小學機器人灰度傳感器教學淺談

◆駱衛華

(鎮江市京口區實驗小學)

在中小學機器人的教學中，灰度傳感器有著不可忽缺的地位，圍繞灰度傳感器開發的比賽和活動項目也非常之多。低成本的機器人中灰度傳感器就是主要的學習內容。如此重要的知識，卻也是學生學習機器人的一個難點，很多學生對灰度的運用理解不了，如何才能讓學生充分理解、運用灰度傳感器，筆者提出灰度傳感器教學三步走的方法。

一、講請灰度原理，掌握測量方法

教學中，教師首先要向學生講清灰度傳感器的工作原理和工作方法:灰度傳感器有一只發光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上，在有效的檢測距離內，發光二極管發出白光，照射在檢測面上，檢測面反射部分光線，光敏電阻檢測此光線的強度并將其轉換為機器人可以識別的信號。

講清原理后，教師可實際展示，讓學生觀察、體會光敏探頭根據檢測面反射回來的光線強度，來確定其檢測面的顏色深淺的。同時通過對比讓學生體會到:測量的準確性與傳感器到檢測面的距離是有直接關系的;在機器人運動時機體的震蕩同樣會影響其測量精度;外界光線的強弱對其影響非常大，會直接影響到檢測效果，要注意避免外界光的干擾;檢測面的材質不同也會引起其返回值的差異等。掌握這些，有利于在程序的調試中正確分析錯誤的原因。

因為灰度值受影響的因素多，在程序的設計中就要精確的了解機器人中每個灰度傳感器的值，要讓學生熟練的掌握灰度值測量的方法，程序調試中隨時進行檢測出問題的灰度值是否發生的變化，以做到及時調整程序。

二、精心設計實例，激發學習興趣

機器人的活動中，灰度應用很廣，很多比賽項目中都要用到，更有一些項目就是以灰度為主，但這些并不一定適后課堂教學，不適合初學的學生。因此在教學設計中應充分考慮到學生的現狀，設計易于掌握、更好激發學生興趣、克服知識難點的實例，可以起到事半功倍的作用。

比如，可以設計《小區巡邏保安機器人》的實例，設計情境，提出任務“江山名州小區的物業管理每天都要派出保安在小區內巡邏，保衛小區的安全，同學們能設計一個巡邏機器人，在小區內進行巡邏嗎?”調動起學生參與的積極性及學習的熱情。在學生情緒高漲的時候，接著提出思考的問題，“巡邏機器人應該具備什么樣的能力?”學生討論得出，沿著一定的線路自動巡邏，從而引出本課的學習內容灰度傳感器的使用，師生互動學習。接下來根據所學的知識進行實踐操作，即編寫自動巡邏程序，學生進行交流合作，最后教師進行評點。

小區內線路比較簡單，在學生掌握了利用灰度傳感器進行簡單巡線后，教師可以設計《智能公交車》的實例。城市的道路比較復雜，有很多十字路、三叉路，甚至還有一些彎路，這個實例可以訓練學生在復雜的線路中，如何設計程序讓機器人按規定的線路行走，路過的站臺能自動停和走。這個實例相對要復雜些，對學生程序設計的要求比較高，可以在拓展實踐部分。

三、程序由易到難，扎實學好每一步

機器人利用灰度傳感器進行巡線行走，場地的難易程度決定了灰度傳感器的個數，最多時可以用到5 個灰度傳感器。使用到的傳感器數量越多，程序也越復雜，教學中不能指望一蹴而就，應從最基本的測灰度值教起，學生能熟練的測量灰度值了，再來教學巡線。

機器人巡線最簡單的是兩個灰度傳感器夾著黑線走直線，實現方式是在機器人的前方安裝兩個灰度傳感器夾住黑線，行走時通過判斷傳感器的返回值來決定執行相應程序。教學中可讓學生充分討論、分析機器人巡線時會出現幾種情況:正常行走、向左偏、向右偏。引導學生分析機器人向左偏時兩個灰度傳感器分別是在什么顏色上;機器人向右偏呢;機器人方向正確時又是怎樣的?然后再讓學生到場地中分別測出白色和黑色上的值，通過機器人顯示屏觀察機器人的灰度傳感器在黑色、白色之間來回切換時顯示值的變化，得出灰度傳感器在黑色和白色上的中間值，當大于此中間值時就可以判斷灰度到了黑線上，而小于此中間值時則還在白色上。學生然后再討論，機器人向左偏、向右偏時分別該怎么校正方向。最后，指導學生運用算法思維解決，編寫程序下載到機器人中進行反復調試，直到機器人沿直線走正確。

學生完全理解兩個灰度傳感器走直線的編程思路后，加大難度，分析拐彎的程序。讓學生討論并嘗試，當機器人遇到叉路口要拐彎時怎么辦?學生在嘗試中會發現，兩個灰度傳感器夾直線走的程序能實現簡單的九十度拐彎，但機器人走得很辛苦，如果三叉路或十字路，兩個灰度就實現不了。這時，教師就順勢提出可不可以增加了一個傳感器，專門負責檢測是機器人是不是走到了路口，“這第三個灰度傳感器加入后，程序又怎么編寫?”學生討論，教師引導后讓學生明白第三個灰度雖然是后加入的，但在程序中應讓機器人優先檢測判斷，此灰度遇到黑線要先拐彎，沒有遇到黑線才能運行走直線程序。在掌握兩個灰度走直線的方法后，因勢利導三個灰度拐彎程序也引刃而解。

完成三個灰度傳感器的應用后，有條件的就可以讓學生嘗試五個灰度走有一定復雜的場地了。

程序完成后，教師還要指導學生在調試程序失敗后如何得找出問題，分析問題，解決問題。通過由淺入深、由易到難的三步教學，教師適時的指導、評價、鼓勵，讓學生在反復調試后順利掌握灰度傳感器的使用與編程方法。當學生看到自己的機器人圓滿完成任務時是如何的自豪與驕傲，從而激發他們進一步探索的激情和信心。