第九章E 学习包—自动控制与模块机器人教学建议

（一）学习目标

1．知道自动控制和模块机器人的基本知识，知道传感器、控制器和执行器在自动控制中的作用。以模块机器人为实例，学会设计、组装、调试模块式电路。

2．通过实验探究认识模块电路的基本作用；通过设计、组装等自主活动实现“机器人”的自动控制。

3．了解模块式电路的广泛应用，增强学习科学的兴趣，激发探究精神和协作精神。

（二）重点和难点

本节的重点是通过自主学习，使用给定的器材学会设计、组装和调试模块机器人。

本节的难点是通过实验探索，知道简单逻辑电路的具体应用。

（三）教学建议

学生接触比较多的是计算机的信息处理功能，例如：文字、图像、声音处理等。而对计算机的控制功能——微控制器（在智能化家用电器中都嵌有这样的微控制器）不甚了解。利用装有微控制器的模块机器人进行教学，就是要开阔学生的视野，消除对机器人的神秘感，发挥学生的想像力，感受到在探索自动控制中的无尽乐趣。

学习包提出的“模块”概念，在实际生活和生产中已经被广泛采刚。人们只需要了解这些模块的功能，以及它们之间的联系，就可以进行组合，达到创新的目标。智能化自动控制装置（包括机器人）一般都由传感器、控制器和执行器这三大模块组成。其中传感器是一种将外界的各种信号转化成电信号的功能模块，它是实现自动化控制的首要环节。一个国家的现代化程度在一定程度上用自动化水平来衡量，而自动化水平的高低由传感技术来衡量，世界众多国家都把传感技术作为重点发展项目。

1．关于“机器人表演”部分的教学建议

为了使机器人的表演更加直观、有趣，可以选用小车作为执行器。控制程序选用“综合程序”中的“01—即时控制”。先插入循迹传感器，程序启动后，手持小车，此时车轮不会转动。将小车放在桌面上，小车立即向前开动。再换上红外线传感器，重新启动程序，小车原地不动，用手接近红外线传感器，小车立即开动。通过上述实验，演示传感器在自动控制中的检测作用。

为了演示不同程序的控制作用，可插入循迹传感器，分别下载“边沿小车”和“循迹小车”软件，演示使用同一传感器的小车，由于控制程序不同，整个装置的功能也不同。

通过传感器、控制程序、执行器的不同组合，不仅显示了模块机器人的丰富多彩，也为“模块”和“组合”的概念提供了具体的感性认识。

2．关于“传感器实验”部分的教学建议

传感器的作用：

（1）信息的收集。

（2）信息数据的交换。

（3）控制信息的采集。

传感器的检测对象主要有两大类：

（1）长度、面积、位置、转速、压力、加速度、振动强度、浓度、密度、温度、烟雾、气味等人类的五官可以感受到的信息；

（2）超声波、红外线、X射线等人类无法感知的信息。

不同种类的传感器内部都有相应的敏感元件，可以将不同的物理量转化为电学量。教师从基本的电路实验入手，了解传感器的作用，进而利用模块机器人，通过更换不同的传感器，进一步了解传感器在自动控制中的作用。具体的操作方法参见相关的说明书。

3．关于“控制器实验”部分的教学建议

这部分内容是“简单逻辑电路”的具体应用。通过实验，让学生进一步了解门电路在实际的控制电路中的作用。在模块机器人下载软件中，除了基本的门电路程序外，还提供了与非门、或非门等各种门电路控制程序，学生在掌握了基本门电路后，可通过拓展实验，学会分析这些电路的逻辑关系，列出真值表，并学会将这些新的逻辑电路应用到实际生活的事例中。

为了讲解控制程序在自动控制中的作用，可用同一个传感器、同一个执行器，不同的控制程序，产生不同的效果，来体现控制程序的作用。实验中，可先使用触发传感器（学生容易理解输入信号的有、无），然后再引入其他传感器，这样可以使问题简单化。

4．关于“执行器实验”部分的教学建议

通过执行器实验，让学生了解在自动控制装置中，能观察和感受到的是各种各样的电器设备或机械装置，而这些设备或装置之所以能够自动地实现某项功能，就是由于控制程序根据传感器采集的外部信息，经过处理后，通过指令，实现了自动化的全过程。

5．关于“分组设计”部分的教学建议

设计方案可以有多种途径：

（1）改变组合方式。提出一个自动化控制的设想，利用模块机器人现有的模块（包括程序），通过新的组合来模拟这种装置（例如：利用电灯来代替电炉，模拟多功能温控电磁炉）。

（2）改换情景。在模块机器人的下载软件中，提供了各种类型的控制程序，并附有简短的使用说明。学生了解了这些程序的功能后，可以根据程序改换情景，改用其他的传感器或执行器，将这些程序用到自己设计的自动控制装置中。例如：在“演示程序”中有一段“定时亮灯”程序，可以将原先的声控延时灯改换成红外线控制电风扇，再设置一个情景，就是一种新的设计。

（3）自己编程。模块机器人的下载软件中，提供了简单的编程软件。学生可以编写自己的程序，利用现有的传感器和执行器进行创作。

（4）自己动手，制作简单的传感器或执行器（详见说明书），利用现有的控制程序进行创作。

有关模块机器人的具体操作方法可参阅附带光盘中的使用说明书。光盘中还提供了简单易学的编程软件和有关说明，以及如何自制传感器和执行器的方法。

（四）作业说明

本节共有练习和实验题6道，可安排在第3课时做。

参考答案如下：

A组

1．传感器 控制器执行器

2．光照 声音

3．C

4．温度传感器 声音传感器 红外传感器

B组

5．使用光照和红外线传感器以及“与门”控制程序

6．使用循迹传感器以及“即时控制”程序

7．使用光照和红外线传感器以及“延时”控制程序

发布时间：2010/9/21 上午7:14:07  阅读次数：3189