基于Mind+智能語音教具創意設計—— 以《小蝌蚪找媽媽》為例

康留元 河南省汝州市信息技術學科高級教師，全國中小學生創·造大賽裁判員，DF創客社區IoT物聯網版主，吳俊杰老師創客教育普惠課程掌控板mPython基礎課程合伙人。

項目背景

《小蝌蚪找媽媽》是部編版二年級語文上冊第一單元第一課的內容，是一篇有趣的童話故事，向學生敘述了小蝌蚪變成青蛙的過程。本項目創意地將語文、數學、美術和信息技術相關知識融合在一起，設計出基于Mind+的《小蝌蚪找媽媽》智能語音教具，希望學生能學會從小獨立生活，遇事能主動探索。

教學目標

知識與技能 了解語音合成的原理;掌握舵機和語音合成模塊的使用方法;熟悉程序中函數、變量的創建、調用方法。

過程與方法 通過觀察教具，掌握小蝌蚪變成青蛙的過程，培養觀察力和想象力。

情感態度與價值觀 體會小蝌蚪想找到媽媽、享受家庭溫暖的急切心情。

教學重點與難點

教學重點 確保語音模塊播放的內容與舵機轉動的畫面一致。

教學難點 舵機安裝，教具加工。

教學準備

掌控板、掌控寶、中英文語音合成模塊、DMS-MG90金屬9g舵機（1.8Kg）、WS2812 RGB 全彩燈帶（7燈珠）各1個，數字大按鈕模塊2個，椴木板、杜邦線、螺絲釘等若干。

教學過程

一、情趣導入

教師出示《小蝌蚪找媽媽》的實物教具，學生觀察教具，聽課文朗讀，重溫小蝌蚪找媽媽的故事。

師：小蝌蚪獨立堅強，勇于探索，最終找到了自己的媽媽。但是它們也有一個煩惱——聽故事的低年級學生對它們的變形經歷不是很理解。于是，二年級的語文老師邀請我制作了這個智能語音教具，有了它，學生們對小蝌蚪變成青蛙的過程有了更形象的了解，學習的積極性大大提升。這節課我們就來學習制作這個教具，爭取能讓更多的人使用它。

二、知識講授

智能語音教具主要用到了語音合成（Text To Speech）技術，簡稱TTS技術。它涉及聲學、語言學、數字信號處理技術、多媒體技術等多種學科技術，是中文信息處理領域的一項前沿技術。語音合成是通過機械、電子的方法產生人造語音的技術，計算機將自己產生的或外部輸入的文字信息轉變為可以聽懂的、流利的漢語口語輸出的技術。

該教具使用中英文語音合成模塊，通過幾行簡單的圖形代碼就可以讓教具自己開口說話，讓學習變得更形象、更容易。

三、動手實踐

教師提前將設計教具的結構件使用激光切割好，為了使外觀更加好看，材料采用椴木板，先在電腦上設計圖紙并用激光切割機進行切割。

1.繪畫場景

學生在切割好的結構件上繪畫五組場景，如圖1。左邊模塊為轉動部分，固定舵臂;右邊模塊為固定部分，固定舵機。轉動舵機帶動舵臂，每轉動45度，顯示一幅故事畫面。

2.安裝掌控板

將掌控板固定在椴木板相應的位置，并用3顆螺絲將手柄模塊和掌控寶固定在一起，如圖2。

3.安裝舵機和舵盤

用2個長螺栓固定手柄模塊，2個短螺栓固定塑料舵機盤，再用短螺栓將舵機和舵機盤固定。

4.固定按鈕

用2個短螺栓將按鈕固定在手柄模塊上。

5.安裝語音合成模塊

用4個短螺栓將語音合成模塊固定在手柄模塊上，如圖3。

6.固定燈帶

通過膠槍將WS2812 RGB燈帶固定在手柄模塊上。

四、電路連接

把語音合成模塊、舵機和按鍵與掌控寶進行連接，連接方法如圖4。P1接舵機，P0接燈帶，P2和P5分別接按鍵1和按鍵2，I2C接語音合成模塊。

說明：語音合成模塊電路板上的開關一定要拔到I2C位置，否則無法播放語音;掌控寶與燈帶連接時，務必要按照燈帶箭頭方向連接;舵機旋轉的方向要和轉動板方向一致，保證故事場景顯示順序和舵機旋轉的方向一致。

五、程序編寫

打開Mind+ V1.6.6，連接設備COM46;在軟件左下角點擊擴展，主控板選擇添加掌控板，執行器添加0～180度舵機模塊，顯示器添加WS2812 RGB燈帶，用戶庫添加語音合成模塊。

編寫初始化程序，使得打開掌控板電源時，屏幕自動顯示“【Mind+】”“智能語音——”“小蝌蚪找媽媽”等文字。

設置初始相關變量p與light，初始舵機轉動角度設為5度，關閉掌控板LED;設置語音合成模塊的音量、語速、語調等屬性，然后導入小蝌蚪找媽媽故事第一部分的文字，讓其轉化為合成語音，如圖5。

編寫控制轉盤轉動程序，使得按動轉盤按鍵時，變量p自動加1，轉盤顯示不同的畫面，播放不同的聲音，播音結束后，關閉全部LED，如圖6;直到變量p等于5時，將相關參數初始化，重新播放初始語音，顯示初始畫面。

編寫控制轉盤燈帶程序，如圖7。然后保存項目，項目名設為“小蝌蚪找媽媽”，最后將程序上傳到掌控板。

六、小組展示

學生以小組為單位，由小組代表分享《小蝌蚪找媽媽》智能語音教具，小組組內學生自評、組與組互評，學生通過電子教室上交個人作業，教師給予評價和指導。

教學反思

通過基于Mind+的《小蝌蚪找媽媽》智能語音教具制作，學生了解了TTS技術，認識了語音合成的工作原理。本課例不僅綜合運用了開源硬件編程知識，還融合了數學、語文、美術等學科知識，既鍛煉了學生的邏輯思維，又培養了學生動手操作能力。（本課件由DF創客社區推薦）