上海地區(qū)優(yōu)秀高一物理 第九章 E 學(xué)習(xí)包--自動(dòng)控制和模塊機(jī)器人教案 滬科版

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1、 高考資源網(wǎng)第九章 E 學(xué)習(xí)包——自動(dòng)控制和模塊機(jī)器人 一、教學(xué)任務(wù)分析 本學(xué)習(xí)包以模塊機(jī)器人為實(shí)例，利用模塊機(jī)器人動(dòng)手體驗(yàn)三個(gè)模塊的功能及其關(guān)系，并學(xué)會(huì)運(yùn)用模塊電路組合思路聯(lián)系實(shí)際設(shè)計(jì)簡單的自動(dòng)控制電路，是上一節(jié)簡單邏輯電路應(yīng)用的延續(xù)。模塊機(jī)器人作為物理教學(xué)用具，有別于市場上的各種機(jī)器人。由于是在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)完成特高考資源網(wǎng)定的教學(xué)任務(wù)，因此模塊機(jī)器人沒有復(fù)雜的“積木”，也不需要高深的編程技巧，更不是少數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。作為教學(xué)任務(wù)，它要求每一位學(xué)生都要參與其中，通過實(shí)驗(yàn)了解自動(dòng)控制的組成部分，并通過實(shí)際操作學(xué)會(huì)如何去獲取知識(shí)，解決問題。 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容所需準(zhǔn)備的知識(shí)和

2、技能主要有：（1）簡單邏輯電路相關(guān)知識(shí)；（2）電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)－熱敏電阻、光敏電阻、干簧管等元件的特性。（3）電路的組成和簡單的串、并聯(lián)知識(shí)。 將“自動(dòng)控制和模塊機(jī)器人”內(nèi)容分成若干個(gè)子課題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，并各自認(rèn)領(lǐng)探究的課題。 通過子課題1，介紹機(jī)器人在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用；通過子課題2，了解機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)；通過子課題3，介紹模塊機(jī)器人的構(gòu)成；通過子課題4，理解機(jī)器人三個(gè)模塊的功能；通過子課題5，運(yùn)用模塊電路組合思路，設(shè)計(jì)生活中簡單的自動(dòng)控制電路。 本節(jié)內(nèi)容采用學(xué)習(xí)包的形式編寫，以問題為載體，以學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐、自主探索、合作交流為主要的學(xué)習(xí)方式。通過合作學(xué)習(xí)、建立“個(gè)人－小組－全班”

3、、“學(xué)生－教師－學(xué)生”三維一體的動(dòng)態(tài)過程，共享“集體思維的成果”，然后通過“學(xué)生分組”、“小組合作”、“師生合作”解決有關(guān)問題。 二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 （1）知道機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)。 （2）理解模塊機(jī)器人的構(gòu)成以及各個(gè)模塊的作用。 （3）知道模塊電路及其組合方式。 （4）初步學(xué)會(huì)組裝和操作模塊機(jī)器人。 2、過程與方法 （1）通過本設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷搜集資料、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)探究、交流總結(jié)的自主學(xué)習(xí)過程。 （2）通過傳感器的體驗(yàn)，感受“信號(hào)轉(zhuǎn)換”的思想方法。 （3）通過生活中簡單的自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)過程，感受模塊化設(shè)計(jì)的思想方法。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 （1）通過機(jī)器

4、人實(shí)物，圖片、影片等相關(guān)資料的展示，激發(fā)對(duì)機(jī)器人的興趣，建立“生活蘊(yùn)藏著物理，物理服務(wù)于生活”的科學(xué)認(rèn)識(shí)觀。 （2）通過學(xué)習(xí)包中提供的模塊，組合成各種自動(dòng)控制電路，感悟?qū)嵺`是鞏固知識(shí)提高能力的有效途徑之一。 （3）通過小組合作學(xué)習(xí)，體驗(yàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性。 三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn)： （1）模塊機(jī)器人的構(gòu)成。 （2）模塊機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)探究。 難點(diǎn)：運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)生活中簡單的自動(dòng)控制電路。 四、教學(xué)資源 1、器材： （1）DIS“模塊機(jī)器人”及配套軟件、多媒體計(jì)算機(jī)及大屏幕投影。 （2）其他所需器材。 2、資料：Internet網(wǎng)絡(luò)、圖書資料，有關(guān)機(jī)器人的實(shí)物、圖片、

5、視頻等資料。 3、課件：自制課件、Flash動(dòng)畫等。 五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括五個(gè)方面：一是機(jī)器人在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用；二是機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)；三是模塊機(jī)器人的構(gòu)成；四是模塊機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)探究；五是生活中自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的基本思路是：學(xué)生分組，在教師的指導(dǎo)下根據(jù)總課題“自動(dòng)控制和模塊機(jī)器人”提出系列性問題或子課題，然后通過自主學(xué)習(xí)、查找資料、交流討論、探究實(shí)驗(yàn)解決問題，最后進(jìn)行小結(jié)、交流和評(píng)價(jià)。 本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)是：模塊機(jī)器人的構(gòu)成和模塊機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)探究。方法是：通過子課題3的研究，了解傳感器、控制器、執(zhí)行器、模塊電路、模塊機(jī)器人等相關(guān)知識(shí)；通過子課題4的研究

6、，利用模塊機(jī)器人動(dòng)手體驗(yàn)三個(gè)模塊的功能及其關(guān)系，進(jìn)一步熟悉模塊機(jī)器人的使用方法。 本設(shè)計(jì)要突破的難點(diǎn)是：運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)生活中簡單的自動(dòng)控制電路。方法是：利用“模塊機(jī)器人”提供的器材，也可以利用其它實(shí)際的器材設(shè)計(jì)出有一定價(jià)值和可行性的“自動(dòng)控制電路”或“智能機(jī)器人”，感受模塊化設(shè)計(jì)思想，進(jìn)一步加深理解三個(gè)模塊的功能及聯(lián)系。 本設(shè)計(jì)重視培養(yǎng)學(xué)生獲取、搜集、處理、表達(dá)信息的能力以及實(shí)驗(yàn)探究，創(chuàng)造發(fā)明的能力。 完成本設(shè)計(jì)的教學(xué)任務(wù)需3課時(shí)。 六、教學(xué)流程 1、教學(xué)流程圖 探索研究 實(shí)驗(yàn)探究 課外 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，回答相關(guān)問題 課內(nèi) 交

7、流實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，實(shí)驗(yàn)探究 問題探討 提出問題 課內(nèi) 聽介紹，看表演，提 問題 課外 學(xué)生分組，搜集資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 課內(nèi) 匯報(bào)成果，交流心得，師生點(diǎn)評(píng) 課外 反思，小結(jié)，完成思考與練習(xí) 交流小結(jié) 成果交流 拓展延伸 設(shè)計(jì)方案 繼續(xù)探究 課外 關(guān)注發(fā)展 課內(nèi) 模塊電路 組合設(shè)計(jì) 2、流程圖說明 問題探討 提出問題 課內(nèi)通過圖片、錄像、表演、演示實(shí)驗(yàn)等手段創(chuàng)設(shè)情景，指出自動(dòng)控制電路在實(shí)際生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被廣泛采用，機(jī)器人對(duì)人類文明和社會(huì)進(jìn)步有重大的

8、作用，激發(fā)學(xué)生的興趣和探究欲望。 課外通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組、確定子課題及研究內(nèi)容、明確角色和任務(wù)分工。利用網(wǎng)絡(luò)資源和書籍資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，制定課題計(jì)劃書和進(jìn)度表。 探索研究 實(shí)驗(yàn)探究 課內(nèi)通過小組內(nèi)部交流設(shè)計(jì)方案，實(shí)驗(yàn)探究模塊機(jī)器人的構(gòu)成及傳感器、控制器、執(zhí)行器三個(gè)模塊的功能及其關(guān)系。 課外繼續(xù)實(shí)驗(yàn)探究并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將搜集到的資料匯總、分析、整合，初步做成ppt、網(wǎng)頁、作品等形式，并回答相關(guān)問題。 交流小結(jié) 成果交流 課內(nèi)通過學(xué)生分組展示和交流研究成果，由教師和學(xué)生組成的課題評(píng)審團(tuán)可以用投票的方式對(duì)各組成果進(jìn)行評(píng)議，根據(jù)成果交流情況評(píng)出各獎(jiǎng)項(xiàng)，進(jìn)行表彰和鼓勵(lì)，點(diǎn)評(píng)并提出改進(jìn)

9、意見。 課外，讓學(xué)生反思學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)包的過程，做好小結(jié)，完成思考與練習(xí)。 拓展延伸 拓展延伸 課內(nèi)：利用“模塊機(jī)器人”提供的器材，也可以利用其它實(shí)際的器材設(shè)計(jì)出有一定價(jià)值和可行性的“自動(dòng)控制電路”或“智能機(jī)器人”，感受模塊化設(shè)計(jì)思想，進(jìn)一步加深理解三個(gè)模塊的功能及聯(lián)系。 課外：介紹幾個(gè)機(jī)器人網(wǎng)站的地址，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究機(jī)器人的興趣，增強(qiáng)將科學(xué)服務(wù)于人類的社會(huì)責(zé)任感和使命感。 3、教學(xué)主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)，課前。通過問題探討、自由組合、資料收集、實(shí)驗(yàn)探究、對(duì)研究的初步成果進(jìn)行歸納整理，并制作成課件。 第二環(huán)節(jié)，課中。學(xué)生對(duì)制作的作品與研究的成果進(jìn)行

10、展示、匯報(bào)和交流，教師總結(jié)評(píng)價(jià)，實(shí)例分析，并作適當(dāng)?shù)耐卣寡由臁? 第三環(huán)節(jié)，課后。學(xué)生在課后小結(jié)學(xué)習(xí)包的學(xué)習(xí)情況，完成課題研究結(jié)題報(bào)告。 七、教學(xué)案例 （一）問題探討 1、學(xué)生方面所做的準(zhǔn)備： l 學(xué)生分組：以自愿組合為主，每6～8人分為一組，每組由一位組長負(fù)責(zé)。 l 角色和任務(wù)分工：根據(jù)自身的特點(diǎn)，自主選擇和承擔(dān)對(duì)應(yīng)子課題的各項(xiàng)任務(wù)。每一位同學(xué)必須要參與其中的一項(xiàng)任務(wù)，不參與的不給分，每組可設(shè)資料收集員，整理員、實(shí)驗(yàn)員、課件制作員、展示員，組長（兼）等?？傌?fù)責(zé)人由課代表擔(dān)任，負(fù)責(zé)組織、協(xié)調(diào)和交流匯報(bào)會(huì)主持工作。 l 課題選題：包括教師指定選題和學(xué)生自主選題。教師可根據(jù)學(xué)生的知識(shí)水

11、平和研究能力，可以提供一系列可操作的課題供學(xué)生選擇，也可以由學(xué)生自主選擇有興趣、能操作的課題，然后填寫選題意向表。其他課題需由指導(dǎo)老師主持開題評(píng)審會(huì)對(duì)學(xué)生課題研究方案進(jìn)行評(píng)審。 2、教師方面所做的準(zhǔn)備 l 創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)的情境：從本節(jié)課的生活背景出發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“自動(dòng)控制和模塊機(jī)器人”的興趣。 l 編寫課前導(dǎo)學(xué)：學(xué)生自主學(xué)習(xí)應(yīng)考慮時(shí)間的合理性，高中生課后作業(yè)較多，為了讓學(xué)生有寬裕的課前自主時(shí)間，開展研究性學(xué)習(xí)。教師應(yīng)根據(jù)具體要求，編寫了“課前導(dǎo)學(xué)”，在“課前導(dǎo)學(xué)”中為學(xué)生提供了學(xué)法指導(dǎo)，針對(duì)所學(xué)內(nèi)容，提供一些相關(guān)的學(xué)習(xí)方法讓學(xué)生參考，重在引導(dǎo)學(xué)生圍繞重點(diǎn)、難點(diǎn)展開思考，發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)效率

12、。 l 教師搜集選題意向表：按照學(xué)生的意向分組，最后宣布分組名單。 l 成立課題評(píng)審團(tuán)：由每個(gè)課題組的一名代表和指導(dǎo)老師組成評(píng)審團(tuán)，一方面對(duì)學(xué)生開題報(bào)告進(jìn)行評(píng)審，另一方面以投票方式對(duì)各組交流展示的成果進(jìn)行評(píng)議。根據(jù)成果交流情況評(píng)出各獎(jiǎng)項(xiàng)，進(jìn)行表彰和鼓勵(lì)，點(diǎn)評(píng)并提出改進(jìn)意見。 l 評(píng)價(jià)方式：評(píng)價(jià)分為小組自主活動(dòng)表現(xiàn)、小組班級(jí)交流表現(xiàn)、個(gè)人參與活動(dòng)表現(xiàn)三大塊，從教師評(píng)價(jià)、學(xué)生評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行。 l．小組自主活動(dòng)的表現(xiàn)。 ① 包括小組的活動(dòng)報(bào)告，自主活動(dòng)的步驟安排，有關(guān)活動(dòng)感受的文章，成果照片，考考其他組的思考題及參考答案的設(shè)計(jì)等等。 ② 小組的凝聚力，即小組成員的主人翁意識(shí)。

13、 2．小組班級(jí)交流的表現(xiàn)。 ① 小組代表的發(fā)揮，包括代表之間的配合默契程度，表達(dá)的感染力。 ② 回答其他小組的思考題、參與現(xiàn)場競爭的能力。 3．個(gè)人參與活動(dòng)表現(xiàn)。由自我評(píng)價(jià)和小組成員的評(píng)價(jià)組成。 （二）實(shí)踐探究 l 各課題組制定研究方案，自主開展研究活動(dòng)。學(xué)生可以到閱覽室、圖書館或通過上網(wǎng)查閱自動(dòng)控制和模塊機(jī)器人的相關(guān)資料。也可以實(shí)驗(yàn)探究構(gòu)成機(jī)器人模塊的功能。還可以利用學(xué)習(xí)包提供的器材和其它實(shí)際的器材設(shè)計(jì)出有一定價(jià)值和可行性的“自動(dòng)控制電路”或“智能機(jī)器人”。甚至可以走到校外，進(jìn)行有關(guān)自動(dòng)控制和模塊機(jī)器人應(yīng)用的社會(huì)調(diào)查研究。 l 以課題組為單位，歸納整理收集到的信息資料，將研究結(jié)

14、果以word，Powerpoint、flash、網(wǎng)頁、作品等形式加以總結(jié)，便于小結(jié)交流。 （三）交流小結(jié) 1、 學(xué)生分組交流各自課題的研究結(jié)果（以下課題供參考） l 子課題1：機(jī)器人在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用 包括機(jī)器人實(shí)物，圖片、影片等相關(guān)資料展示。 l 子課題2：機(jī)器人相關(guān)知識(shí) 1） 機(jī)器人的定義。 2） 機(jī)器人的分類。 3） 機(jī)器人的身體組成。 4） 機(jī)器人的發(fā)展史。 l 子課題3：模塊機(jī)器人的構(gòu)成 包括傳感器、控制器、執(zhí)行器、模塊電路、模塊機(jī)器人等相關(guān)知識(shí)。 l 子課題4：模塊機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)探究 1） 傳感器實(shí)驗(yàn)。 2） 控制器實(shí)驗(yàn)。 3） 執(zhí)行器實(shí)驗(yàn)。 l 子

15、課題5：生活中自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)。 利用“模塊機(jī)器人”提供的器材，也可以利用其它實(shí)際的器材設(shè)計(jì)出有一定價(jià)值和可行性的“自動(dòng)控制電路”或“智能機(jī)器人”，包括設(shè)計(jì)方案，實(shí)驗(yàn)探究，組裝調(diào)試，展示交流，反思改進(jìn)。 l 其他課題：由指導(dǎo)老師主持開題評(píng)審會(huì)對(duì)學(xué)生課題研究方案進(jìn)行評(píng)審。 2、 師生評(píng)價(jià) 由師生組成的評(píng)審團(tuán)以投票方式對(duì)各組成果進(jìn)行評(píng)議，根據(jù)成果交流情況評(píng)出各獎(jiǎng)項(xiàng)，進(jìn)行表彰和鼓勵(lì)，點(diǎn)評(píng)并提出改進(jìn)意見。附錄 子課題1：機(jī)器人在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用 包括機(jī)器人實(shí)物，圖片、影片等相關(guān)資料展示。（略） 子課題2：機(jī)器人相關(guān)知識(shí) 1、機(jī)器人的定義 在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議

16、上，就提出了兩個(gè)有代表性的定義。一是森政弘與合田周平提出的：“機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等10個(gè)特性來表示機(jī)器人的形象。另一個(gè)是加藤一郎提出的具有如下3個(gè)條件的機(jī)器稱為機(jī)器人： （1）具有腦、手、腳等三要素的個(gè)體； （2）具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠(yuǎn)方信息）和接觸傳感器； （3）具有平衡覺和固有覺的傳感器。 1988年法國的埃斯皮奧將機(jī)器人定義為：“機(jī)器人學(xué)是指設(shè)計(jì)能根據(jù)傳感器信息實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的

17、作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對(duì)象”。 我國科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。 為了防止機(jī)器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“機(jī)器人三原則”： （1）機(jī)器人不應(yīng)傷害人類； （2）機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外； （3）機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。 這是給機(jī)器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則。 2、機(jī)器人的分類 （1）工業(yè)機(jī)器人 （2）農(nóng)業(yè)機(jī)器人

18、 （3）服務(wù)機(jī)器人 （4）仿生機(jī)器人 （5）微型機(jī)器人 （6）機(jī)器人玩具 3、機(jī)器人的身體組成 （1）機(jī)器人的大腦 （2）機(jī)器人的眼睛 （3）機(jī)器人的鼻子 （4）機(jī)器人的耳朵 （5）機(jī)器人仿生觸須 （6）機(jī)器人的手 （7）機(jī)器人的手臂 （8）機(jī)器人的下肢 （9）會(huì)彈跳的機(jī)器人腿 （10）機(jī)器人的皮膚 （11）機(jī)器人的觸覺 （12）機(jī)器人的語言 （13）機(jī)器人的距離感 4、機(jī)器人的發(fā)展史 （1）機(jī)器人的萌芽 （2）首臺(tái)機(jī)器人誕生 （3）第一代機(jī)器人 （4）第二代機(jī)器人 （5）第三代機(jī)器人 （6）未來的機(jī)器人 子課題3：模塊機(jī)器人的構(gòu)成 1、傳感器：利用敏感元件將外界

19、各種信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 l 光傳感器：光傳感器的敏感元件是光敏電阻。當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻的阻值變小，傳感器向控制器輸出信號(hào)；沒有光照時(shí)，光敏電阻的阻值變大，傳感器停止向控制器輸出信號(hào)。 l 聲傳感器：聲傳感器的敏感元件是傳聲器（話筒）。當(dāng)有突發(fā)聲響時(shí)，傳感器向控制器輸出信號(hào)；沒有聲音時(shí)，傳感器停止向控制器輸出信號(hào)。 l 溫度傳感器：溫度傳感器的敏感元件是熱敏電阻。隨著溫度的升高，熱敏電阻的阻值變小，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，傳感器向控制器輸出信號(hào)；反之，隨著溫度的下降，熱敏電阻的阻值變大，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，傳感器停止向控制器輸出信號(hào)。 l 磁傳感器：磁傳感器的敏感元件是干簧

20、管（相當(dāng)于一只小開關(guān)）。當(dāng)有磁鐵接近時(shí)，干簧管內(nèi)的簧片受磁場的作用而閉合，傳感器向控制器輸出信號(hào)；移去磁鐵后，干簧管內(nèi)的簧片分離，傳感器停止向控制器輸出信號(hào)。 l 紅外線傳感器：傳感器端部的兩只小圓孔內(nèi)，有一只是紅外線發(fā)射管，不斷向外發(fā)射紅外線。另一只是紅外線接收管，這是紅外線傳感器的敏感元件。當(dāng)傳感器的前方有物體遮擋時(shí)，發(fā)射管發(fā)射的紅外線經(jīng)物體反射回來，被紅外線接收管接收，此時(shí)接收管的阻值變小，傳感器向控制器輸出信號(hào)；而當(dāng)沒有物體遮擋時(shí)，接收管的阻值變大，傳感器停止向控制器輸出信號(hào)。 l 觸發(fā)傳感器：觸發(fā)傳感器實(shí)際是一個(gè)小開關(guān)，按下觸發(fā)傳感器前端的按扭，小開關(guān)閉合，傳感器向控制器

21、輸出信號(hào)；松開按扭，小開關(guān)打開，傳感器停止向控制器輸出信號(hào)。 l 循跡傳感器：循跡傳感器實(shí)際上是由兩組紅外線傳感器組成的，分別輸出兩路信號(hào)，這在以后控制小車沿黑線行走時(shí)要用到。目前我們暫且將它看作是一只方向向下的紅外線傳感器。其基本原理與紅外線傳感器完全相同：當(dāng)傳感器接近淺色桌面時(shí)有信號(hào)輸出，否則沒有輸出。 2、控制器：是模塊機(jī)器人的控制中心，它的核心器件是微控制器（又稱單片機(jī)）。 1）控制器的三只按鍵： l??復(fù)位鍵——用來終止執(zhí)行程序。 l??選擇鍵——用來調(diào)節(jié)數(shù)碼管的數(shù)字，從而選擇所對(duì)應(yīng)的控制方式。 l??運(yùn)行鍵——用來啟動(dòng)程序。 2）控制器中預(yù)先存放的綜合實(shí)驗(yàn)

22、程序（五種控制方式）： ?序? 號(hào) 控制方式 01 即時(shí)控制 02 延時(shí)控制 03 “與”門控制 04 “或”門控制 05 “非”門控制 3、執(zhí)行器 警報(bào)器模塊 電風(fēng)扇 動(dòng)力小車模塊 電動(dòng)機(jī)模塊 自動(dòng)門 小燈模塊 彩燈模塊 4、模塊電路 1）模塊電路的定義：不一定要明白電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 而只需要知道它所具有的功能，有時(shí)我們把具有某一特定功能的電路稱為模塊電路。 2）模塊電路組合：只要我們了解每種基本模塊電路的功能, 以及不同模塊電路之間的相互聯(lián)系后, 就可以根據(jù)課題要求將它們進(jìn)行組合, 以達(dá)到預(yù)期的目

23、的。它是促進(jìn)現(xiàn)代電路的不斷創(chuàng)新，加快新電路的開發(fā)和應(yīng)用的一種重要思維方式。 5、模塊機(jī)器人： 經(jīng)過理論研究，任何自動(dòng)控制（包括簡單的機(jī)器人）都可以分解為傳感器、控制器和執(zhí)行器三個(gè)模塊。假設(shè)有5種傳感器、5種控制方式、5種執(zhí)行器，經(jīng)過組合排列，從理論上可以組合成125種自動(dòng)控制電路。 子課題4：模塊機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)探究 1、傳感器實(shí)驗(yàn)：讓學(xué)生了解傳感器的作用。 以小燈作為執(zhí)行器，選用各種傳感器，程序選用“即時(shí)控制”方式，體會(huì)傳感器的作用。 1）觸發(fā)傳感器控制小燈實(shí)驗(yàn) l? 將觸發(fā)傳感器插入控制器的輸入端，小燈模塊插入控制器的輸出端。 l?? 按下電源按鍵，數(shù)碼管顯示“00

24、”。 l? 按“運(yùn)行”鍵，控制器中預(yù)先存放的“綜合實(shí)驗(yàn)”程序開始運(yùn)行。 l? 按“選擇”鍵，數(shù)碼管顯示“01”，表示選擇第一種控制方式——“即時(shí)控制”。 l 按“運(yùn)行”鍵，實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行。 l ?按下觸發(fā)傳感器前端的按鈕，傳感器向控制器輸出信號(hào)，小燈點(diǎn)亮。反復(fù)按動(dòng)觸發(fā)傳感器前端的按鈕，可以看到，小燈隨著傳感器輸出信號(hào)的變化而立即做出反應(yīng)。 l??按“復(fù)位”鍵，退出程序。 2）光照控制小燈實(shí)驗(yàn) l????將光傳感器插入控制器的輸入端，小燈模塊插入控制器的輸出端。 l?????按下電源按鍵，數(shù)碼管顯示“00”。 l? 按“運(yùn)行”鍵，控制器中預(yù)先存放的“綜合實(shí)驗(yàn)”程序開始運(yùn)行。

25、 l? 按“選擇”鍵，數(shù)碼管顯示“01”，表示選擇第一種控制方式——“即時(shí)控制”。 l 按“運(yùn)行”鍵，實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行。 l????如果沒有用物體遮擋光傳感器，由于光傳感器受較強(qiáng)光照的作用有信號(hào)輸出，所以小燈隨著程序的運(yùn)行而立即點(diǎn)亮；用物體遮擋光傳感器后，傳感器停止向控制器輸出信號(hào)，小燈熄滅；移去遮擋物，小燈重新點(diǎn)亮。 l?? 按“復(fù)位”鍵，退出程序。 3）紅外線控制小燈實(shí)驗(yàn) l? 將紅外線傳感器插入控制器的輸入端，小燈模塊插入控制器的輸出端。 l???操作步驟同上。 l???在實(shí)驗(yàn)開始前，先調(diào)節(jié)紅外線傳感器內(nèi)部的可調(diào)電阻，讓小燈不發(fā)光。開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，用物體遮擋紅外線傳感器

26、，小燈立即點(diǎn)亮；移去遮擋物，小燈熄滅。 l?? 按“復(fù)位”鍵，退出程序。 2、執(zhí)行器實(shí)驗(yàn)：讓學(xué)生了解執(zhí)行器的作用。 選用光照傳感器，程序選用“即時(shí)控制”方式，分別插入不同的執(zhí)行器，體會(huì)執(zhí)行器的作用。 光控警報(bào)器實(shí)驗(yàn) 光控電風(fēng)扇實(shí)驗(yàn) 光控動(dòng)力小車實(shí)驗(yàn) 光控彩燈實(shí)驗(yàn) 3、控制器實(shí)驗(yàn) 1）即時(shí)控制方式：所謂“即時(shí)控制方式”，就是執(zhí)行器的工作狀態(tài)隨著傳感器檢測到的信號(hào)立即做出反應(yīng)。應(yīng)用舉例如下 引導(dǎo)小車／放手就開動(dòng)的小車 光控?zé)? 溫控電風(fēng)扇 磁控報(bào)警器 紅外線控制自動(dòng)門

27、 2）延時(shí)控制方式：在自動(dòng)控制過程中，有時(shí)需要執(zhí)行器的工作能持續(xù)一段時(shí)間，有時(shí)又希望執(zhí)行器等待一段時(shí)間才開始工作。這就需要使用“延時(shí)控制方式”。 聲音控制小燈實(shí)驗(yàn)： l 將聲傳感器插入控制器的輸入端，小燈模塊插入控制器的輸出端。 l 按下電源按鍵，數(shù)碼管顯示“00”。 l 按“運(yùn)行”鍵，控制器中預(yù)先存放的“綜合實(shí)驗(yàn)”程序開始運(yùn)行。 l 依次按“選擇”鍵，使數(shù)碼管顯示“02”，表示選擇第二種控制方式——“延時(shí)控制”。 l 按“運(yùn)行”鍵，實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行。 l 擊掌發(fā)出聲響，光傳感器有信號(hào)輸出，小燈點(diǎn)亮，持續(xù)幾秒鐘后自動(dòng)熄滅。 l 按“復(fù)位”鍵，退出程序。 3）“與”門控

28、制方式 l 在控制器的任意輸入端插入兩只觸發(fā)傳感器，輸出端插入小燈模塊。 l 選擇“與”門控制方式，開始實(shí)驗(yàn)。 l 按動(dòng)任何一只傳感器，小燈都不亮，只有兩只傳感器同時(shí)按下，小燈才亮，松開其中一只傳感器，小燈立即熄滅。 4）“或”門控制方式 l 在控制器的輸入端插入兩只觸發(fā)傳感器，輸出端插入小燈模塊。 l 選擇“或”門控制方式，開始實(shí)驗(yàn)。 l 按動(dòng)任何一只傳感器，小燈都會(huì)點(diǎn)亮，松手后小燈立即熄滅。 5）“非”門控制方式 l 在控制器的輸入端插入觸發(fā)傳感器，輸出端插入小燈模塊。 l 選擇“非”門控制方式，開始實(shí)驗(yàn)。 l 實(shí)驗(yàn)開始后，小燈立即點(diǎn)亮，按動(dòng)傳感器，小燈立

29、即熄滅。 * 子課題5：生活中自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì) 要求：運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，每個(gè)小組設(shè)計(jì)出一個(gè)能改善生活質(zhì)量的自動(dòng)控制電路或模塊機(jī)器人，交流展示后評(píng)選出最有價(jià)值、最體現(xiàn)創(chuàng)新精神的作品。 以下僅供參考： 一、 與門的應(yīng)用： 1、 自動(dòng)風(fēng)扇模擬：當(dāng)溫度升高，并且人接近時(shí)，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 溫度傳感器和紅外線傳感器 與門控制方式 電動(dòng)機(jī)和葉片組合 2、 聲控?zé)裟M：晚上，樓道中有聲響，燈亮。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 聲傳感器和光傳感器 與門控制方式 小燈 3、 滾筒洗衣機(jī)控制電路

30、模擬：只有當(dāng)電源開關(guān)和洗衣機(jī)蓋子同時(shí)閉合，電動(dòng)機(jī)才會(huì)工作。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 兩個(gè)觸發(fā)傳感器 與門控制方式 電動(dòng)機(jī) 二、或門的應(yīng)用 1、簡單車門報(bào)警電路模擬1：只要有一個(gè)車門沒關(guān)好，報(bào)警燈就發(fā)光。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 兩個(gè)觸發(fā)傳感器 或門控制方式 小燈 2、簡單車門報(bào)警電路模擬2：只要有一個(gè)車門沒關(guān)好，報(bào)警燈就發(fā)光。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 兩個(gè)紅外線傳感器 或門控制方式 小燈 3、保險(xiǎn)箱防盜報(bào)警器模擬：只要放在保險(xiǎn)箱前地板上的按鈕開關(guān)被腳踩下，或者保險(xiǎn)箱內(nèi)

31、部被手電筒照射，警報(bào)器報(bào)警。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 觸發(fā)傳感器和光傳感器 或門控制方式 警報(bào)器 二、 非門的應(yīng)用 1、光控路燈：白天燈不亮；夜晚小燈點(diǎn)亮。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 光傳感器 非門控制方式 小燈 2、簡易火警報(bào)警電路：正常情況下電鈴不響，當(dāng)火警發(fā)生時(shí)電鈴響起。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 溫度傳感器 非門控制方式 報(bào)警器燈 3、遇障即停小車：程序啟動(dòng)后，小車立即開動(dòng)。當(dāng)用手接近紅外線傳感器時(shí)，小車立即停止。 傳感器模塊 控制器模塊（控制方式） 執(zhí)行器模塊 紅外線傳感器 非門控制方式 動(dòng)力小車 三、 其他 1、 還可將不同傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行組合，并通過計(jì)算機(jī)下載預(yù)先編制的程序，輕而易舉的組合成各種自動(dòng)控制裝置。 2、 在計(jì)算機(jī)上利用簡單易學(xué)的語言，自己編寫程序，然后下載到控制器中，組合成自己的機(jī)器人。