空中機(jī)器人創(chuàng)意制造系列課程

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(kāi)展活動(dòng)時(shí)使用，適合的教學(xué)對(duì)象為四年級(jí)以上有一定動(dòng)手能力的學(xué)生。使用Mind+圖形化編程軟件，以大疆RoboMaster TT教育無(wú)人機(jī)和DFRobot旗下出品的為搭配RoboMaster TT而開(kāi)發(fā)的傳感器套件為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)設(shè)備。通過(guò)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(kāi)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)意制造系列課程的移動(dòng)交通指揮員項(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，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的飛行，本課通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)指揮交通的功能。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 了解板載執(zhí)行器，學(xué)會(huì)點(diǎn)亮LED小燈。

過(guò)程與方法 合作探究，查閱資料，熟悉板載執(zhí)行器及LED小燈的使用。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)點(diǎn)亮LED小燈，了解TT教育無(wú)人機(jī)更多的擴(kuò)展功能，頭腦風(fēng)暴出更多的空中機(jī)器人應(yīng)用的創(chuàng)意。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 連接執(zhí)行器，學(xué)會(huì)點(diǎn)亮LED小燈。

教學(xué)難點(diǎn) 了解執(zhí)行器，學(xué)會(huì)控制LED小燈。

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，查找搜集生活中有關(guān)交通燈的例子（包括圖片、視頻等資料）。

其他準(zhǔn)備 提前將學(xué)生分好小組，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，小組合作完成項(xiàng)目任務(wù)。

教學(xué)過(guò)程

一、情景導(dǎo)入

師：同學(xué)們，前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了無(wú)人機(jī)飛行的基本方法，今天請(qǐng)大家發(fā)揮創(chuàng)客精神，將無(wú)人機(jī)改造成空中機(jī)器人。很多同學(xué)之前問(wèn)老師，無(wú)人機(jī)上自帶的控制設(shè)備怎么用，其實(shí)這就是無(wú)人機(jī)的板載執(zhí)行器。接下來(lái)幾節(jié)課，我們一起開(kāi)動(dòng)腦筋，讓無(wú)人機(jī)發(fā)揮出更多的功能。今天，我們先用這些設(shè)備來(lái)制作一個(gè)可移動(dòng)的交通指揮員。

板書(shū)：移動(dòng)交通指揮員。

二、認(rèn)識(shí)板載執(zhí)行器

師：同學(xué)們已經(jīng)學(xué)習(xí)了一段時(shí)間如何使用TT無(wú)人機(jī)，能很好地控制無(wú)人機(jī)的飛行。但其實(shí)TT無(wú)人機(jī)還有很多功能，譬如我們可以通過(guò)Mind+軟件對(duì)RMTT擴(kuò)展模塊編程，讓無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)亮燈、測(cè)距等功能。

RMTT擴(kuò)展模塊集成了ESP32模塊，可以連接很多擴(kuò)展的電子元件，讓無(wú)人機(jī)具有更強(qiáng)大的功能。RMTT擴(kuò)展模塊連接了LED小燈、測(cè)距點(diǎn)陣屏等電子元件。

師：我們先來(lái)看LED小燈元件，它是RMTT擴(kuò)展模塊自帶的彩色LED小燈，可以作為信號(hào)輸出使用。如果想要點(diǎn)亮LED小燈，需要先連接擴(kuò)展模塊，安裝驅(qū)動(dòng)。從電腦端打開(kāi)Mind+軟件，點(diǎn)擊“連接設(shè)備”—“一鍵安裝串口驅(qū)動(dòng)”，如圖1，跟隨設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序安裝向?qū)瓿纱隍?qū)動(dòng)程序的安裝。

TT無(wú)人機(jī)主要通過(guò)Micro USB接口提供充電和多種信號(hào)連接。當(dāng)電腦端Mind+軟件顯示出串口信息，說(shuō)明連接完成，然后就可以對(duì)RMTT擴(kuò)展模塊進(jìn)行編程。

教學(xué)小貼士：了解RMTT擴(kuò)展模塊，學(xué)習(xí)連接擴(kuò)展模塊。學(xué)生需要熟練掌握，方便以后測(cè)試、修改調(diào)試程序。

三、點(diǎn)亮LED小燈

師：同學(xué)們，連接好了擴(kuò)展模塊，接下來(lái)我們就可以編寫程序讓無(wú)人機(jī)的小燈亮起來(lái)。首先添加點(diǎn)亮小燈積木塊，如圖2。

然后測(cè)試小燈，修改小燈的顏色，如圖3。

教學(xué)小貼士：由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從點(diǎn)亮無(wú)人機(jī)小燈開(kāi)始，提升學(xué)生的信心。

四、點(diǎn)亮紅綠燈

師：剛剛老師收到了一個(gè)緊急的任務(wù)，學(xué)校路口的交通信號(hào)燈突然壞了，想讓我們的無(wú)人機(jī)幫忙指揮交通，所以大家要設(shè)計(jì)一個(gè)能指揮交通的紅綠燈。剛才我們已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何點(diǎn)亮無(wú)人機(jī)小燈，現(xiàn)在只要我們能設(shè)計(jì)出紅黃綠三種顏色的燈，然后讓其反復(fù)地按時(shí)循環(huán)點(diǎn)亮，就算做成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的紅綠燈。

學(xué)生動(dòng)手嘗試編寫簡(jiǎn)易紅綠燈依次亮燈的程序，并設(shè)置等待時(shí)間，如圖4。程序完成后，測(cè)試簡(jiǎn)易紅綠燈的運(yùn)行效果。

教學(xué)小貼士：學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，觀察生活中的紅綠燈，設(shè)計(jì)出一個(gè)符合實(shí)際的紅綠燈。

五、制作移動(dòng)交通指揮機(jī)器人

師：設(shè)計(jì)好了紅綠燈，接下來(lái)我們可以給無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)飛行路線，讓無(wú)人機(jī)充當(dāng)移動(dòng)交通指揮員。待無(wú)人機(jī)飛到指定地點(diǎn)后，開(kāi)啟紅綠燈指揮交通，等指揮完畢后，返回基地。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：來(lái)回飛行路線是否可以參考以前所學(xué)習(xí)的無(wú)人機(jī)飛行路線。

學(xué)生設(shè)計(jì)編寫無(wú)人機(jī)飛行代碼并測(cè)試，如圖5。

六、課堂小結(jié)與拓展

師：本節(jié)課我們從最簡(jiǎn)單的點(diǎn)亮小燈開(kāi)始，設(shè)計(jì)一個(gè)能解決生活中實(shí)際問(wèn)題的飛行機(jī)器人。雖然我們制作的飛行機(jī)器人還有可能遇到其他問(wèn)題，但是通過(guò)一步步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考與分析、修改調(diào)試與完善，慢慢地我們就能提高與成長(zhǎng)，從而做出更好的作品。

學(xué)生課后根據(jù)自己的創(chuàng)意優(yōu)化紅綠燈，例如添加報(bào)警器、測(cè)速等功能。

七、評(píng)價(jià)與交流

在最后評(píng)價(jià)中，分別以小組評(píng)價(jià)和活動(dòng)評(píng)價(jià)的多個(gè)維度來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生活動(dòng)開(kāi)展情況，從而觀察記錄學(xué)生的成長(zhǎng)過(guò)程。

教學(xué)反思

本節(jié)課是TT無(wú)人機(jī)教學(xué)擴(kuò)展的第一節(jié)課，學(xué)生要學(xué)會(huì)安裝驅(qū)動(dòng)、連接擴(kuò)展板和使用Mind+上傳模式。這些基礎(chǔ)操作是學(xué)生日后自學(xué)的前提，學(xué)會(huì)了安裝和連接，學(xué)生就可以在家自己操作實(shí)驗(yàn)，因此非常重要。

在教學(xué)過(guò)程中，以無(wú)人機(jī)的LED小燈為突破口，以交通信號(hào)燈為主題，讓學(xué)生從最基礎(chǔ)的點(diǎn)亮LED小燈開(kāi)始學(xué)習(xí)，內(nèi)容上比較簡(jiǎn)單，學(xué)生獲得了足夠的自信心。同時(shí)又以生活中的問(wèn)題為引，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。生活中的交通燈壞了怎么辦？臨時(shí)信號(hào)燈怎么協(xié)調(diào)？教學(xué)中教師讓學(xué)生觀察生活實(shí)際，了解飛行機(jī)器人的使用環(huán)境。當(dāng)然在最后學(xué)生可能還會(huì)提出問(wèn)題：路口的交通信號(hào)燈一般是四個(gè)方向協(xié)調(diào)運(yùn)作，單個(gè)飛行機(jī)器人可能沒(méi)辦法指揮一個(gè)十字路口。這就需要教師和學(xué)生共同拓展探究如何解決，這種問(wèn)題的思考有益于培養(yǎng)學(xué)生探究能力和創(chuàng)新精神。在最后評(píng)價(jià)過(guò)程中，以多種評(píng)價(jià)方式來(lái)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)思考過(guò)程和成長(zhǎng)過(guò)程，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也幫助教師改進(jìn)和檢驗(yàn)自己的教學(xué)。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）