资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
信息技术《抽奖盒子——控制舵机》教学设计
课题 《抽奖盒子——控制舵机》 单元 四单元 学科 信息技术 年级 八年级
教材分析 《抽奖盒子——控制舵机》这一主题活动来自学生对“舵机”的认识和学习，了解转盘的制作是通过对“舵机”的控制来实现的。掌握了使用开源软件制作“大转盘”，这对于提高学生知识技能有很大帮助，同时也提高了学生的动手实践能力。
学习目标 1.信息意识：建立将“舵机”转向制作“大转盘”的方法应用到学习中的意识；2.计算思维：培养使用数学方法解决“转盘”转角度数变化的思维方式；3.数字化学习与创新：认识数字化学习环境的优势和局限，适应数字化学习环境，养成相应的学习习惯；4.信息社会责任：在信息社会学习中，尊重他人，提高自己的道德文化素养。
重点 掌握使用开源软件制作“大转盘”抽奖游戏
难点 学习和掌握“舵机”的含义与制作
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 导入：师：同学们有在超市里玩过大转盘游戏吗？转盘的中奖区是怎么分布的？一起说说。 学生思考并回答问题 有问题引出今天的学习内容
讲授新课 学习任务在班会活动或学校联欢会中，为烘托氛围，经常有抽奖环书。作为一个小创客，请你利用手中的器材为活动设计制作一个抽奖盒子。基本要求：假设共有三个类别的奖品，按一下按钮，指针能够随机转到某种类别的奖品位置。任务分析日常生活中我们经常使用的抓阄、抽签等方法就是简单随机问题处理方法。用户在注册一些网上的应用时也会遇到随机生成验证码的情况，这与本节的任务是类似的，都是随机问题。要模拟随机，先要能产随机数，让随机数与奖品对应；其次是控制指针指向该随机数所代表的奖品位置。因此，本节要解决的关键问题有两个：一是如何产生随机数，二是如何控制指针移动。研究开源硬件Arduino控制板会发现，它提供了一个随机数产生器，可随机生成一个数值，生成的随机数取值范围是在随机数产生器中通过最小值和最大值来设定的。拓展延伸随机验证码1.随机字符串生成器：可以使用随机字符串生成器来生成包含数字和字母的随机字符串。这些字符串可以作为短信验证码使用。常见的字符串生成器包括Python中的random模块和Java中的Secure Random类。2.哈希函数：可以将当前时间戳和一个随机的字符串进行哈希运算，生成一个随机数。这个随机数可以作为短信验证码使用。这种方法可以防止黑客通过猜测算法来生成验证码。在开源硬件Arduino套件中，要实现运行时使指针在规定的范围内随机转动，指向随机的奖品类别，我们需思考：是通过控制马达的正转、反转和停止使指针旋转，还是使用舵机控制其旋转角度来实现。需要进一步分析的是，对于马达我们只能控制旋转的方向，而舵机可以控制旋转的角度，所以我们采用编写程序通过控制舵机带动指针转动的方式。那么随机数与舵机转动角度之间又有怎样的关系呢 通过查看舵机的说明我们知道，舵机初始化时指向0°角，有效范围是-90°角到90°角，在这里我们设置随机数产生器的最小值是-6，最大值是6。如果产生的随机数是“6”，则舵机转动角度为90°；如果产生的随机数是“-6”则舵机转动-90°。所以，转动角度的计算表示为“随机数*15”。通过如上分析可知，我们需要准备如下器材来完成本节任务：Arduino UNO控制板、按钮、舵机、杜邦线若干、USB数据线等。拓展延伸舵机：舵机是指在自动驾驶仪中操纵飞机舵面（操纵面）转动的一种执行部件。分有：①电动舵机，由电动机、传动部件和离合器组成。接受自动驾驶仪的指令信号而工作；②液压舵机，由液压作动器和旁通活门组成。当人工驾驶飞机时，旁通活门打开，由于作动器活塞两边的液压互相连通而不妨碍人工操纵。操作指南一、利用仿真环境编写控制程序1.利用仿真环境模拟设备连接（1）启动Linkboy软件，进入“专家模式”。（2）单击“模块”标签，在显示的列表中选择“Arduino主板类”选项后，选择“型号UNO”控制器并拖拽到编程区。（3）在“模块”标签列表中选择“马达类”选项后，选择“带限位角度”的舵机，如图所示，拖拽到编程区。（4）在“模块”标签列表中选择“按键输类”选项后，选择“黄按钮”，如图所示，拖拽到编程区。（5）在“模块”标签列表中选择“数据处理和变换类”选项后，选择“随机数产生器”，如图所示，拖拽到编程区。此时暂不设置随机数产生器的最小值和最大值。2.元器件仿真连接将鼠标指针分别移动到“舵机”和“黄按钮”模块引脚，按程序提示把模块引脚连接到可接入的控制器端口，如图所示。3.编写控制程序（1）单击“随机数产成器”仿真图，在提示窗口中，分别通过键盘输入最小值“-6”和最大值“6”，如图所示。因为要使舵机上的指针有明显的角度变化，所以最小值和最大值间隔不宜过多。（2）编写“黄按钮”控制程序。①单击“黄按钮”，在提示窗口中选择“按钮按下时”选项，如图所示。②单击“条件量”位置，编写条件程序，如图所示。③在编程区的虚线区域中双击鼠标左键，生成一行空白程序指令，将其拖放在“黄按钮按钮按下时”的模块内，如图所示。(3）编写“舵机”控制程序。①在指令的“表达式编辑器”窗口中，选择“舵机”中的“角度”选项后，再选择“舵机角度=数值量”表达式，如图所示。②单击闪烁的“数值量”，输入程序代码。在“表达式编辑器”窗口中选择“运算”选项中的“数值量*数值量”表达式，如图所示。③单击第一个“数值量”位置，在“表达式编辑器”窗口中选择“随机数产生器”中的“新数据”事件处理指令，如图所示。④单击第二个“数值量”位置，在“表达式编辑器”窗口中选择“舵机”中的“角度”参数，如图所示。程序说明：我们设计如图所示的三个不同级别的奖项区域，为了避免指针指到奖项的分界线上，可适当调整奖项边界位置当产生的随机数值是-6、-5、-4时，舵机指针指向绿色区域；当产生的随机数值是-3、-2、-1、0、1时，舵机指针指向红色区域；当产生的随机数值是2、3、4、5、6时，舵机指针指向蓝色区域。4.仿真运行（1）单击标题栏中的仿真运行图标 ，通过计算机仿真运行编写好的程序代码,如图所示。（2）测试当单击“黄按钮”时，舵机指针随机转到不同位置。经过仿真运行测试，判断是否能达到任务设计要求，如有问题，可修改设置直至效果达到要求。二、完成硬件的物理连接在不连接USB接口的情况下，按照仿真环境所示，将各个元器件通过杜邦线连接起来，如图所示。三.下载控制程序并测试抽奖盒子效果1.下载控制程序正确完成实物连接后，通过USB接口连接控制板和计算机，在标题栏中单击“下载程序到控制板中”的功能图标 。在“Arduino串口下载器”窗口中，选择计算机识别出的串口号，选择“开始下载”命令，将代码下载到Arduino控制板中。2.实际运行，测试设备（1）制作一个指针形状的纸片固定在舵机上（更易观察测试效果），如图所示。（2）不断调试和修改，直到满足需求。最后我们一起观看视频再次认识一下“舵机”。任务小结通过Linkboy软件完成抽奖盒子的项目设计后，我们更加清晰了解了Linkboy程序设计的思想——基于事件的控制方案。程序功能搭建以各类硬件模块为主体，功能模块可以触发不同的事件，如按钮类可以触发按下和松开的事件，各类传感器可直接读取测量的数值，输出类模块可以直接采用指令去控制，整个的程序搭建过程就是向各个事件框里添加指令序列的过程。同时，软件平台提供硬件模块连线机制，通过鼠标连接好导线，软件自动生成底层代码。在功能实现后，我们按照仿真线路连接实物，下载程序后即可运行。知识链接1.舵机又叫伺服马达，是一种特殊的马达。其特点是，可以通过程序准确地控制输出轴转动的位置，并将其维持在指定位置上。这一功能得益于舵机内置的控制电路和角度传感器的作用，所以舵机经常被用在控制机械臂、机械手等精度要求较高的执行器上。2.电机直流电机是最常见的电机类型。直流电机通常只有两根引线，一个正极和一个负极。如果将这两根引线直接连接到电源，电机将旋转；如果切换引线，电机将以相反的方向旋转。我们一起观看视频，学习一下使用“舵机”制作控制机械臂的方法。作业布置请同学们根据本节课的学习内容，回去自己动手制作一个“大转盘”，可以增加一些自己的创新想法，下节课，在课上和大家一起分享一下，你的制作想法。 学生初步了解今天的学习内容学生了解随机验证码的生成方法学生掌握制作“大转盘”所需的材料学生了解舵机的含义和种类学生掌握使用开源软件制作“大转盘”的方法和步骤制作完成之后要进行测试和仿真运行学生掌握“任务小结”的学习内容学生更深入了解“舵机”的含义以及电流机 任务分析有助于学习更好地理解本节课的学习内容拓展延伸学生知识技能，让学生对本节课的学习有一个初步的了解准备材料，制作“大转盘”拓展延伸学生知识，增加学生知识技能增加学生知识技能提高学生动手实践能力增加学生知识技能增加学生知识技能
课堂练习 同学们思考一下海洋什么方法可以制作“大转盘”，并且效果跟使用“舵机”制作的一样。 学生完成课堂练习 巩固所学知识
课堂小结 学生总结本节课的学习内容 总结概括本节课的学习内容
板书 使用“舵机”转动制作“大转盘”“舵机”的含义及使用
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共38张PPT)
《抽奖盒子——控制舵机》
河北大学版 初中版第二册
内容总览
教学目标
01
学习任务
02
任务分析
03
操作指南
04
任务小结
05
知识链接
06
目录
08
07
课堂练习
课堂总结
09
板书设计
10
课后作业
教学目标
1.信息意识：建立将“舵机”转向制作“大转盘”的方法应用到学习中的意识；
2.计算思维：培养使用数学方法解决“转盘”转角度数变化的思维方式；
3.数字化学习与创新：认识数字化学习环境的优势和局限，适应数字化学习环境，养成相应的学习习惯；
4.信息社会责任：在信息社会学习中，尊重他人，提高自己的道德文化素养。
新知导入
同学们有在超市里玩过大转盘游戏吗？转盘的中奖区是怎么分布的？一起说说。
新知讲解
学习任务
在班会活动或学校联欢会中，为烘托氛围，经常有抽奖环书。作为一个小创客，请你利用手中的器材为活动设计制作一个抽奖盒子。基本要求：假设共有三个类别的奖品，按一下按钮，指针能够随机转到某种类别的奖品位置。
新知讲解
任务分析
日常生活中我们经常使用的抓阄、抽签等方法就是简单随机问题处理方法。用户在注册一些网上的应用时也会遇到随机生成验证码的情况，这与本节的任务是类似的，都是随机问题。要模拟随机，先要能产随机数，让随机数与奖品对应；其次是控制指针指向该随机数所代表的奖品位置。
因此，本节要解决的关键问题有两个：一是如何产生随机数，二是如何控制指针移动。
研究开源硬件Arduino控制板会发现，它提供了个随机数产生器，可随机生成一个数值，生成的随机数取值范围是在随机数产生器中通过最小值和最大值来设定的。
新知讲解
拓展延伸
随机验证码
1.随机字符串生成器：可以使用随机字符串生成器来生成包含数字和字母的随机字符串。这些字符串可以作为短信验证码使用。常见的字符串生成器包括Python中的random模块和Java中的Secure Random类。
2.哈希函数：可以将当前时间戳和一个随机的字符串进行哈希运算，生成一个随机数。这个随机数可以作为短信验证码使用。这种方法可以防止黑客通过猜测算法来生成验证码。
新知讲解
在开源硬件Arduino套件中，要实现运行时使指针在规定的范围内随机转动，指向随机的奖品类别，我们需思考：是通过控制马达的正转、反转和停止使指针旋转，还是使用舵机控制其旋转角度来实现。需要进一步分析的是，对于马达我们只能控制旋转的方向，而舵机可以控制旋转的角度，所以我们采用编写程序通过控制舵机带动指针转动的方式。
新知讲解
那么随机数与舵机转动角度之间又有怎样的关系呢 通过查看舵机的说明我们知道，舵机初始化时指向0°角，有效范围是-90°角到90°角，在这里我们设置随机数产生器的最小值是-6，最大值是6。如果产生的随机数是“6“，则舵机转动角度为90°；如果产生的随机数是“-6”则舵机转动-90°。所以，转动角度的计算表示为“随机数*15”。
新知讲解
通过如上分析可知，我们需要准备如下器材来完成本节任务：Arduino UNO控制板、按钮、舵机、杜邦线若干、USB数据线等。
新知讲解
舵机：舵机是指在自动驾驶仪中操纵飞机舵面（操纵面）转动的一种执行部件。分有：①电动舵机，由电动机、传动部件和离合器组成。接受自动驾驶仪的指令信号而工作；②液压舵机，由液压作动器和旁通活门组成。当人工驾驶飞机时，旁通活门打开，由于作动器活塞两边的液压互相连通而不妨碍人工操纵。
拓展延伸
新知讲解
操作指南
一、利用仿真环境编写控制程序
1.利用仿真环境模拟设备连接
（1）启动Linkboy软件，进入“专家模式”。
（2）单击“模块”标签，在显示的列表中选择“Arduino主板类”选项后，选择“型号UNO”控制器并拖拽到编程区。（3）在“模块”标签列表中选择“马达类”选项后，选择“带限位角度”的舵机，如图所示，拖拽到编程区。
新知讲解
（4）在“模块”标签列表中选择“按键输类”选项后，选择“黄按钮”，如图所示，拖拽到编程区。
新知讲解
（5）在“模块”标签列表中选择“数据处理和变换类”选项后，选择“随机数产生器”，如图所示，拖拽到编程区。此时暂不设置随机数产生器的最小值和最大值。
新知讲解
2.元器件仿真连接
将鼠标指针分别移动到“舵机”和“黄按钮”模块引脚，按程序提示把模块引脚连接到可接入的控制器端口，如图所示。
新知讲解
3.编写控制程序
（1）单击“随机数产成器”仿真图，在提示窗口中，分别通过键盘输入最小值“-6”和最大值“6“，如图所示。因为要使舵机上的指针有明显的角度变化，所以最小值和最大值间隔不宜过多。
新知讲解
（2）编写“黄按钮”控制程序。
①单击“黄按钮”，在提示窗口中选择“按钮按下时”选项，如图所示。
新知讲解
②单击“条件量”位置，编写条件程序，如图所示。
新知讲解
③在编程区的虚线区域中双击鼠标左键，生成一行空白程序指令，将其拖放在“黄按钮按钮按下时”的模块内，如图所示。
新知讲解
(3）编写“舵机”控制程序。
①在指令的“表达式编辑器”窗口中，选择“舵机”中的“角度”选项后，再选择“舵机角度=数值量”表达式，如图所示。
新知讲解
②单击闪烁的“数值量”，输入程序代码。在“表达式编辑器”窗口中选择“运算”选项中的“数值量*数值量”表达式，如图所示。
新知讲解
③单击第一个“数值量”位置，在“表达式编辑器”窗口中选择“随机数产生器”中的“新数据”事件处理指令，如图所示。
新知讲解
④单击第二个“数值量”位置，在“表达式编辑器”窗口中选择“舵机”中的“角度”参数，如图所示。
新知讲解
程序说明：我们设计如图所示的三个不同级别的奖项区域，为了避免指针指到奖项的分界线上，可适当调整奖项边界位置当产生的随机数值是-6、-5、-4时，舵机指针指向绿色区域；当产生的随机数值是-3、-2、-1、0、1时，舵机指针指向红色区域；当产生的随机数值是2、3、4、5、6时，舵机指针指向蓝色区域。
新知讲解
4.仿真运行
（1）单击标题栏中的仿真运行图标 ，通过计算机仿真运行编写好的程序代码,如图所示。
（2）测试
当单击“黄按钮”时，舵机指针随机转到不同位置。经过仿真运行测试，判断是否能达到任务设计要求，如有问题，可修改设置直至效果达到要求。
新知讲解
二、完成硬件的物理连接
在不连接USB接口的情况下，按照仿真环境所示，将各个元器件通过杜邦线连接起来，如图所示。
新知讲解
三.下载控制程序并测试抽奖盒子效果
1.下载控制程序
正确完成实物连接后，通过USB接口连接控制板和计算机，在标题栏中单击“下载程序到控制板中”的功能图标 。在“Arduino串口下载器”窗口中，选择计算机识别出的串口号，选择“开始下载”命令，将代码下载到Arduino控制板中。
新知讲解
2.实际运行，测试设备
（1）制作一个指针形状的纸片固定在舵机上（更易观察测试效果），如图所示。
（2）不断调试和修改，直到满足需求。
新知讲解
最后我们一起观看视频再次认识一下“舵机”。
新知讲解
任务小结
通过Linkboy软件完成抽奖盒子的项目设计后，我们更加清晰了解了Linkboy程序设计的思想——基于事件的控制方案。程序功能搭建以各类硬件模块为主体，功能模块可以触发不同的事件，如按钮类可以触发按下和松开的事件，各类传感器可直接读取测量的数值，输出类模块可以直接采用指令去控制，整个的程序搭建过程就是向各个事件框里添加指令序列的过程。同时，软件平台提供硬件模块连线机制，通过鼠标连接好导线，软件自动生成底层代码。在功能实现后，我们按照仿真线路连接实物，下载程序后即可运行。
新知讲解
知识链接
1.舵机又叫伺服马达，是一种特殊的马达。其特点是，可以通过程序准确地控制输出轴转动的位置，并将其维持在指定位置上。这一功能得益于舵机内置的控制电路和角度传感器的作用，所以舵机经常被用在控制机械臂、机械手等精度要求较高的执行器上。
2.电机直流电机是最常见的电机类型。直流电机通常只有两根引线，一个正极和一个负极。如果将这两根引线直接连接到电源，电机将旋转；如果切换引线，电机将以相反的方向旋转。
新知讲解
我们一起观看视频，学习一下使用“舵机”制作控制机械臂的方法。
课堂练习
同学们思考一下海洋什么方法可以制作“大转盘”，并且效果跟使用“舵机”制作的一样。
课堂总结
1.采用编写程序的方法控制舵机带动指针转动；
2.学会使用开源软件制作“大转盘”；
3.学习“舵机”的含义，学会使用“舵机”制作器械设备。
板书设计
使用“舵机”转动制作“大转盘”
“舵机”的含义及使用
作业布置
请同学们根据本节课的学习内容，回去自己动手制作一个“大转盘”，可以增加一些自己的创新想法，下节课，在课上和大家一起分享一下，你的制作想法。
谢谢
21世纪教育网（www.21cnjy.com)
中小学教育资源网站
兼职招聘：
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin

展开更多......

收起↑