《创意led——手势控制led》教学设计与反思

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1、《创意LED——手势控制LED》教学设计与反思张丽芳1，谢作如2，钟柏昌3（1,3.南京师范大学教育科学学院，210097；2.浙江省温州中学，325014）摘要：近年来，人们已经认识到机器人对于培养和提高学生的创造力有很重要的作用，但是学校在开展机器人教学时往往局限于重复性实验、机械性模仿的学习活动，不利于学生创新能力的培养。基于以上现状，本课题另辟蹊径以手势控制LED为例，用Arduino机器人的传感器技术与LED模块制的组合应用制作了手势控制LED，旨在培养和提高学生的创新能力。.jyqkeo控制器、数字防跌落传感器、LED、USB数据线以及3P线。（一）Romeo控制

2、器本节课使用的控制器是DFRobot出品的Arduino0Romeo0V1.2，如图1所示。该控制器采用的是最基础且应用最广泛的UNO板卡。它继承了Arduino(328控制器所有的特性而且集成了电机驱动、键盘、IO扩展板、无线数据串行通讯等接口。它不仅可以兼容几乎所有Arduino系列的传感器和扩展板，而且可以直接驱动12个舵机。除此之外，它还提供了更多人性化设计，采用了3P彩色排针，能够对应传感器连接线，防止插错。其中红色对应电源，黑色对应GND，蓝色对应模拟口，绿色对应数字口。（二）LED发光模块本课采用的LED发光模块是DFrobot最为畅销的入门级LED产品。该模块

3、输出的是高低电平，既可以通过数字口控制LED的亮灭，也可以通过支持P的数字引脚控制LED的亮度。除此之外，该模块还具有80°~110°的发光角度，不管从哪个角度都能感受到它耀眼的光芒。(三)数字防跌落传感器本课采用的手势识别传感器是DFRobot的数字防跌落传感器，该传感器采用了夏普公司的距离传感器，是一种光电开关传感器，输出的是数字信号，此外，传感器的有效检测距离为102cm。该传感器具有受可见光干扰小、易于装配、使用方便、可用于小车避障和防跌落等特点。这里要注意的是该传感器检测到手或者其他障碍物时输出低电平，即0（有效距离102cm之内），而没有检测到手或者其他障碍物时输

4、出高电平，即1。（四）硬件搭建1．将两个数字防跌落传感器固定在支架上面，即支架左边一个传感器，右边一个传感器（使用支架的目的是便于学生区分左、右两个传感器以及检测手势方向）。2．将LED模块、两个数字防跌落传感器接到扩展板的数字口上面，同时记录连接到扩展板的数字针脚号，如LED模块接到数字针脚3，左、右两个数字防跌落传感器接到数字针脚8、9上面，如图2所示。3.通过USB数据线将Romeo控制器和电脑连接起来，正确选择板卡型号UNO和端口号。四、程序编写硬件搭建好之后，接下来就需要编写程序了。本课采用的编程环境是图形化编程软件ArduBlock。ArduBlock是一款为Ar

5、duino设计的图形化编程软件，是Arduino官方编程环境的第三方软件，目前必须依附于Arduino2IDE软件运行，使用图形化积木搭建的方式编程，可视化和交互性强，编程门槛低，即使没有编程经验的人也可以尝试给Arduino控制器编写程序。在编写程序时，笔者提供了两种思路：其一，如果左边传感器先检测到手，一段时间之后（如200毫秒），右边传感器会检测到手，而左边传感器检测不到手，这说明手势方向是从左到右点亮LED；如果右边传感器先检测到手，一段时间之后（如200毫秒），左边传感器会检测到手而右边传感器检测不到手，这说明手势方向是从右到左熄灭LED，参考程序如图3所示。其二，

6、如果左边传感器先检测到手，然后在一段时间内（如600毫秒内）不断地判断右边传感器是否检测到手，如果这段时间内右边传感器检测到手，而左边传感器没有检测到手，说明手势方向是从左到右；如果右边传感器先检测到手，然后在一段时间内（如600毫秒内）不断地判断左边传感器是否检测到手，如果这段时间内左边传感器检测到手，而右边传感器没有检测到手，说明手势方向是从右到左，参考程序如图4所示。基于以上两种思路，在教学中，笔者选择了思路一，主要是因为这一节课是培养学生的创造能力，消除学生对高科技的神秘感，所以通过两个传感器检测到手势的时间顺序来理解手势识别的过程原理是本节课的一个重点，学生在理解原

7、理的基础上，很容易就可以利用已有知识通过思路一编写程序实现手势控制LED的效果。学生在实现效果的同时，可以引导学生运用不同的编程思想如思路二实现相同甚至更优的效果。五、拓展应用人类学习具有“聚类”特点，不管是新知识的获取还是原有知识的同化，都习惯以“类”为依据进行加工、存储和提取。教学设计应以某种聚类方式将相关学习内容连成组块，从而在局部上聚类知识内容，在宏观上形成课程内容的集合，逐步呈现给学习者，从而达到较好的教学效果。根据已有研究，大致有三种聚类方式：以相似的功能、相似的技术思想、相似的目标聚类。通