康留元 河南省汝州市信息技術(shù)學(xué)科高級(jí)教師，全國中小學(xué)生創(chuàng)·造大賽裁判員，DF創(chuàng)客社區(qū)IoT物聯(lián)網(wǎng)版主，吳俊杰老師創(chuàng)客教育普惠課程掌控板mPython基礎(chǔ)課程合伙人。

項(xiàng)目背景

《小蝌蚪找媽媽》是部編版二年級(jí)語文上冊(cè)第一單元第一課的內(nèi)容，是一篇有趣的童話故事，向?qū)W生敘述了小蝌蚪變成青蛙的過程。本項(xiàng)目創(chuàng)意地將語文、數(shù)學(xué)、美術(shù)和信息技術(shù)相關(guān)知識(shí)融合在一起，設(shè)計(jì)出基于Mind+的《小蝌蚪找媽媽》智能語音教具，希望學(xué)生能學(xué)會(huì)從小獨(dú)立生活，遇事能主動(dòng)探索。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 了解語音合成的原理;掌握舵機(jī)和語音合成模塊的使用方法;熟悉程序中函數(shù)、變量的創(chuàng)建、調(diào)用方法。

過程與方法 通過觀察教具，掌握小蝌蚪變成青蛙的過程，培養(yǎng)觀察力和想象力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 體會(huì)小蝌蚪想找到媽媽、享受家庭溫暖的急切心情。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 確保語音模塊播放的內(nèi)容與舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的畫面一致。

教學(xué)難點(diǎn) 舵機(jī)安裝，教具加工。

教學(xué)準(zhǔn)備

掌控板、掌控寶、中英文語音合成模塊、DMS-MG90金屬9g舵機(jī)（1.8Kg）、WS2812 RGB 全彩燈帶（7燈珠）各1個(gè)，數(shù)字大按鈕模塊2個(gè)，椴木板、杜邦線、螺絲釘?shù)热舾伞?/p>

教學(xué)過程

一、情趣導(dǎo)入

教師出示《小蝌蚪找媽媽》的實(shí)物教具，學(xué)生觀察教具，聽課文朗讀，重溫小蝌蚪找媽媽的故事。

師：小蝌蚪獨(dú)立堅(jiān)強(qiáng)，勇于探索，最終找到了自己的媽媽。但是它們也有一個(gè)煩惱——聽故事的低年級(jí)學(xué)生對(duì)它們的變形經(jīng)歷不是很理解。于是，二年級(jí)的語文老師邀請(qǐng)我制作了這個(gè)智能語音教具，有了它，學(xué)生們對(duì)小蝌蚪變成青蛙的過程有了更形象的了解，學(xué)習(xí)的積極性大大提升。這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)制作這個(gè)教具，爭(zhēng)取能讓更多的人使用它。

二、知識(shí)講授

智能語音教具主要用到了語音合成（Text To Speech）技術(shù)，簡(jiǎn)稱TTS技術(shù)。它涉及聲學(xué)、語言學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、多媒體技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)，是中文信息處理領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿技術(shù)。語音合成是通過機(jī)械、電子的方法產(chǎn)生人造語音的技術(shù)，計(jì)算機(jī)將自己產(chǎn)生的或外部輸入的文字信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢月牰?、流利的漢語口語輸出的技術(shù)。

該教具使用中英文語音合成模塊，通過幾行簡(jiǎn)單的圖形代碼就可以讓教具自己開口說話，讓學(xué)習(xí)變得更形象、更容易。

三、動(dòng)手實(shí)踐

教師提前將設(shè)計(jì)教具的結(jié)構(gòu)件使用激光切割好，為了使外觀更加好看，材料采用椴木板，先在電腦上設(shè)計(jì)圖紙并用激光切割機(jī)進(jìn)行切割。

1.繪畫場(chǎng)景

學(xué)生在切割好的結(jié)構(gòu)件上繪畫五組場(chǎng)景，如圖1。左邊模塊為轉(zhuǎn)動(dòng)部分，固定舵臂;右邊模塊為固定部分，固定舵機(jī)。轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)帶動(dòng)舵臂，每轉(zhuǎn)動(dòng)45度，顯示一幅故事畫面。

2.安裝掌控板

將掌控板固定在椴木板相應(yīng)的位置，并用3顆螺絲將手柄模塊和掌控寶固定在一起，如圖2。

3.安裝舵機(jī)和舵盤

用2個(gè)長(zhǎng)螺栓固定手柄模塊，2個(gè)短螺栓固定塑料舵機(jī)盤，再用短螺栓將舵機(jī)和舵機(jī)盤固定。

4.固定按鈕

用2個(gè)短螺栓將按鈕固定在手柄模塊上。

5.安裝語音合成模塊

用4個(gè)短螺栓將語音合成模塊固定在手柄模塊上，如圖3。

6.固定燈帶

通過膠槍將WS2812 RGB燈帶固定在手柄模塊上。

四、電路連接

把語音合成模塊、舵機(jī)和按鍵與掌控寶進(jìn)行連接，連接方法如圖4。P1接舵機(jī)，P0接燈帶，P2和P5分別接按鍵1和按鍵2，I2C接語音合成模塊。

說明：語音合成模塊電路板上的開關(guān)一定要拔到I2C位置，否則無法播放語音;掌控寶與燈帶連接時(shí)，務(wù)必要按照燈帶箭頭方向連接;舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向要和轉(zhuǎn)動(dòng)板方向一致，保證故事場(chǎng)景顯示順序和舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向一致。

五、程序編寫

打開Mind+ V1.6.6，連接設(shè)備COM46;在軟件左下角點(diǎn)擊擴(kuò)展，主控板選擇添加掌控板，執(zhí)行器添加0～180度舵機(jī)模塊，顯示器添加WS2812 RGB燈帶，用戶庫添加語音合成模塊。

編寫初始化程序，使得打開掌控板電源時(shí)，屏幕自動(dòng)顯示“【Mind+】”“智能語音——”“小蝌蚪找媽媽”等文字。

設(shè)置初始相關(guān)變量p與light，初始舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度設(shè)為5度，關(guān)閉掌控板LED;設(shè)置語音合成模塊的音量、語速、語調(diào)等屬性，然后導(dǎo)入小蝌蚪找媽媽故事第一部分的文字，讓其轉(zhuǎn)化為合成語音，如圖5。

編寫控制轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)程序，使得按動(dòng)轉(zhuǎn)盤按鍵時(shí)，變量p自動(dòng)加1，轉(zhuǎn)盤顯示不同的畫面，播放不同的聲音，播音結(jié)束后，關(guān)閉全部LED，如圖6;直到變量p等于5時(shí)，將相關(guān)參數(shù)初始化，重新播放初始語音，顯示初始畫面。

編寫控制轉(zhuǎn)盤燈帶程序，如圖7。然后保存項(xiàng)目，項(xiàng)目名設(shè)為“小蝌蚪找媽媽”，最后將程序上傳到掌控板。

六、小組展示

學(xué)生以小組為單位，由小組代表分享《小蝌蚪找媽媽》智能語音教具，小組組內(nèi)學(xué)生自評(píng)、組與組互評(píng)，學(xué)生通過電子教室上交個(gè)人作業(yè)，教師給予評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。

教學(xué)反思

通過基于Mind+的《小蝌蚪找媽媽》智能語音教具制作，學(xué)生了解了TTS技術(shù)，認(rèn)識(shí)了語音合成的工作原理。本課例不僅綜合運(yùn)用了開源硬件編程知識(shí)，還融合了數(shù)學(xué)、語文、美術(shù)等學(xué)科知識(shí)，既鍛煉了學(xué)生的邏輯思維，又培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手操作能力。（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）