狄勇 浙江省寧波市海曙區(qū)廣濟(jì)中心小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科高級(jí)教師，市教壇新秀，市學(xué)科骨干教師。曾榮獲首屆寧波市中小學(xué)生創(chuàng)客大賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師，第四屆、第五屆全國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)暨創(chuàng)客教育展評(píng)活動(dòng)優(yōu)秀指導(dǎo)教師。著有《micro：bit超好玩——米爸帶你學(xué)編程》一書(shū)，由人民郵電出版社出版。近年專(zhuān)注于開(kāi)源硬件相關(guān)的課程開(kāi)發(fā)與教學(xué)實(shí)踐，發(fā)布相關(guān)教程、案例70余篇。

項(xiàng)目背景

受到著名軍事題材漫畫(huà)《那年那兔那些事兒》的啟發(fā)，我以“我兔飛行員TT”的故事為線索，設(shè)計(jì)了基于大疆TT無(wú)人機(jī)套件的系列課程，包含安全飛行、空中正步、巧練空投、雪中送炭、氣象偵察等六個(gè)項(xiàng)目課程。TT無(wú)人機(jī)不僅成為學(xué)生們手中的學(xué)具，更是培植學(xué)生硬核工匠精神與滾燙愛(ài)國(guó)情懷的寶藏。

“巧練空投”是學(xué)生經(jīng)歷的第三個(gè)項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)該項(xiàng)目之前，學(xué)生們已經(jīng)組隊(duì)掌握了TT無(wú)人機(jī)的起降控制以及配套編程軟件Mind+的基本操作，并嘗試了將以往編程課上學(xué)習(xí)的經(jīng)典正多邊形繪制移植到TT無(wú)人機(jī)的飛行軌跡控制中。具備上述基礎(chǔ)技能后，學(xué)生們對(duì)TT無(wú)人機(jī)有了一定的編程操作基礎(chǔ)，掌握了安全飛行的前提。在“巧練空投”項(xiàng)目中，學(xué)生將完成空投裝置的制作和測(cè)試，為最終人臉識(shí)別空投補(bǔ)給做好鋪墊。

教學(xué)目標(biāo)

1.活用3D打印技術(shù)解決真實(shí)問(wèn)題，因地制宜地設(shè)計(jì)固定舵機(jī)的結(jié)構(gòu)件，并確保結(jié)構(gòu)件牢固輕巧，不過(guò)多影響TT無(wú)人機(jī)有效載荷。

2.能根據(jù)測(cè)試情況調(diào)整起飛策略，為T(mén)T定制起飛平臺(tái)。

3.充分熟悉IO拓展板的使用，根據(jù)接口定義改裝舵機(jī)接插件。

4.懂得在測(cè)試流程中安排地面測(cè)試，減少升空實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)、電池?fù)p耗和時(shí)間成本。

教學(xué)過(guò)程

一、情境導(dǎo)入

師：“海拔4500米，無(wú)人機(jī)蜂群空中速遞熱食，探索空地立體補(bǔ)給保障新模式?！盋CTV-7軍事頻道報(bào)道的這則新聞讓對(duì)面的白象端著冷冰冰的咖喱飯心生妒忌。作為我兔飛行隊(duì)的一員，TT自然也要練習(xí)好空投補(bǔ)給的本領(lǐng)，隨時(shí)為前線做好支援工作。但是TT出廠時(shí)并不具備空投的技能，同學(xué)們能幫他練就空投物資的本領(lǐng)嗎？

學(xué)生討論交流。

二、頭腦風(fēng)暴，定制裝備

1.設(shè)計(jì)拋投裝置

TT無(wú)人機(jī)套件并未提供現(xiàn)成的拋投裝置，所以要完成驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題需要學(xué)生從零打造專(zhuān)用裝備。教師可組織學(xué)生分組進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，通過(guò)觀察TT無(wú)人機(jī)的原始構(gòu)造討論改裝方案。

由于無(wú)人機(jī)存在負(fù)載、電量、螺旋槳干涉等諸多限制因素，在著手設(shè)計(jì)時(shí)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面：改裝件盡可能輕量化，增加有效負(fù)載;無(wú)損加裝，避免對(duì)機(jī)身造成破壞;關(guān)注執(zhí)行器功耗，避免影響滯空時(shí)間;加裝的設(shè)備不能干涉螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)。

教師應(yīng)提供學(xué)生足夠的時(shí)間進(jìn)行討論、嘗試、迭代，鼓勵(lì)各組拿出差異化的設(shè)計(jì)方案。

2.結(jié)構(gòu)件迭代

無(wú)論使用3D打印還是其他加工方式，結(jié)構(gòu)件都要能在保持整體輕巧的前提下，可靠地固定舵機(jī)等部件。要達(dá)到這一目標(biāo)，反復(fù)試裝、修正、微調(diào)是必不可少的環(huán)節(jié)，教師可借此培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神。最終模型可參考圖1。

3.定制掛鉤

學(xué)生在制作過(guò)程中可能需要變通利用身邊的材料實(shí)現(xiàn)所需功能，這正是體現(xiàn)創(chuàng)客巧思的地方。例如要掛載補(bǔ)給，還需給舵機(jī)配上掛鉤。而用于在面包板上布線的硬質(zhì)跳線，就是個(gè)不錯(cuò)的選擇。挑出長(zhǎng)短合適的一截跳線，用鑷子稍加“整形”便可制成掛鉤，如圖2。

4.制作載貨起飛平臺(tái)

由于無(wú)人機(jī)底部將要增加舵機(jī)，還要掛載貨物，無(wú)法直接在地面上平穩(wěn)放置，起飛時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)斜向墜機(jī)的事故，所以還需要給無(wú)人機(jī)制作一個(gè)架空的起飛平臺(tái)。要解決這個(gè)問(wèn)題，可以在支架下方墊書(shū)本等物品增加無(wú)人機(jī)離地間隙，也可以量好TT起落架間距，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)模型，3D打印專(zhuān)屬于TT的載貨起飛平臺(tái)，如圖3。

5.舵機(jī)接插件

學(xué)生在制作時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)一些接插件的引腳定義與IO拓展板不一致，需要自行改裝。那么改裝的依據(jù)是什么呢？從技術(shù)文檔查找所需信息，是培養(yǎng)學(xué)生搜集、分析、處理、應(yīng)用信息能力的有效途徑。教師可下發(fā)技術(shù)文檔，讓學(xué)生自主探索實(shí)踐。

通過(guò)技術(shù)文檔，我們可以看到IO拓展板供電側(cè)引腳的定義依次為IO26、GND、3.3V;IO13、GND、5V。而配套舵機(jī)的接插件，GND和VCC的位置正好相反。下面提供兩種改裝方案供參考。

舵機(jī)改裝方案A：交換舵機(jī)GND和VCC端子。技巧是用一把鑷子完成推針，互換兩個(gè)端子的位置即可。改造后即可將其直接插到IO拓展板上。

舵機(jī)改造方案B：分離舵機(jī)信號(hào)線。如果要將舵機(jī)信號(hào)線接到26/13以外的引腳，就單獨(dú)分離信號(hào)線。用鑷子挑起插頭上的塑料片，把線往后一拉，輕松退線。然后找一根帶有母頭的杜邦線，拆下它的塑料插頭裝到舵機(jī)信號(hào)線上即可，如圖4。

三、編寫(xiě)程序，地面測(cè)試

無(wú)人機(jī)的電池續(xù)航能力有限，如果所有的程序測(cè)試都升空?qǐng)?zhí)行，不但會(huì)因反復(fù)充電拖慢項(xiàng)目進(jìn)程，還可能會(huì)由于程序缺陷導(dǎo)致不必要的意外和損失。因此為T(mén)T編寫(xiě)完程序后，應(yīng)盡可能先進(jìn)行地面測(cè)試，待程序相對(duì)成熟后，再升空驗(yàn)證。拋投裝置的程序測(cè)試工作就可以在地面獨(dú)立完成。具體程序參考圖5。

把程序?qū)懭隩T，將TT用支架架起?？梢钥吹郊幢銠C(jī)腹下面有舵機(jī)，架到起飛平臺(tái)后照樣四平八穩(wěn)，而且更有氣勢(shì)。按下遙控器，看看機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)是否符合預(yù)期。

四、定制包裹，升空測(cè)試

該環(huán)節(jié)可讓學(xué)生基于各自無(wú)人機(jī)拋投裝置的特點(diǎn)定制包裹，甚至可以用TT掛載玩具小坦克、越野車(chē)等“軍事物資”，增加項(xiàng)目的趣味性和代入感。當(dāng)然，用折紙的方式純手工打造一個(gè)快遞箱也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。修改拋投裝置的程序，增加起降的飛行控制部分，就可以升空測(cè)試了，如圖6。

五、項(xiàng)目展示與小結(jié)

各小組以路演的方式展示自己的制作過(guò)程，重點(diǎn)講述遇到的真實(shí)問(wèn)題和解決方案。學(xué)生輪流觀察各組無(wú)人機(jī)的改造成果，進(jìn)行互評(píng)，并將這些意見(jiàn)建議記錄在黑板或白板上。教師可引導(dǎo)學(xué)生聚焦大家普遍存在的一些問(wèn)題，進(jìn)行深入討論。

教學(xué)反思

大疆和DFROBOT合作推出的TT無(wú)人機(jī)套件組合，讓學(xué)生們有機(jī)會(huì)將開(kāi)源硬件課程玩上了天。以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式規(guī)劃課程，強(qiáng)化了學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的支架搭建和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，由此提升學(xué)生的設(shè)計(jì)思維、工程思維。課堂上還可以準(zhǔn)備一臺(tái)天平秤，在裝置實(shí)現(xiàn)靈活投放物資的前提下，讓學(xué)生測(cè)試各組TT無(wú)人機(jī)的最大負(fù)載能力，并進(jìn)行優(yōu)勝評(píng)選。這樣既可以用實(shí)證的方式驗(yàn)證項(xiàng)目有效性，同時(shí)優(yōu)勝作品也能為各小組提供優(yōu)化迭代的方向，在后續(xù)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中繼續(xù)優(yōu)化。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）