基于Mind+智能语音教具创意设计—— 以《小蝌蚪找妈妈》为例
2021-07-23康留元
康留元 河南省汝州市信息技术学科高级教师，全国中小学生创·造大赛裁判员，DF创客社区IoT物联网版主，吴俊杰老师创客教育普惠课程掌控板mPython基础课程合伙人。
项目背景
《小蝌蚪找妈妈》是部编版二年级语文上册第一单元第一课的内容，是一篇有趣的童话故事，向学生叙述了小蝌蚪变成青蛙的过程。本项目创意地将语文、数学、美术和信息技术相关知识融合在一起，设计出基于Mind+的《小蝌蚪找妈妈》智能语音教具，希望学生能学会从小独立生活，遇事能主动探索。
教学目标
知识与技能 了解语音合成的原理;掌握舵机和语音合成模块的使用方法;熟悉程序中函数、变量的创建、调用方法。
过程与方法 通过观察教具，掌握小蝌蚪变成青蛙的过程，培养观察力和想象力。
情感态度与价值观 体会小蝌蚪想找到妈妈、享受家庭温暖的急切心情。
教学重点与难点
教学重点 确保语音模块播放的内容与舵机转动的画面一致。
教学难点 舵机安装，教具加工。
教学准备
掌控板、掌控宝、中英文语音合成模块、DMS-MG90金属9g舵机（1.8Kg）、WS2812 RGB 全彩灯带（7灯珠）各1个，数字大按钮模块2个，椴木板、杜邦线、螺丝钉等若干。
教学过程
一、情趣导入
教师出示《小蝌蚪找妈妈》的实物教具，学生观察教具，听课文朗读，重温小蝌蚪找妈妈的故事。
师：小蝌蚪独立坚强，勇于探索，最终找到了自己的妈妈。但是它们也有一个烦恼——听故事的低年级学生对它们的变形经历不是很理解。于是，二年级的语文老师邀请我制作了这个智能语音教具，有了它，学生们对小蝌蚪变成青蛙的过程有了更形象的了解，学习的积极性大大提升。这节课我们就来学习制作这个教具，争取能让更多的人使用它。
二、知识讲授
智能语音教具主要用到了语音合成（Text To Speech）技术，简称TTS技术。它涉及声学、语言学、数字信号处理技术、多媒体技术等多种学科技术，是中文信息处理领域的一项前沿技术。语音合成是通过机械、电子的方法产生人造语音的技术，计算机将自己产生的或外部输入的文字信息转变为可以听懂的、流利的汉语口语输出的技术。
该教具使用中英文语音合成模块，通过几行简单的图形代码就可以让教具自己开口说话，让学习变得更形象、更容易。
三、动手实践
教师提前将设计教具的结构件使用激光切割好，为了使外观更加好看，材料采用椴木板，先在电脑上设计图纸并用激光切割机进行切割。
1.绘画场景
学生在切割好的结构件上绘画五组场景，如图1。左边模块为转动部分，固定舵臂;右边模块为固定部分，固定舵机。转动舵机带动舵臂，每转动45度，显示一幅故事画面。
2.安装掌控板
将掌控板固定在椴木板相应的位置，并用3颗螺丝将手柄模块和掌控宝固定在一起，如图2。
3.安装舵机和舵盘
用2个长螺栓固定手柄模块，2个短螺栓固定塑料舵机盘，再用短螺栓将舵机和舵机盘固定。
4.固定按钮
用2个短螺栓将按钮固定在手柄模块上。
5.安装语音合成模块
用4个短螺栓将语音合成模块固定在手柄模块上，如图3。
6.固定灯带
通过胶枪将WS2812 RGB灯带固定在手柄模块上。
四、电路连接
把语音合成模块、舵机和按键与掌控宝进行连接，连接方法如图4。P1接舵机，P0接灯带，P2和P5分别接按键1和按键2，I2C接语音合成模块。
說明：语音合成模块电路板上的开关一定要拔到I2C位置，否则无法播放语音;掌控宝与灯带连接时，务必要按照灯带箭头方向连接;舵机旋转的方向要和转动板方向一致，保证故事场景显示顺序和舵机旋转的方向一致。
五、程序编写
打开Mind+ V1.6.6，连接设备COM46;在软件左下角点击扩展，主控板选择添加掌控板，执行器添加0～180度舵机模块，显示器添加WS2812 RGB灯带，用户库添加语音合成模块。
编写初始化程序，使得打开掌控板电源时，屏幕自动显示“【Mind+】”“智能语音——”“小蝌蚪找妈妈”等文字。
设置初始相关变量p与light，初始舵机转动角度设为5度，关闭掌控板LED;设置语音合成模块的音量、语速、语调等属性，然后导入小蝌蚪找妈妈故事第一部分的文字，让其转化为合成语音，如图5。
编写控制转盘转动程序，使得按动转盘按键时，变量p自动加1，转盘显示不同的画面，播放不同的声音，播音结束后，关闭全部LED，如图6;直到变量p等于5时，将相关参数初始化，重新播放初始语音，显示初始画面。
编写控制转盘灯带程序，如图7。然后保存项目，项目名设为“小蝌蚪找妈妈”，最后将程序上传到掌控板。
六、小组展示
学生以小组为单位，由小组代表分享《小蝌蚪找妈妈》智能语音教具，小组组内学生自评、组与组互评，学生通过电子教室上交个人作业，教师给予评价和指导。
教学反思
通过基于Mind+的《小蝌蚪找妈妈》智能语音教具制作，学生了解了TTS技术，认识了语音合成的工作原理。本课例不仅综合运用了开源硬件编程知识，还融合了数学、语文、美术等学科知识，既锻炼了学生的逻辑思维，又培养了学生动手操作能力。（本课件由DF创客社区推荐）
