舵機的應用

曾祥潘

個性化課程是廣州市白云區景泰小學開設的校本特色課程系列，課程由各授課教師根據個人專長設計，每周一節，學生可按自己的興趣選修喜歡的課程。《智造機器人》是個性化課程中的一門，參加學習的學生分布在四至六年級，共30人。本課是《智造機器人》課程第六節內容，主要讓學生初步了解舵機的內部結構、掌握舵機連接到控制板的方法、利用S4A編寫舵機控制程序以及制作舵機應用項目。對于小學四至六年級的學生來說，在一節課的時間內掌握這么多內容是很困難的，因此本課側重于對舵機運行方式的理解以及連接方法的掌握。

● 教學目標

知識與技能目標：初步了解舵機的內容結構與運轉方式；掌握舵機與Arduino主控板的連接方法；能夠使用S4A編寫程序控制舵機的旋轉角度。

過程與方法目標：通過觀察舵機和觀看圖片初步認識舵機的結構及運轉方式；親歷舵機的安裝及S4A程序編寫掌握舵機的使用方法。

情感態度與價值觀目標：通過觀察示范，動手實踐，養成認真觀察、細心操作的良好習慣；通過思考與探究，培養問題解決的探究意識和實踐驗證的習慣。

● 教學重、難點

重點：舵機的連接方法、編寫程序控制舵機的運轉。

難點：舵機的連接方法。

● 教學過程

1.情境引入

師：（播放“六足機器人”的視頻）請注意觀察機器人足部的運動方式。

學生對六足機器人十分感興趣，認真觀察了機器人的運動視頻。

師：六足機器人使用舵機來控制每個足的關節運動，猜猜機器人身上安裝了多少個舵機。

學生有的在數、有的在討論舵機的數量。

師：六足機器人安裝了十八個舵機，舵機在機器人和模型方面應用廣泛，今天我們一起來學習舵機的應用。

設計意圖：通過視頻資料激發學生學習興趣。

2.初識舵機

（1）舵機外觀及內部結構

師：（拿出零件盒里的舵機）觀察舵機，說一說舵機外部有什么，內部又有什么。

學生觀察舵機，說出所看到的內容。

教師展示舵機外觀及內部結構圖，簡單介紹舵機的內部結構。強調不要用手擰舵盤，避免損壞舵機內部齒輪。

設計意圖：通過觀察舵機實物和結構圖，初步認識舵機的結構。

（2）舵機的連接方式

師：舵機怎樣連接到Arduino控制板上呢？我們先觀察舵機的連接線。三根線中的黑色（棕色）線是GND，紅色線是5V，黃色線是控制信號輸入（展示舵機連接圖，如圖1）。

學生按照圖1用杜邦線把舵機連接到Arduino主控板。

教師巡堂指導學生連線，學生小組互相檢查連線正確與否。確認連線正確后再插入USB線。

設計意圖：舵機連接Arduino主控板的操作十分重要。如果連接錯誤，輕則舵機不受控制，嚴重的會造成舵機、Arduino主控板燒毀。使用對照圖示連線的方式可以降低操作難度。同時，利用小組成員互助，讓動手能力強的學生幫助其他學生完成連線任務，確保連線正確。

（3）舵機的控制

師：舵機連好線后，怎樣控制舵機的運轉呢？我們需要使用S4A的motor_angle積木塊，如圖2所示。建立腳本，在motor_angle數值框里分別輸入0和180。運行腳本，觀察舵機的運轉位置。如果數值大于180舵機會怎樣轉動？

學生嘗試輸入控制數值，觀察舵機的運轉，小組交流。

教師小結：舵機旋轉角度范圍是0至180度。

設計意圖：讓學生通過自主探究的方式了解舵機旋轉范圍，有利于學生掌握motor_angle積木塊的使用以及認識舵機旋轉位置與角度的關系。

3.運用舵機

師：經過剛才的學習，我們懂得了怎樣控制舵機的運轉。現在我們用舵機來做一個小作品，想一想可以做些什么呢。

學生小組內討論，推薦交流。點子有：開關門、窗控制器，空調送風方向調整頁，車庫收費柵欄，自動書本翻頁器等。

師：大家的想法非常好，車庫收費柵欄這個點子我們現在可以試著做一做。大家想一想，做一個柵欄除了舵機外還要準備什么材料，怎樣安裝？

小組討論交流，最后形成類似的柵欄樣式（如下頁圖3）。

師：我們要編寫腳本控制柵欄的開和關，可以使用鍵盤按鍵控制。編寫腳本時要考慮幾個問題：①柵欄的開、關兩個狀態對應motor_angle積木塊的數值是多少？②準備用哪個鍵盤按鍵控制柵欄的開、關？哪個積木塊可以檢測按鍵？③檢測按鍵的積木塊和motor_angle積木塊怎樣配對組合？

學生思考問題，小組交流，完成腳本編寫。形成的腳本如圖4所示。

設計意圖：通過談話激發學生的創新思維。在制作柵欄任務中，通過分析任務，為學生搭建解決問題的框架。幫助學生逐步養成解決問題的能力。

4.課堂總結

師：今天我們認識了舵機，知道舵機的連接方法，還能夠編寫腳本控制舵機，最后還用舵機做了一個電動柵欄。下面幾個問題你能夠回答嗎？①舵機的三根連線黑色、紅色、黃色分別接到Arduino的哪個插孔？②舵機的舵盤旋轉角度范圍是多少？③如果舵機不會轉，應該檢查什么？

設計意圖：教師通過問題引導學生回顧本課所學知識。

● 教學反思

本課的教學目的明確。教學主線：“認識舵機→連接舵機→控制舵機→運用舵機”環環相扣、層層深入。教學手段較豐富，既有傳統的講授，又有探究活動，學生有獨立思考操作，也有小組互助學習。

從課堂表現來看，學生的學習興趣十分濃厚，學習勁頭足，思維活躍，自始至終投入最大的注意力到學習中來。觀課教師對S4A課程也產生濃厚的興趣，認為該課程有利于培養學生的動手實踐能力和創新精神。

但也有教師認為以常態課堂的40分鐘不利于此類動手裝配與發展問題探究思維并存的課程，建議盡可能增加每節課的時長至50至60分鐘左右。endprint