基于arduino的通用技术课堂教学案例与反思

张晶

基于arduino为载体的楼道声光控灯控制系统和自动水箱水位控制系统两个教学实例是常见的一种生活应用，对这两个实例的探究可以帮助学生更好地理解控制系统的组成与一般的工作过程。

课题：控制系统的基本组成与工作过程

问题引入

楼道声光控制灯控制系统以及自动水箱水位注水控制系统是机器人很常见很典型的一种自动化的生活应用，通过对这两个控制事例的探究可以帮助我们的学生更好地认识控制系统的组成与工作过程，所以本节课以arduino为基本的载体，通过对控制系统的设计，来认识控制系统的组成和工作过程，实现本课的教学目标。

硬件搭建

楼道声光控灯

1.硬件：声传感器、光传感器、arduino开发套件、电脑、导线若干、led灯。

2.方案设计

水箱水位控制系统

1.硬件：水位检测传感器、arduino开发套件、电脑、导线若干、水箱、报警灯。

2.方案设计

X1水位传感器检知水位，y9输出水泵上水。水位到达时，y9无输出，停止注水。该传感器总共有三个引脚，分别是GND、VCC和模拟信号输出引脚。为测试模拟信号输出引脚的输出范围，采用下列测试代码向串口中输入值。

水位传感器没有插入到水中时，输出值为0，随着水位传感器逐渐没入水中，模拟引脚的值越来越大，当完全没入水中时，输出值最大为670左右，然后逐渐拔出水位传感器，模拟引脚的值随之减小。但是当水位传感器完全拔出来后，输出值没有为0，这时水位传感器的表面还有水，会影响模拟引脚的输出值。用干纸巾擦干水位传感器的表面后，模拟引脚的输出值变为0。

教学实践

熟悉器材

动手体验

以小组为单位，按照以上的方案设计方法连接硬件，小组内进行调试安装。

自主探究

探究一：楼道声光控灯是如何实现自动控制的？

教师进行演示。

请同学们说出各部位名称，每个部位起到怎样的作用。尝试用系统框图表达，并讨论一下楼道声光控灯的工作过程。

探究二：水箱是如何实现自动注水的？

教师进行演示。

同学们互相讨论一下這个水箱自动控制系统的工作过程，请尝试着用系统框图来描述。

教师：引导学生归纳出水箱水位控制系统框图，重点推导信息反馈和比较环节的框图表达。

问题：

1.水位传感器起着怎样的作用？

2.该水箱水位自动控制系统具体有哪些组成部分？

3.该自动控制系统框图与前面的楼道灯控制系统框图有什么不一样的地方？比较它们的系统框图得出结论。

4.课堂小结。

5.知识迁移与课外延伸。

将光控窗帘改装成手控窗帘，演示手控窗帘的整个工作过程。

教师：课后回去探讨刚才演示的手控窗帘的一般工作过程，并画出它的系统框图。分析手控窗帘和光控窗帘，哪一种使用起来更方便？什么是自动控制？几位同学组成一个小组来合作设计一套比教师做得更好的窗帘。

教学反思

在整个教学过程中，我始终把开环控制系统和闭环控制系统的理解以及它们之间的区别作为重点，把难点放在闭环控制系统的一般工作过程，由于借助arduino作为技术探究的载体，这个难点在形象化的演示实例中得到了相当好的突破。在对控制系统的工作过程的分析中，教师采用了“逆推法”分析，更加符合设计和组成系统的思路，从教学的实际来看，有利于学生对控制系统工作过程的理解和接受。通过本节课的学习，我深刻地体会到借助Arduino为载体可以制作许多丰富的作品，把它应用于通用技术课堂，并作为技术探究的载体具有非常实用的价值。