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2019-2020年蘇科版小學(xué)信息技術(shù)《第18課 學(xué)生機(jī) 器人跳舞》教案（選修） ［教學(xué)目的與要求］ 1.認(rèn)識(shí)伺服電機(jī)，了解伺服電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)。 2.了解伺服電機(jī)的工作原理。 3.學(xué)會(huì)編寫控制伺服電機(jī)的程序。 4.以學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)為主，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、探索精神。 5.讓學(xué)生在解決問題的過程中體會(huì)成功的快樂。 6.利用所學(xué)的機(jī)器人知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用問題。 ［課時(shí)安排］ 建議安排1課時(shí)。 ［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］ 1.重點(diǎn)：學(xué)會(huì)編寫控制伺服電機(jī)的程序。 2.難點(diǎn)：計(jì)數(shù)循環(huán)控件的設(shè)置，學(xué)會(huì)編寫控制伺服電機(jī)的程序。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課的重點(diǎn)是學(xué)習(xí)機(jī)器人的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角設(shè)置?？梢韵茸寣W(xué)生觀察伺服電機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生了解伺服電機(jī)的工作原理，并比較與直流電機(jī)有什么不同之處。 本課介紹了計(jì)數(shù)循環(huán)控件，教師要向?qū)W生講解計(jì)數(shù)循環(huán)控件的作用，并提醒學(xué)生注意它有兩個(gè)圖標(biāo)，中間的程序會(huì)按照計(jì)數(shù)循環(huán)控件設(shè)置的次數(shù)重復(fù)執(zhí)行。伺服電機(jī)是按照角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的，最大的值為180度。 在新授內(nèi)容之后，可以安排學(xué)生將前面所學(xué)的直流電機(jī)知識(shí)結(jié)合起來，讓學(xué)生編寫邊行走邊跳舞的機(jī)器人程序。 2．教學(xué)方法指導(dǎo) 本課可以采用自主學(xué)習(xí)探究法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)。 ［參考資料］ 伺服電機(jī)是一種能根據(jù)指令到達(dá)特定位置的專用電機(jī)。伺服電機(jī)由一個(gè)直流電機(jī)、一個(gè)齒輪減速單元、一個(gè)軸位置傳感器和一套控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電路組成?！八欧币辉~本身是指系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)其行為能力，也就是說，系統(tǒng)在響應(yīng)控制信號(hào)時(shí)，能夠檢測自身位置并補(bǔ)償外加的負(fù)載。 伺服電機(jī) 伺服電機(jī)主要用在定位控制方面，因此它們輸出軸的行程往往限制在180左右。伺服電機(jī)的輸入信號(hào)是控制輸出軸到達(dá)期望角位移的一串波形。伺服電路的功能是測量當(dāng)前位置并確定它與期望位置的差異。如果有差異存在，伺服電路就會(huì)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)使輸出軸達(dá)到期望位置。下圖所示為伺服電機(jī)的工作原理。 伺服電機(jī)工作原理圖 伺服電機(jī)接收一個(gè)代表輸出軸期望位置的輸入信號(hào)。伺服控制電路將輸入信號(hào)與代表輸出軸實(shí)際位置的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，并得到一個(gè)“誤差”信號(hào)去控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)。伺服電機(jī)上都有一個(gè)內(nèi)置的齒輪減速器，它的輸出才是電機(jī)的最終輸出。位置傳感器返回代表實(shí)際位置的反饋信號(hào)。 伺服控制信號(hào) 我們的伺服電機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)的三線接口，包括電源線、地線和控制線。控制線采用PWM機(jī)制對位置信號(hào)進(jìn)行編碼。伺服PWM不同于DC齒輪減速電機(jī)的速度控制PWM。在速度控制PWM方法中，占空比（即“ON時(shí)間”所占的百分比）決定了電機(jī)的速度。而在伺服PWM機(jī)制中，脈寬的寬度只代表一個(gè)特定的控制值。 下圖所示為三種控制伺服電機(jī)的PWM波形。波形寬度范圍從920us到2120us不等。每種脈沖的時(shí)間寬度對應(yīng)于伺服電機(jī)將要達(dá)到的特定角位移。例如，中間波形的脈沖寬度為1520us，它代表伺服電機(jī)行程范圍的中間位置。 伺服電機(jī)脈沖寬度定位波形 正脈沖的寬度決定了伺服電機(jī)的期望位置。對于我們使用的伺服電機(jī)有效的脈沖寬度范圍從920us到2120us，行程中間位置對應(yīng)的脈沖寬度為1520us。 附送： 2019-2020年蘇科版小學(xué)信息技術(shù)《第19課 學(xué)生機(jī) 器人比賽》教案（選修） ［教學(xué)目的與要求］ 1.了解沿線追蹤比賽的規(guī)則。 2.了解灰度傳感器的工作原理。 3.學(xué)會(huì)在系統(tǒng)設(shè)置中添加灰度傳感器，學(xué)會(huì)設(shè)置灰度傳感器。 4.學(xué)會(huì)設(shè)置單分支控制控件。 5.以自主探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的方式，掌握編寫機(jī)器人沿軌跡線行走的程序。 6．逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、探索精神。 7.讓學(xué)生在解決問題的過程中體會(huì)成功的快樂。 8.利用所學(xué)的機(jī)器人知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用問題。 ［課時(shí)安排］ 建議安排1課時(shí)。 ［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］ 學(xué)會(huì)在系統(tǒng)設(shè)置中添加灰度傳感器，學(xué)會(huì)設(shè)置灰度傳感器，學(xué)會(huì)編程機(jī)器人沿軌跡線行走的程序，學(xué)會(huì)設(shè)置單分支控制控件。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課涉的內(nèi)容較多，難度較深，是一節(jié)綜合性較強(qiáng)的課。首先讓學(xué)生了解灰度傳感器的工作原理，進(jìn)而設(shè)計(jì)沿軌跡線行走的程序。讓學(xué)生明白機(jī)器人是怎樣知道自己是往左偏還是往右的偏的。當(dāng)機(jī)器人偏左或偏右時(shí)，提醒學(xué)生解決的方法是控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)彎程序。機(jī)器人在運(yùn)行過程中由于慣性會(huì)沖出軌跡線，在程序中設(shè)置變量max來標(biāo)志機(jī)器人是從左偏出還是從右偏出，然后強(qiáng)行讓機(jī)器人左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎。 可以通過學(xué)生合作學(xué)習(xí)的方法，一起來討論機(jī)器人在沿軌跡線行走時(shí)遇到問題的解決方案。在調(diào)試的過程中，讓學(xué)生明白相同的程序?qū)τ诓煌臋C(jī)器人，其執(zhí)行的過程也不一樣，要調(diào)試出符合自己需要的機(jī)器人程序。 教材中對“編寫程序”中的第二步“測量場地和軌跡線的感光值”只是一筆帶過，教師應(yīng)說明測量場地和軌跡線的感光值的作用，并演示如何進(jìn)行測量，使學(xué)生對于本課知識(shí)有更系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。 2、教學(xué)方法指導(dǎo) 本課可以采用自主探究法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法組織教學(xué)。 ［參考資料］ 灰度傳感器主要用來檢測地面的顏色深淺，根據(jù)光敏電阻對不同顏色的檢測面對光的反射程度不同則其阻值變化的原理進(jìn)行檢測。它由一只發(fā)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(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出光照射在檢測面上，通過檢測面反射回來，落在光敏二極管上，由于照射在它上面的光線強(qiáng)弱的影響，在反射光線很弱（即檢測面為深色）時(shí)，光敏二極管的阻值很大，一般為幾KΩ～幾百KΩ；在反射光線很強(qiáng)（即檢測面顏色很淺）幾乎全部反射時(shí)，光敏二極管的阻值很小，一般為幾十Ω。 注意事項(xiàng)： 外界光線的強(qiáng)弱對灰度傳感器的影響非常大，會(huì)直接影響到檢測效果，因此要注意避免外界光的干擾。 反射面的材質(zhì)不同也會(huì)引起返回值的差異。 測量的準(zhǔn)確性與傳感器到發(fā)射面的距離是有直接關(guān)系的。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體的震蕩同樣會(huì)影響其測量精度。