小學(xué)機器人灰度傳感器教學(xué)淺談

◆駱衛(wèi)華

(鎮(zhèn)江市京口區(qū)實驗小學(xué))

在中小學(xué)機器人的教學(xué)中，灰度傳感器有著不可忽缺的地位，圍繞灰度傳感器開發(fā)的比賽和活動項目也非常之多。低成本的機器人中灰度傳感器就是主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。如此重要的知識，卻也是學(xué)生學(xué)習(xí)機器人的一個難點，很多學(xué)生對灰度的運用理解不了，如何才能讓學(xué)生充分理解、運用灰度傳感器，筆者提出灰度傳感器教學(xué)三步走的方法。

一、講請灰度原理，掌握測量方法

教學(xué)中，教師首先要向?qū)W生講清灰度傳感器的工作原理和工作方法:灰度傳感器有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上，在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出白光，照射在檢測面上，檢測面反射部分光線，光敏電阻檢測此光線的強度并將其轉(zhuǎn)換為機器人可以識別的信號。

講清原理后，教師可實際展示，讓學(xué)生觀察、體會光敏探頭根據(jù)檢測面反射回來的光線強度，來確定其檢測面的顏色深淺的。同時通過對比讓學(xué)生體會到:測量的準確性與傳感器到檢測面的距離是有直接關(guān)系的;在機器人運動時機體的震蕩同樣會影響其測量精度;外界光線的強弱對其影響非常大，會直接影響到檢測效果，要注意避免外界光的干擾;檢測面的材質(zhì)不同也會引起其返回值的差異等。掌握這些，有利于在程序的調(diào)試中正確分析錯誤的原因。

因為灰度值受影響的因素多，在程序的設(shè)計中就要精確的了解機器人中每個灰度傳感器的值，要讓學(xué)生熟練的掌握灰度值測量的方法，程序調(diào)試中隨時進行檢測出問題的灰度值是否發(fā)生的變化，以做到及時調(diào)整程序。

二、精心設(shè)計實例，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

機器人的活動中，灰度應(yīng)用很廣，很多比賽項目中都要用到，更有一些項目就是以灰度為主，但這些并不一定適后課堂教學(xué)，不適合初學(xué)的學(xué)生。因此在教學(xué)設(shè)計中應(yīng)充分考慮到學(xué)生的現(xiàn)狀，設(shè)計易于掌握、更好激發(fā)學(xué)生興趣、克服知識難點的實例，可以起到事半功倍的作用。

比如，可以設(shè)計《小區(qū)巡邏保安機器人》的實例，設(shè)計情境，提出任務(wù)“江山名州小區(qū)的物業(yè)管理每天都要派出保安在小區(qū)內(nèi)巡邏，保衛(wèi)小區(qū)的安全，同學(xué)們能設(shè)計一個巡邏機器人，在小區(qū)內(nèi)進行巡邏嗎?”調(diào)動起學(xué)生參與的積極性及學(xué)習(xí)的熱情。在學(xué)生情緒高漲的時候，接著提出思考的問題，“巡邏機器人應(yīng)該具備什么樣的能力?”學(xué)生討論得出，沿著一定的線路自動巡邏，從而引出本課的學(xué)習(xí)內(nèi)容灰度傳感器的使用，師生互動學(xué)習(xí)。接下來根據(jù)所學(xué)的知識進行實踐操作，即編寫自動巡邏程序，學(xué)生進行交流合作，最后教師進行評點。

小區(qū)內(nèi)線路比較簡單，在學(xué)生掌握了利用灰度傳感器進行簡單巡線后，教師可以設(shè)計《智能公交車》的實例。城市的道路比較復(fù)雜，有很多十字路、三叉路，甚至還有一些彎路，這個實例可以訓(xùn)練學(xué)生在復(fù)雜的線路中，如何設(shè)計程序讓機器人按規(guī)定的線路行走，路過的站臺能自動停和走。這個實例相對要復(fù)雜些，對學(xué)生程序設(shè)計的要求比較高，可以在拓展實踐部分。

三、程序由易到難，扎實學(xué)好每一步

機器人利用灰度傳感器進行巡線行走，場地的難易程度決定了灰度傳感器的個數(shù)，最多時可以用到5 個灰度傳感器。使用到的傳感器數(shù)量越多，程序也越復(fù)雜，教學(xué)中不能指望一蹴而就，應(yīng)從最基本的測灰度值教起，學(xué)生能熟練的測量灰度值了，再來教學(xué)巡線。

機器人巡線最簡單的是兩個灰度傳感器夾著黑線走直線，實現(xiàn)方式是在機器人的前方安裝兩個灰度傳感器夾住黑線，行走時通過判斷傳感器的返回值來決定執(zhí)行相應(yīng)程序。教學(xué)中可讓學(xué)生充分討論、分析機器人巡線時會出現(xiàn)幾種情況:正常行走、向左偏、向右偏。引導(dǎo)學(xué)生分析機器人向左偏時兩個灰度傳感器分別是在什么顏色上;機器人向右偏呢;機器人方向正確時又是怎樣的?然后再讓學(xué)生到場地中分別測出白色和黑色上的值，通過機器人顯示屏觀察機器人的灰度傳感器在黑色、白色之間來回切換時顯示值的變化，得出灰度傳感器在黑色和白色上的中間值，當(dāng)大于此中間值時就可以判斷灰度到了黑線上，而小于此中間值時則還在白色上。學(xué)生然后再討論，機器人向左偏、向右偏時分別該怎么校正方向。最后，指導(dǎo)學(xué)生運用算法思維解決，編寫程序下載到機器人中進行反復(fù)調(diào)試，直到機器人沿直線走正確。

學(xué)生完全理解兩個灰度傳感器走直線的編程思路后，加大難度，分析拐彎的程序。讓學(xué)生討論并嘗試，當(dāng)機器人遇到叉路口要拐彎時怎么辦?學(xué)生在嘗試中會發(fā)現(xiàn)，兩個灰度傳感器夾直線走的程序能實現(xiàn)簡單的九十度拐彎，但機器人走得很辛苦，如果三叉路或十字路，兩個灰度就實現(xiàn)不了。這時，教師就順勢提出可不可以增加了一個傳感器，專門負責(zé)檢測是機器人是不是走到了路口，“這第三個灰度傳感器加入后，程序又怎么編寫?”學(xué)生討論，教師引導(dǎo)后讓學(xué)生明白第三個灰度雖然是后加入的，但在程序中應(yīng)讓機器人優(yōu)先檢測判斷，此灰度遇到黑線要先拐彎，沒有遇到黑線才能運行走直線程序。在掌握兩個灰度走直線的方法后，因勢利導(dǎo)三個灰度拐彎程序也引刃而解。

完成三個灰度傳感器的應(yīng)用后，有條件的就可以讓學(xué)生嘗試五個灰度走有一定復(fù)雜的場地了。

程序完成后，教師還要指導(dǎo)學(xué)生在調(diào)試程序失敗后如何得找出問題，分析問題，解決問題。通過由淺入深、由易到難的三步教學(xué)，教師適時的指導(dǎo)、評價、鼓勵，讓學(xué)生在反復(fù)調(diào)試后順利掌握灰度傳感器的使用與編程方法。當(dāng)學(xué)生看到自己的機器人圓滿完成任務(wù)時是如何的自豪與驕傲，從而激發(fā)他們進一步探索的激情和信心。