劉育紅 江西省上饒市萬年縣第二小學(xué)教師，江西省教育信息技術(shù)專家（創(chuàng)客類），江西省教育學(xué)會(huì)中小學(xué)人工智能教育專業(yè)委員會(huì)理事。著有《人工智能趣味入門：光環(huán)板程序設(shè)計(jì)》《micro：bit編程入門教程》兩本創(chuàng)客教育入門教材，有多篇作品發(fā)表在《無線電》《愛上機(jī)器人》等雜志。

教學(xué)背景

音樂可以給人帶來快樂，可以陶冶人的情操，我們的生活離不開音樂。本節(jié)課帶領(lǐng)學(xué)生化身小創(chuàng)客，利用開源硬件和數(shù)字化加工工具，融入自己獨(dú)特的創(chuàng)意，制作一個(gè)屬于自己的音樂播放器。

教學(xué)目標(biāo)

1.認(rèn)識(shí)360度舵機(jī)、磁感應(yīng)傳感器和MP3語音模塊，掌握它們的使用方法。

2.能正確完成硬件連接，并根據(jù)實(shí)際需求編寫出相應(yīng)的程序。

3.學(xué)會(huì)運(yùn)用三維建模軟件設(shè)計(jì)作品的結(jié)構(gòu)和造型。

4.培養(yǎng)應(yīng)用意識(shí)和審美能力。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 掌握相關(guān)傳感器的使用，編寫出完善的程序。

教學(xué)難點(diǎn) 運(yùn)用三維建模軟件設(shè)計(jì)作品的結(jié)構(gòu)和造型。

教學(xué)過程

一、激趣引入

1.講述音樂播放器發(fā)展史

師：同學(xué)們，你們喜歡聽音樂嗎？一般使用什么聽音樂呢？

學(xué)生圍繞問題討論交流。

師：看來大家大多是通過電腦和智能手機(jī)的播放器來欣賞音樂的。你們知道在電腦和智能手機(jī)普及以前，人們主要是通過什么來聽音樂嗎？我們一起來了解一下吧。

教師出示課件，展示留聲機(jī)、磁帶播放機(jī)、CD機(jī)、MP3播放器等實(shí)物圖片，讓學(xué)生了解音樂播放器的發(fā)展演變歷史。

2.揭示項(xiàng)目，了解原理

師：你們想不想親手制作一個(gè)音樂播放器呢？今天讓我們學(xué)習(xí)制作一個(gè)復(fù)古風(fēng)格的音樂播放器吧。

教師展示事先制作好的作品，并進(jìn)行演示。

師：你們知道這個(gè)作品的運(yùn)行原理嗎？

學(xué)生思考討論交流。

師：這個(gè)作品使用了磁感應(yīng)傳感器、360度舵機(jī)和MP3語音模塊。當(dāng)唱針（條形磁鐵）移到碟片上時(shí)，被下方的磁感應(yīng)傳感器感知到，于是控制360度舵機(jī)旋轉(zhuǎn)起來，隨后碟片也會(huì)旋轉(zhuǎn)起來，同時(shí)給MP3語音模塊發(fā)出播放音樂的指令，音樂就響起來了。

3.組建團(tuán)隊(duì)

師：在開始活動(dòng)前，請(qǐng)同學(xué)們兩人為一組，組建好團(tuán)隊(duì)。每組領(lǐng)取一箱器材和一套工具。

二、準(zhǔn)備材料和工具

師：制作項(xiàng)目前，我們需要準(zhǔn)備好硬件材料即DFRduino Uno R3、IO擴(kuò)展板、磁感應(yīng)傳感器、360度舵機(jī)、MP3語音模塊、小音箱各1件。請(qǐng)同學(xué)們從器材箱中找到這些硬件材料并取出放在桌上。

學(xué)生小組合作完成任務(wù)。

師：我們還需要準(zhǔn)備一些工具和其他材料包括橡皮錘、螺絲刀、熱熔槍、游標(biāo)卡尺各1把，M3螺絲螺母2組，條形磁鐵2個(gè)。請(qǐng)同學(xué)們從工具箱中找到這些工具、材料并取出放在桌上。

學(xué)生小組合作完成任務(wù)。

三、認(rèn)識(shí)硬件

師：這些材料中，主控板和擴(kuò)展板是我們的老朋友了，相信大家都了解它們的使用方法。但其他的電子模塊，同學(xué)們可能第一次接觸，接下來我們一起來認(rèn)識(shí)它們。首先打開Mind+編程軟件，添加主控板、360度舵機(jī)、磁感應(yīng)傳感器、MP3語音模塊等相應(yīng)模塊。

1.認(rèn)識(shí)360度舵機(jī)

教師出示課件，介紹360度舵機(jī)的特點(diǎn)，并說明舵機(jī)的連接方法，指導(dǎo)學(xué)生將舵機(jī)連接到擴(kuò)展板上。注意在與主控板連接時(shí)，要分別對(duì)應(yīng)VCC、GND、數(shù)據(jù)三個(gè)引腳。360度舵機(jī)的連接線，一般黃色或者橙色為數(shù)據(jù)線，中間為VCC線，另一根為GND線。

學(xué)生動(dòng)手操作，教師巡視指導(dǎo)。

教師演示操作步驟后，學(xué)生自行動(dòng)手操作，并學(xué)習(xí)使用360度舵機(jī)的積木指令。

2.認(rèn)識(shí)磁感應(yīng)傳感器

教師講解磁感應(yīng)傳感器的功能，說明磁感應(yīng)傳感器的連接方法（參考舵機(jī)連接方法），指導(dǎo)學(xué)生將磁感應(yīng)傳感器連接到擴(kuò)展板上，學(xué)習(xí)使用磁感應(yīng)傳感器的積木指令。

學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，教師巡視指導(dǎo)。

3.認(rèn)識(shí)MP3語音模塊

教師介紹MP3語音模塊的功能，說明MP3語音模塊的連接方法，指導(dǎo)學(xué)生將MP3語音模塊連接到擴(kuò)展板上。注意語音模塊在與主控板連接時(shí)，有兩種連接方式：硬串口——D0、D1引腳;軟串口——D2、D3引腳。當(dāng)采用硬串口連接時(shí)，由于電腦上的程序上傳到主控板也是通過串口完成的，兩者會(huì)產(chǎn)生沖突。所以，需要先上傳程序再連接線路。連接示例如圖1，GND、VCC、RX、TX四個(gè)引腳要分別對(duì)應(yīng)。

師：同學(xué)們可以將MP3語音模塊當(dāng)作一個(gè)U盤來用，請(qǐng)大家通過網(wǎng)絡(luò)下載幾首歌曲，然后存儲(chǔ)到MP3語音模塊中。

教師演示操作步驟后，學(xué)生學(xué)習(xí)語音文件的加載方法和MP3語音播放積木指令的使用，如圖2。

四、項(xiàng)目制作

1.程序編寫與上傳

教師引導(dǎo)學(xué)生小組討論，明確程序需要實(shí)現(xiàn)的功能，并列出編程思路，也可以畫出程序流程圖。

學(xué)生根據(jù)編程思路（或程序流程圖），自行編寫程序，教師巡視指導(dǎo)。當(dāng)大部分小組完成后，教師可出示參考程序，如圖3。

學(xué)生將編寫好的程序上傳到主控板，進(jìn)行初步測試。若過程中學(xué)生出現(xiàn)問題，教師及時(shí)指導(dǎo)解決。

2.設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、造型

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行音樂播放器結(jié)構(gòu)和造型的構(gòu)思，并在稿紙上勾勒出草圖。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)草圖，選擇自己喜歡的繪圖軟件進(jìn)行建模，完成主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

教師相機(jī)指導(dǎo)學(xué)生到網(wǎng)絡(luò)論壇下載“留聲機(jī)”開源圖紙，并進(jìn)行修改，完成“喇叭”造型音樂播放器的設(shè)計(jì)。

（此環(huán)節(jié)教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的建模水平，先演示然后讓學(xué)生自由設(shè)計(jì)，或者完全放手，由學(xué)生自主建模，教師相機(jī)出示參考圖紙，如圖4。）

3.切割制件

教師帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)激光切割機(jī)的使用方法，并強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng);學(xué)生有序進(jìn)行切割加工工作（或由教師操作）;整理好制件，處理好廢料。

4.組裝成型

師：同學(xué)們，接下來我們可以進(jìn)行組裝了。面對(duì)這么多材料，大家是不是無從下手呢？可以參考一下老師之前展示的音樂播放器作品的組裝步驟，先組裝喇叭模型，再組裝盒體，然后固定主控板，再安裝小音箱，隨后固定舵機(jī)，安裝轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)盤，固定磁感應(yīng)傳感器，再合上頂板、裝上喇叭模型，組裝唱針及轉(zhuǎn)臂，然后將轉(zhuǎn)臂裝在轉(zhuǎn)軸上，最后放上“唱片”（黑色亞克力板）。同學(xué)們也可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，自行思考、自主探索，最后組裝成功即可。

學(xué)生動(dòng)手組裝，教師巡視，相機(jī)指導(dǎo)。組裝完成后通電測試，若出現(xiàn)異常情況，學(xué)生小組合作調(diào)試、修改程序，或重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件。

五、交流展示與課堂小結(jié)

師：同學(xué)們，今天我們?cè)谝黄鸲冗^了一段充實(shí)愉快的造物時(shí)光，相信大家一定有不少收獲。下面，各個(gè)小組派代表按順序上臺(tái)展示一下本組作品，并談一談自己的收獲與感想。大家可以對(duì)本組的作品和其他小組的作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

小組依次上臺(tái)展示，師生討論交流并給出建議。

教學(xué)反思

通過制作音樂播放器，學(xué)生認(rèn)識(shí)了360度舵機(jī)、磁感應(yīng)傳感器、MP3語音模塊等硬件的工作原理，對(duì)傳感器和執(zhí)行器有了更全面的了解。本課例將開源硬件編程和三維建模、傳感器、激光切割等技術(shù)相結(jié)合，既鍛煉了學(xué)生的邏輯思維，又培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手操作的能力。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）