舵机的应用

曾祥潘

个性化课程是广州市白云区景泰小学开设的校本特色课程系列，课程由各授课教师根据个人专长设计，每周一节，学生可按自己的兴趣选修喜欢的课程。《智造机器人》是个性化课程中的一门，参加学习的学生分布在四至六年级，共30人。本课是《智造机器人》课程第六节内容，主要让学生初步了解舵机的内部结构、掌握舵机连接到控制板的方法、利用S4A编写舵机控制程序以及制作舵机应用项目。对于小学四至六年级的学生来说，在一节课的时间内掌握这么多内容是很困难的，因此本课侧重于对舵机运行方式的理解以及连接方法的掌握。

● 教学目标

知识与技能目标：初步了解舵机的内容结构与运转方式；掌握舵机与Arduino主控板的连接方法；能够使用S4A编写程序控制舵机的旋转角度。

过程与方法目标：通过观察舵机和观看图片初步认识舵机的结构及运转方式；亲历舵机的安装及S4A程序编写掌握舵机的使用方法。

情感态度与价值观目标：通过观察示范，动手实践，养成认真观察、细心操作的良好习惯；通过思考与探究，培养问题解决的探究意识和实践验证的习惯。

● 教学重、难点

重点：舵机的连接方法、编写程序控制舵机的运转。

难点：舵机的连接方法。

● 教学过程

1.情境引入

师：（播放“六足机器人”的视频）请注意观察机器人足部的运动方式。

学生对六足机器人十分感兴趣，认真观察了机器人的运动视频。

师：六足机器人使用舵机来控制每个足的关节运动，猜猜机器人身上安装了多少个舵机。

学生有的在数、有的在讨论舵机的数量。

师：六足机器人安装了十八个舵机，舵机在机器人和模型方面应用广泛，今天我们一起来学习舵机的应用。

设计意图：通过视频资料激发学生学习兴趣。

2.初识舵机

（1）舵机外观及内部结构

师：（拿出零件盒里的舵机）观察舵机，说一说舵机外部有什么，内部又有什么。

学生观察舵机，说出所看到的内容。

教师展示舵机外观及内部结构图，简单介绍舵机的内部结构。强调不要用手拧舵盘，避免损坏舵机内部齿轮。

设计意图：通过观察舵机实物和结构图，初步认识舵机的结构。

（2）舵机的连接方式

师：舵机怎样连接到Arduino控制板上呢？我们先观察舵机的连接线。三根线中的黑色（棕色）线是GND，红色线是5V，黄色线是控制信号输入（展示舵机连接图，如图1）。

学生按照图1用杜邦线把舵机连接到Arduino主控板。

教师巡堂指导学生连线，学生小组互相检查连线正确与否。确认连线正确后再插入USB线。

设计意图：舵机连接Arduino主控板的操作十分重要。如果连接错误，轻则舵机不受控制，严重的会造成舵机、Arduino主控板烧毁。使用对照图示连线的方式可以降低操作难度。同时，利用小组成员互助，让动手能力强的学生帮助其他学生完成连线任务，确保连线正确。

（3）舵机的控制

师：舵机连好线后，怎样控制舵机的运转呢？我们需要使用S4A的motor_angle积木块，如图2所示。建立脚本，在motor_angle数值框里分别输入0和180。运行脚本，观察舵机的运转位置。如果数值大于180舵机会怎样转动？

学生尝试输入控制数值，观察舵机的运转，小组交流。

教师小结：舵机旋转角度范围是0至180度。

设计意图：让学生通过自主探究的方式了解舵机旋转范围，有利于学生掌握motor_angle积木块的使用以及认识舵机旋转位置与角度的关系。

3.运用舵机

师：经过刚才的学习，我们懂得了怎样控制舵机的运转。现在我们用舵机来做一个小作品，想一想可以做些什么呢。

学生小组内讨论，推荐交流。点子有：开关门、窗控制器，空调送风方向调整页，车库收费栅栏，自动书本翻页器等。

师：大家的想法非常好，车库收费栅栏这个点子我们现在可以试着做一做。大家想一想，做一个栅栏除了舵机外还要准备什么材料，怎样安装？

小组讨论交流，最后形成类似的栅栏样式（如下页图3）。

师：我们要编写脚本控制栅栏的开和关，可以使用键盘按键控制。编写脚本时要考虑几个问题：①栅栏的开、关两个状态对应motor_angle积木块的数值是多少？②准备用哪个键盘按键控制栅栏的开、关？哪个积木块可以检测按键？③检测按键的积木块和motor_angle积木块怎样配对组合？

学生思考问题，小组交流，完成脚本编写。形成的脚本如图4所示。

设计意图：通过谈话激发学生的创新思维。在制作栅栏任务中，通过分析任务，为学生搭建解决问题的框架。帮助学生逐步养成解决问题的能力。

4.课堂总结

师：今天我们认识了舵机，知道舵机的连接方法，还能够编写脚本控制舵机，最后还用舵机做了一个电动栅栏。下面几个问题你能够回答吗？①舵机的三根连线黑色、红色、黄色分别接到Arduino的哪个插孔？②舵机的舵盘旋转角度范围是多少？③如果舵机不会转，应该检查什么？

设计意图：教师通过问题引导学生回顾本课所学知识。

● 教学反思

本课的教学目的明确。教学主线：“认识舵机→连接舵机→控制舵机→运用舵机”环环相扣、层层深入。教学手段较丰富，既有传统的讲授，又有探究活动，学生有独立思考操作，也有小组互助学习。

从课堂表现来看，学生的学习兴趣十分浓厚，学习劲头足，思维活跃，自始至终投入最大的注意力到学习中来。观课教师对S4A课程也产生浓厚的兴趣，认为该课程有利于培养学生的动手实践能力和创新精神。

但也有教师认为以常态课堂的40分钟不利于此类动手装配与发展问题探究思维并存的课程，建议尽可能增加每节课的时长至50至60分钟左右。endprint