空中机器人创意制造系列课程

庄建东 浙江省嘉兴市秀洲区印通小学信息技术教师，信息技术教研组组长。2019年加入校第一梦想团队，主要负责创客教育和编程无人机拓展课教学。

教学背景

本课程适合小学拓展课开展活动时使用，适合的教学对象为四年级以上有一定动手能力的学生。使用Mind+图形化编程软件，以大疆RoboMaster TT教育无人机和DFRobot旗下出品的为搭配RoboMaster TT而开发的传感器套件为学习基础设备。通过对空中机器人——TT教育无人机飞行原理和搭载的ESP32开源硬件的学习，让学生学会设计和制作自己的空中机器人。

本节课是空中机器人创意制造系列课程的移动交通指挥员项目制作。学生前面已经学习了无人机的连接和飞行操作，可以实现无人机的飞行，本课通过项目式学习设计自己的机器人，实现移动指挥交通的功能。

教学目标

知识与技能 了解板载执行器，学会点亮LED小灯。

过程与方法 合作探究，查阅资料，熟悉板载执行器及LED小灯的使用。

情感态度与价值观 通过点亮LED小灯，了解TT教育无人机更多的扩展功能，头脑风暴出更多的空中机器人应用的创意。

教学重点与难点

教学重点 连接执行器，学会点亮LED小灯。

教学难点 了解执行器，学会控制LED小灯。

教学准备

教学环境 多媒体教室、电子白板。

资源准备 Mind+软件、RoboMaster TT，查找搜集生活中有关交通灯的例子（包括图片、视频等资料）。

其他准备 提前将学生分好小组，3～5人为一个小组，方便学生内部进行讨论。

教学策略 以项目式学习为主，小组合作完成项目任务。

教学过程

一、情景导入

师：同学们，前面我们已经学习了无人机飞行的基本方法，今天请大家发挥创客精神，将无人机改造成空中机器人。很多同学之前问老师，无人机上自带的控制设备怎么用，其实这就是无人机的板载执行器。接下来几节课，我们一起开动脑筋，让无人机发挥出更多的功能。今天，我们先用这些设备来制作一个可移动的交通指挥员。

板书：移动交通指挥员。

二、认识板载执行器

师：同学们已经学习了一段时间如何使用TT无人机，能很好地控制无人机的飞行。但其实TT无人机还有很多功能，譬如我们可以通过Mind+软件对RMTT扩展模块编程，让无人机实现亮灯、测距等功能。

RMTT扩展模块集成了ESP32模块，可以连接很多扩展的电子元件，让无人机具有更强大的功能。RMTT扩展模块连接了LED小灯、测距点阵屏等电子元件。

师：我们先来看LED小灯元件，它是RMTT扩展模块自带的彩色LED小灯，可以作为信号输出使用。如果想要点亮LED小灯，需要先连接扩展模块，安装驱动。从电脑端打开Mind+软件，点击“连接设备”—“一键安装串口驱动”，如图1，跟随设备驱动程序安装向导完成串口驱动程序的安装。

TT无人机主要通过Micro USB接口提供充电和多种信号连接。当电脑端Mind+软件显示出串口信息，说明连接完成，然后就可以對RMTT扩展模块进行编程。

教学小贴士：了解RMTT扩展模块，学习连接扩展模块。学生需要熟练掌握，方便以后测试、修改调试程序。

三、点亮LED小灯

师：同学们，连接好了扩展模块，接下来我们就可以编写程序让无人机的小灯亮起来。首先添加点亮小灯积木块，如图2。

然后测试小灯，修改小灯的颜色，如图3。

教学小贴士：由简单到复杂，从点亮无人机小灯开始，提升学生的信心。

四、点亮红绿灯

师：刚刚老师收到了一个紧急的任务，学校路口的交通信号灯突然坏了，想让我们的无人机帮忙指挥交通，所以大家要设计一个能指挥交通的红绿灯。刚才我们已经学会了如何点亮无人机小灯，现在只要我们能设计出红黄绿三种颜色的灯，然后让其反复地按时循环点亮，就算做成了一个最简单的红绿灯。

学生动手尝试编写简易红绿灯依次亮灯的程序，并设置等待时间，如图4。程序完成后，测试简易红绿灯的运行效果。

教学小贴士：学生动手实践，观察生活中的红绿灯，设计出一个符合实际的红绿灯。

五、制作移动交通指挥机器人

师：设计好了红绿灯，接下来我们可以给无人机设计一个飞行路线，让无人机充当移动交通指挥员。待无人机飞到指定地点后，开启红绿灯指挥交通，等指挥完毕后，返回基地。

教师引导学生思考：来回飞行路线是否可以参考以前所学习的无人机飞行路线。

学生设计编写无人机飞行代码并测试，如图5。

六、课堂小结与拓展

师：本节课我们从最简单的点亮小灯开始，设计一个能解决生活中实际问题的飞行机器人。虽然我们制作的飞行机器人还有可能遇到其他问题，但是通过一步步发现问题、思考与分析、修改调试与完善，慢慢地我们就能提高与成长，从而做出更好的作品。

学生课后根据自己的创意优化红绿灯，例如添加报警器、测速等功能。

七、评价与交流

在最后评价中，分别以小组评价和活动评价的多个维度来评价学生活动开展情况，从而观察记录学生的成长过程。

教学反思

本节课是TT无人机教学扩展的第一节课，学生要学会安装驱动、连接扩展板和使用Mind+上传模式。这些基础操作是学生日后自学的前提，学会了安装和连接，学生就可以在家自己操作实验，因此非常重要。

在教学过程中，以无人机的LED小灯为突破口，以交通信号灯为主题，让学生从最基础的点亮LED小灯开始学习，内容上比较简单，学生获得了足够的自信心。同时又以生活中的问题为引，锻炼学生解决实际问题的能力。生活中的交通灯坏了怎么办？临时信号灯怎么协调？教学中教师让学生观察生活实际，了解飞行机器人的使用环境。当然在最后学生可能还会提出问题：路口的交通信号灯一般是四个方向协调运作，单个飞行机器人可能没办法指挥一个十字路口。这就需要教师和学生共同拓展探究如何解决，这种问题的思考有益于培养学生探究能力和创新精神。在最后评价过程中，以多种评价方式来反馈学生的学习思考过程和成长过程，激发了学生的学习兴趣，也帮助教师改进和检验自己的教学。

（本课件由DF创客社区推荐）