基于arduino的通用技術課堂教學案例與反思

張晶

基于arduino為載體的樓道聲光控燈控制系統和自動水箱水位控制系統兩個教學實例是常見的一種生活應用，對這兩個實例的探究可以幫助學生更好地理解控制系統的組成與一般的工作過程。

課題：控制系統的基本組成與工作過程

問題引入

樓道聲光控制燈控制系統以及自動水箱水位注水控制系統是機器人很常見很典型的一種自動化的生活應用，通過對這兩個控制事例的探究可以幫助我們的學生更好地認識控制系統的組成與工作過程，所以本節課以arduino為基本的載體，通過對控制系統的設計，來認識控制系統的組成和工作過程，實現本課的教學目標。

硬件搭建

樓道聲光控燈

1.硬件：聲傳感器、光傳感器、arduino開發套件、電腦、導線若干、led燈。

2.方案設計

水箱水位控制系統

1.硬件：水位檢測傳感器、arduino開發套件、電腦、導線若干、水箱、報警燈。

2.方案設計

X1水位傳感器檢知水位，y9輸出水泵上水。水位到達時，y9無輸出，停止注水。該傳感器總共有三個引腳，分別是GND、VCC和模擬信號輸出引腳。為測試模擬信號輸出引腳的輸出范圍，采用下列測試代碼向串口中輸入值。

水位傳感器沒有插入到水中時，輸出值為0，隨著水位傳感器逐漸沒入水中，模擬引腳的值越來越大，當完全沒入水中時，輸出值最大為670左右，然后逐漸拔出水位傳感器，模擬引腳的值隨之減小。但是當水位傳感器完全拔出來后，輸出值沒有為0，這時水位傳感器的表面還有水，會影響模擬引腳的輸出值。用干紙巾擦干水位傳感器的表面后，模擬引腳的輸出值變為0。

教學實踐

熟悉器材

動手體驗

以小組為單位，按照以上的方案設計方法連接硬件，小組內進行調試安裝。

自主探究

探究一：樓道聲光控燈是如何實現自動控制的？

教師進行演示。

請同學們說出各部位名稱，每個部位起到怎樣的作用。嘗試用系統框圖表達，并討論一下樓道聲光控燈的工作過程。

探究二：水箱是如何實現自動注水的？

教師進行演示。

同學們互相討論一下這個水箱自動控制系統的工作過程，請嘗試著用系統框圖來描述。

教師：引導學生歸納出水箱水位控制系統框圖，重點推導信息反饋和比較環節的框圖表達。

問題：

1.水位傳感器起著怎樣的作用？

2.該水箱水位自動控制系統具體有哪些組成部分？

3.該自動控制系統框圖與前面的樓道燈控制系統框圖有什么不一樣的地方？比較它們的系統框圖得出結論。

4.課堂小結。

5.知識遷移與課外延伸。

將光控窗簾改裝成手控窗簾，演示手控窗簾的整個工作過程。

教師：課后回去探討剛才演示的手控窗簾的一般工作過程，并畫出它的系統框圖。分析手控窗簾和光控窗簾，哪一種使用起來更方便？什么是自動控制？幾位同學組成一個小組來合作設計一套比教師做得更好的窗簾。

教學反思

在整個教學過程中，我始終把開環控制系統和閉環控制系統的理解以及它們之間的區別作為重點，把難點放在閉環控制系統的一般工作過程，由于借助arduino作為技術探究的載體，這個難點在形象化的演示實例中得到了相當好的突破。在對控制系統的工作過程的分析中，教師采用了“逆推法”分析，更加符合設計和組成系統的思路，從教學的實際來看，有利于學生對控制系統工作過程的理解和接受。通過本節課的學習，我深刻地體會到借助Arduino為載體可以制作許多豐富的作品，把它應用于通用技術課堂，并作為技術探究的載體具有非常實用的價值。