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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(xiě)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(wèn)題的過(guò)程中體會(huì)成功的快樂(lè)。 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(wèn)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(xiě)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(xiě)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。可以先讓學(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(lái)，讓學(xué)生編寫(xiě)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(zhuān)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(shuō)，系統(tǒng)在響應(yīng)控制信號(hào)時(shí)，能夠檢測(cè)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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(xiě)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(wèn)題的過(guò)程中體會(huì)成功的快樂(lè)。 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(wèn)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(guò)程中由于慣性會(huì)沖出軌跡線，在程序中設(shè)置變量max來(lái)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(guò)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的方法，一起來(lái)討論機(jī)器人在沿軌跡線行走時(shí)遇到問(wèn)題的解決方案。在調(diào)試的過(guò)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(guò)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(duì)“編寫(xiě)程序”中的第二步“測(cè)量場(chǎng)地和軌跡線的感光值”只是一筆帶過(guò)，教師應(yīng)說(shuō)明測(cè)量場(chǎng)地和軌跡線的感光值的作用，并演示如何進(jìn)行測(cè)量，使學(xué)生對(duì)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(lái)檢測(cè)地面的顏色深淺，根據(jù)光敏電阻對(duì)不同顏色的檢測(cè)面對(duì)光的反射程度不同則其阻值變化的原理進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出光照射在檢測(cè)面上，通過(guò)檢測(cè)面反射回來(lái)，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(cè)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(cè)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(duì)灰度傳感器的影響非常大，會(huì)直接影響到檢測(cè)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(cè)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(cè)量精度。