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        SOS求救信號(hào)儀

        2021-10-08 14:36:42王堯坤
        江蘇科技報(bào)·E教中國 2021年15期
        關(guān)鍵詞:教學(xué)學(xué)生

        王堯坤

        項(xiàng)目背景

        當(dāng)你迷失在荒郊野外,手機(jī)又沒有通信信號(hào)時(shí),怎樣發(fā)出求救信號(hào)呢?本課就帶大家將TT無人機(jī)改裝成SOS求救信號(hào)儀,給TT無人機(jī)添加一項(xiàng)新技能。二極管是由半導(dǎo)體材料(硅、硒、鍺等)制成的電子器件,在家用電器、電子產(chǎn)品、工業(yè)控制電路等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。因SOS求救信號(hào)儀涉及一些常用二極管的運(yùn)用,所以本節(jié)課主要介紹了二極管的單向?qū)щ娦院鸵恍┗咎匦裕⒃趦?nèi)容上適當(dāng)進(jìn)行拓展,旨在讓學(xué)生更好地理解二極管的相關(guān)特性及應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

        教學(xué)目標(biāo)

        1.了解PN結(jié),知道二極管單向?qū)щ娦约皯?yīng)用,熟悉常見的二極管及其符號(hào)。

        2.了解SOS信號(hào)及TT無人機(jī)LED的特點(diǎn)和作用。

        3.通過項(xiàng)目學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生基本的理論與實(shí)際相聯(lián)系的能力和探索新知識(shí)的興趣。

        教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

        教學(xué)重點(diǎn) 二極管的單向?qū)щ娦院投O管的應(yīng)用。

        教學(xué)難點(diǎn) 二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

        教學(xué)準(zhǔn)備

        TT無人機(jī)、TT無人機(jī)拓展板、常用二極管、面包板、電源、導(dǎo)線若干。

        教學(xué)過程

        一、引入新課

        師:在日常生活中,當(dāng)我們遇到危險(xiǎn)的時(shí)候,該如何求救?你能想到哪些辦法?

        學(xué)生思考討論并簡(jiǎn)要回答。

        師:今天我們利用二極管和TT無人機(jī)等硬件制作一個(gè)SOS求救信號(hào)儀,首先讓我們來了解相關(guān)的知識(shí)。

        二、講解知識(shí)原理

        教師簡(jiǎn)要講解二極管的工作原理:二極管是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的PN結(jié)界面,在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層,構(gòu)成自建電場(chǎng)。當(dāng)外加電壓等于零時(shí),由于PN結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài),這就是常態(tài)下的二極管特性。當(dāng)給PN結(jié)外加正向電壓時(shí),在外加電場(chǎng)的作用下,PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破,P區(qū)中的空穴和N區(qū)的電子都往PN結(jié)方向移動(dòng),空穴和PN結(jié)P區(qū)的負(fù)離子中和,電子和PN結(jié)N區(qū)的正離子中和,這樣就使PN結(jié)變窄,如圖1。隨著外加電場(chǎng)的增加,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng),漂移運(yùn)動(dòng)減弱。當(dāng)外加電壓超過了門檻電壓,PN結(jié)就相當(dāng)于一個(gè)阻值很小的電阻,也就是PN結(jié)導(dǎo)通。這就是二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

        三、實(shí)驗(yàn)探究:二極管單向?qū)щ娦?/p>

        師:下面請(qǐng)同學(xué)們分小組搭建一個(gè)串聯(lián)電路,通過實(shí)驗(yàn)觀察探究哪邊是發(fā)光二極管的正極。同時(shí),請(qǐng)大家閱讀收集二極管的相關(guān)資料,稍后我們一起來探討。

        學(xué)生按小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

        二極管分為普通二極管(電路符號(hào)如圖2)和發(fā)光二極管(電路符號(hào)如圖3)。利用不同特性的半導(dǎo)體材料,能使電能與光能相互轉(zhuǎn)換,可以制成發(fā)光二極管。發(fā)光二極管是能發(fā)出紅外、紅、黃、綠、藍(lán)等各種波長(zhǎng)的光的二極管,近來又開發(fā)出能發(fā)出白色光的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管的工作電流一般在3~20mA,導(dǎo)通電壓一般在1.6V以上。一般發(fā)光二極管需要串聯(lián)一個(gè)限流電阻,從而使得發(fā)光二極管工作在一定的電流范圍內(nèi),同時(shí),一般電流越大,發(fā)光二極管就越亮。

        師:如何判斷二極管的正負(fù)極?

        生:普通二極管(如圖4)的極性通常在管殼上用電路符號(hào)表示,也可用色環(huán)標(biāo)示,靠近色環(huán)一端的電極引線是二極管的陰極。發(fā)光二極管(如圖5)引腳長(zhǎng)的為正極,短的為負(fù)極。

        師:發(fā)光二極管如果引腳一樣長(zhǎng)呢?(提示學(xué)生可觀察發(fā)光二極管內(nèi)部)

        生:如果引腳一樣長(zhǎng),發(fā)光二極管管體內(nèi)部金屬極較小的是正極,大的片狀的是負(fù)極。

        師:其實(shí)LED燈就是一種發(fā)光二極管,它采用固體半導(dǎo)體芯片為發(fā)光材料,與傳統(tǒng)燈具相比,環(huán)保節(jié)能、顯色性好、響應(yīng)速度快。LED顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕,可用來顯示文字、圖形、圖像、錄像信號(hào)等各種信息。

        師:大家對(duì)SOS求救信號(hào)有什么了解呢?

        生:SOS即S.O.S,它并不是單詞的縮寫,而是國際莫爾斯電碼救難信號(hào)。20世紀(jì)初,海難事件頻繁發(fā)生,因不能及時(shí)發(fā)出求救信號(hào)并最快組織施救,造成了很多的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。于是,1908年,國際無線電報(bào)公約組織正式將“SOS”確定為國際通用海難求救信號(hào)。很多人以為SOS意味著“save our soul”(拯救我們的靈魂),其實(shí),這三個(gè)字母組合本身沒有實(shí)際意義,只因?yàn)樗碾姶a“...---...”(三個(gè)圓點(diǎn),三個(gè)破折號(hào),然后再加三個(gè)圓點(diǎn))在電報(bào)中是發(fā)報(bào)方最容易發(fā)出、接報(bào)方最容易辨識(shí)的電碼。它的光線發(fā)射方法為:短光——長(zhǎng)光——短光。

        師:學(xué)習(xí)了這些知識(shí)后,請(qǐng)同學(xué)們利用TT無人機(jī)編程設(shè)計(jì)一個(gè)SOS求救信號(hào)儀。

        四、項(xiàng)目實(shí)施

        步驟1:小組合作探討設(shè)計(jì)方案,畫出設(shè)計(jì)的流程圖及程序的流程圖。

        步驟2:學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行SOS求救信號(hào)儀的制作。

        步驟3:安裝好TT拓展板,并通過數(shù)據(jù)線連到電腦端,如圖6。

        步驟4:打開Mind+軟件,若電腦端是第一次連接,先選擇左端底部的擴(kuò)展,然后選擇TT無人機(jī),如圖7。

        步驟5:選擇好端口,點(diǎn)擊恢復(fù)設(shè)備初始設(shè)置,恢復(fù)好后就可以進(jìn)行編程了。

        步驟6:編程實(shí)現(xiàn)SOS求救信號(hào)的發(fā)送,這里只選擇了其中一個(gè)方法,讓LED屏循環(huán)顯示SOS,如圖8。學(xué)生可以發(fā)散思維,根據(jù)自己的想法進(jìn)行編程。

        步驟7:程序上傳到設(shè)備端后,直接就可以進(jìn)行測(cè)試,如圖9。

        五、交流與分享

        師:測(cè)試完成后,同學(xué)們就可以利用App控制TT無人機(jī)進(jìn)行飛行,展示自己的作品了。

        教師邀請(qǐng)各小組派代表展示自己的設(shè)計(jì)流程和作品。

        學(xué)生進(jìn)行展示交流,討論各自作品的優(yōu)缺點(diǎn),提出改進(jìn)的建議。

        師:課后請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)作品存在的問題進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,同時(shí)查閱資料,了解更多的二極管及分類方法,認(rèn)識(shí)不同二極管的特點(diǎn)。

        教學(xué)反思

        本課在講授二極管和野外求生知識(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合TT無人機(jī)與Mind+圖形化編程軟件,設(shè)計(jì)出一款SOS求救信號(hào)儀。通過對(duì)無人機(jī)開源拓展編程的體驗(yàn),學(xué)生融會(huì)貫通了物理、信息技術(shù)等學(xué)科相關(guān)知識(shí),學(xué)會(huì)了將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中。本節(jié)課培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力與動(dòng)手操作能力,其中,小組合作學(xué)習(xí)還幫助學(xué)生學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作,激發(fā)了學(xué)生的探究興趣,取得了預(yù)期的效果。

        (本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦)

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