空中機器人創意制造系列課程

莊建東 浙江省嘉興市秀洲區印通小學信息技術教師，信息技術教研組組長。2019年加入校第一夢想團隊，主要負責創客教育和編程無人機拓展課教學。

教學背景

本課程適合小學拓展課開展活動時使用，適合的教學對象為四年級以上有一定動手能力的學生。使用Mind+圖形化編程軟件，以大疆RoboMaster TT教育無人機和DFRobot旗下出品的為搭配RoboMaster TT而開發的傳感器套件為學習基礎設備。通過對空中機器人——TT教育無人機飛行原理和搭載的ESP32開源硬件的學習，讓學生學會設計和制作自己的空中機器人。

本節課是空中機器人創意制造系列課程的移動交通指揮員項目制作。學生前面已經學習了無人機的連接和飛行操作，可以實現無人機的飛行，本課通過項目式學習設計自己的機器人，實現移動指揮交通的功能。

教學目標

知識與技能 了解板載執行器，學會點亮LED小燈。

過程與方法 合作探究，查閱資料，熟悉板載執行器及LED小燈的使用。

情感態度與價值觀 通過點亮LED小燈，了解TT教育無人機更多的擴展功能，頭腦風暴出更多的空中機器人應用的創意。

教學重點與難點

教學重點 連接執行器，學會點亮LED小燈。

教學難點 了解執行器，學會控制LED小燈。

教學準備

教學環境 多媒體教室、電子白板。

資源準備 Mind+軟件、RoboMaster TT，查找搜集生活中有關交通燈的例子（包括圖片、視頻等資料）。

其他準備 提前將學生分好小組，3～5人為一個小組，方便學生內部進行討論。

教學策略 以項目式學習為主，小組合作完成項目任務。

教學過程

一、情景導入

師：同學們，前面我們已經學習了無人機飛行的基本方法，今天請大家發揮創客精神，將無人機改造成空中機器人。很多同學之前問老師，無人機上自帶的控制設備怎么用，其實這就是無人機的板載執行器。接下來幾節課，我們一起開動腦筋，讓無人機發揮出更多的功能。今天，我們先用這些設備來制作一個可移動的交通指揮員。

板書：移動交通指揮員。

二、認識板載執行器

師：同學們已經學習了一段時間如何使用TT無人機，能很好地控制無人機的飛行。但其實TT無人機還有很多功能，譬如我們可以通過Mind+軟件對RMTT擴展模塊編程，讓無人機實現亮燈、測距等功能。

RMTT擴展模塊集成了ESP32模塊，可以連接很多擴展的電子元件，讓無人機具有更強大的功能。RMTT擴展模塊連接了LED小燈、測距點陣屏等電子元件。

師：我們先來看LED小燈元件，它是RMTT擴展模塊自帶的彩色LED小燈，可以作為信號輸出使用。如果想要點亮LED小燈，需要先連接擴展模塊，安裝驅動。從電腦端打開Mind+軟件，點擊“連接設備”—“一鍵安裝串口驅動”，如圖1，跟隨設備驅動程序安裝向導完成串口驅動程序的安裝。

TT無人機主要通過Micro USB接口提供充電和多種信號連接。當電腦端Mind+軟件顯示出串口信息，說明連接完成，然后就可以對RMTT擴展模塊進行編程。

教學小貼士：了解RMTT擴展模塊，學習連接擴展模塊。學生需要熟練掌握，方便以后測試、修改調試程序。

三、點亮LED小燈

師：同學們，連接好了擴展模塊，接下來我們就可以編寫程序讓無人機的小燈亮起來。首先添加點亮小燈積木塊，如圖2。

然后測試小燈，修改小燈的顏色，如圖3。

教學小貼士：由簡單到復雜，從點亮無人機小燈開始，提升學生的信心。

四、點亮紅綠燈

師：剛剛老師收到了一個緊急的任務，學校路口的交通信號燈突然壞了，想讓我們的無人機幫忙指揮交通，所以大家要設計一個能指揮交通的紅綠燈。剛才我們已經學會了如何點亮無人機小燈，現在只要我們能設計出紅黃綠三種顏色的燈，然后讓其反復地按時循環點亮，就算做成了一個最簡單的紅綠燈。

學生動手嘗試編寫簡易紅綠燈依次亮燈的程序，并設置等待時間，如圖4。程序完成后，測試簡易紅綠燈的運行效果。

教學小貼士：學生動手實踐，觀察生活中的紅綠燈，設計出一個符合實際的紅綠燈。

五、制作移動交通指揮機器人

師：設計好了紅綠燈，接下來我們可以給無人機設計一個飛行路線，讓無人機充當移動交通指揮員。待無人機飛到指定地點后，開啟紅綠燈指揮交通，等指揮完畢后，返回基地。

教師引導學生思考：來回飛行路線是否可以參考以前所學習的無人機飛行路線。

學生設計編寫無人機飛行代碼并測試，如圖5。

六、課堂小結與拓展

師：本節課我們從最簡單的點亮小燈開始，設計一個能解決生活中實際問題的飛行機器人。雖然我們制作的飛行機器人還有可能遇到其他問題，但是通過一步步發現問題、思考與分析、修改調試與完善，慢慢地我們就能提高與成長，從而做出更好的作品。

學生課后根據自己的創意優化紅綠燈，例如添加報警器、測速等功能。

七、評價與交流

在最后評價中，分別以小組評價和活動評價的多個維度來評價學生活動開展情況，從而觀察記錄學生的成長過程。

教學反思

本節課是TT無人機教學擴展的第一節課，學生要學會安裝驅動、連接擴展板和使用Mind+上傳模式。這些基礎操作是學生日后自學的前提，學會了安裝和連接，學生就可以在家自己操作實驗，因此非常重要。

在教學過程中，以無人機的LED小燈為突破口，以交通信號燈為主題，讓學生從最基礎的點亮LED小燈開始學習，內容上比較簡單，學生獲得了足夠的自信心。同時又以生活中的問題為引，鍛煉學生解決實際問題的能力。生活中的交通燈壞了怎么辦？臨時信號燈怎么協調？教學中教師讓學生觀察生活實際，了解飛行機器人的使用環境。當然在最后學生可能還會提出問題：路口的交通信號燈一般是四個方向協調運作，單個飛行機器人可能沒辦法指揮一個十字路口。這就需要教師和學生共同拓展探究如何解決，這種問題的思考有益于培養學生探究能力和創新精神。在最后評價過程中，以多種評價方式來反饋學生的學習思考過程和成長過程，激發了學生的學習興趣，也幫助教師改進和檢驗自己的教學。

（本課件由DF創客社區推薦）