利用Arduino探究单摆周期教学实践及反思.doc

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1、《利用Arduino探究单摆周期》教学实践及反思选题背景随着机器人技术的普及，机器人进课堂成为一种趋势。但是，从目前的机器人教学的内容来看，机器人只是作为学习的对象，有关机器人技术的本体知识构成了机器人课程的核心或全部内容，模拟实验或模拟再现生产生活中的科技产品成为机器人课程的主要教学方式。尽管这对学习机器人的基础知识和基本技能来说非常有效，但不应该成为机器人教学的全部。而科学探究，作为一个世纪以来国际基础教育改革所努力追求的方向,却在教学实践层面没有得到足够的重视。实际上，世界各国一直提倡学生

2、科学探究能力的培养，我国的新课程改革也特别强调科学探究活动。我们认为，将机器人作为科学探究的一种工具和平台，开展科学探究活动，是中小学机器人教育的一个重要发展方向。因此，在探究单摆周期的课堂活动中，我们将红外数字避障传感器作为科学探究实验的一种工具，搭建探究单摆周期的实验装置。这将不仅能够帮助学生学习机器人的基础知识和基本技能，掌握与单摆实验相关的知识，还能够培养学生的科学探究能力，提高他们学习机器人的积极性。方案设计1.教学内容和学生情况分析本课的教学内容是利用Arduino探究单摆的周期，并

3、学会红外数字避障传感器的使用方法。本课的教学对象是温州中学高一学生，他们已经对Arduino机器人产生了浓厚的兴趣，并己理解了Arduino机器人的输入输出，掌握了传感器及串口监视器的使用方法，熟悉了Mixly的基本模块。1.教学目标（1）掌握Arduino机器人中红外数字避障传感器的使用。（2）通过自主设计探究单摆实验的方案，体验科学探究的过程和方法。（3）通过利用Arduino做科学探究的实验，感受传感器为工作带来的便利，使学生对学习机器人产生积极的态度。2.教学重点和难点本课的教学重点是通

4、过利用Arduino探究单摆周期的实验，理解科学探究的一般过程与方法,难点是自主制定计划、设计探究实验方案。3.探究单摆周期实验的方案设计由教学内容及教学目标可知，本课题最重要的是让学生在理解单摆实验原理的基础上，自主制定探究活动的实验方案，从而体验科学探究的一般过程与方法，提高学生学习机器人的兴趣。因此，综合考虑教学内容、教学目标及课堂时间等因素，本课题设计了如表1所示的实验方案。硬件搭建利用Arduino探究单摆的周期实验所用到的硬件器材有：Romeo控制器、红外数字避障传感器、USB数据线

5、以及3P线等。1.红外数字避障传感器红外数字避障传感器也称红外接近开关，是一种集发射与接收于一体的光电开关传感器。传感器在接收到信号后，会引起后测指示灯的亮灭。这款传感器背面有一个电位器，可以根据需要调节障碍的检测距离。当探头前方无障碍时，红外数字避障传感器输出高电平，有障碍时则相反。1.硬件搭建红外数字避障传感器自带了3P接线,其中红线对应5V,绿线对应GND,黄线对应信号线，将其按照对应颜色的接线接在Romeo控制器的数字针脚即可。本文中接线接在了2号数字针脚，接线图如图1所示，实物图如图2

6、所示。图1接线图图2实物图程序编写程序编写需解决两个问题：一是记录单摆来I口I摆动的次数和时间；二是根据检测到的次数和时间自动输出单摆的周期。由于单摆刚开始摆动时不很稳定，因此有必要略过前几次摆动的次数及时间。这里，我们从单摆摆动的第三次开始计时和计数。测出需要摆动的次数和时间后，就可以用总时间除以总次数，求出单摆的周期。要注意的是，每次传感器检测到小球经过最低点时，是经过了半个周期，因此在计算单摆周期时，需将次数除以2,具体程序如图3所示。图3程序代码教学实践在本次教学实践中，教师主要通过以下

7、四个环节完成教学。1.抛出问题引入新课教师出示一张钟摆的PPT,同时给学生抛出一个问题：有同学注意到家里摆钟的钟摆在有规律地摆动，经认真观察发现，钟摆来回摆动一次的时间刚好是1秒。那么，是不是所有的钟摆来回摆动一次的时间都是1秒呢？教师让学生上网查找资料并以小组为单位展开讨论，最后请小组代表发表组内意见，同时对学生的观点给予肯定或者纠正。教师再以PPT的形式展示物理实验中单摆实验的示意图，并向学生解释周期的概念及钟摆的工作原理。教师接着向学生展示传统单摆实验的装置，并引导学生思考这样做实验可能产

8、生的误差和不足。经各抒己见后，教师做出总结：当人观察到小球到达最低点时，开始用秒表计时并人为计数，这样操作存在很大的人为误差。那么能否利用Arduino制作一套这样的实验装置，避免人为误差呢？即这套装置应该具有如下功能：检测到小球摆到最低点时，次数自动加1,同时自动计时，自动求出单摆的周期时长。1.讲解新知制订计划通过前面的学习，学生已了解到传感器最大的优势在于能够自动获取数据，因此教师向学生提问“可以利用哪种传感器检测小球是否到这了最低点，并开始自动计时、计数呢”，引发学生思考。学生讨论后，教