等。同學(xué)們可以據(jù)此設(shè)計(jì)更多的紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器應(yīng)用場(chǎng)景。

教學(xué)反思

本節(jié)課是TT擴(kuò)展板拓展紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器教學(xué)的一課。之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)了擴(kuò)展板的連接和測(cè)試，這節(jié)課學(xué)生主要是學(xué)習(xí)和了解紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器的作用。學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴的方式探討傳感器的使用，設(shè)計(jì)自己的高樓搜救機(jī)器人，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。但學(xué)生掌握的知識(shí)有限，可能只會(huì)設(shè)計(jì)出一些提示性的救援機(jī)器人，如果后期有機(jī)械臂等知識(shí)的提升，可以引導(dǎo)學(xué)生完善作品，做成更實(shí)用的機(jī)器人。

在教學(xué)過程中，首先學(xué)生通過已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，以自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)來驅(qū)動(dòng)新的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)新的傳感器。學(xué)生測(cè)試新的傳感器的功能后，通過頭腦風(fēng)暴來擴(kuò)展傳感器的使用場(chǎng)景。學(xué)習(xí)能力較弱的小組可采用閱讀文檔資料的方式擴(kuò)充對(duì)傳感器的了解，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式來完成各環(huán)節(jié)的教學(xué)。在最后總結(jié)中，教師可以給學(xué)生講授更多的知識(shí)融合應(yīng)用的領(lǐng)域，開闊學(xué)生的眼界，為他們提供更多思考的空間。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）