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[入门教程] 【自制教具】-首届“掌控板”教学应用设计大赛

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一、  教具名称:       识色留声机               
二、  申报者:          葛   雷                 
三、  所在学校(单位):    济南九中                    
四、  教具适用学段:(请在确认的学段上划“√”)
(√ )小学 ( √)初中 ()高中( √)创客社团或学校课程
五、  教具适用学科:(请在确认的学科上划“√”)
()物理  ( )化学  ( )生物  ( √)信息 (√ )其他 创客社团     
六、  教具性质:(请在符合选项上划“√”)
(√)创新教具    ( )改进教具
七、  教具适用知识背景介绍:(主要介绍教具在那个年级那个单元那一节内容的教学中适用)
本教具适用于小学、初中及高中的校本课程、学生社团、程序设计教学,可作为全国创客大赛创意制造项目教学案例;通过对案例的解析,掌握颜色转变为音乐的一般过程,熟悉硬件功能,合理使用程序模块制作属于自己的识色留声机。
知识背景
色彩是引起我们共同的审美愉悦的最为敏感的形式要素,也是最有表现力的要素之一,因为它的性质直接影响人们的感情。音乐用组织音构成的听觉意象,来表达人们的思想感情与社会现实生活的一种艺术形式,也是最能即时打动人的艺术形式之一。
旋律响起人们往往无法抗拒的立即处于音乐的氛围当中。无论是西方还是东方,都有人把音乐与颜色对应起来。现实中每个人都有独特的音乐与颜色直觉联系,在本案例将带您一起探索色彩转换为音乐的奇妙旅程。
一、  教具使用简介:
1、教具的特色(创新性、解决或改善的问题)
a.按钮控制舵机运行;
b.自动采集颜色返回值 ;
c.播放不同音乐;
d.多模块组合,颜色到声音的过渡
2、教具的制作方法(实验所需器材、设计图与组装图、程序设计与源代码)
a.实验所需材料
  
序号
  
名称
数量
说明
1
掌控板
1个
主控板
2
micro:bit掌控I/O扩展板
1个
连接掌控版和传感器
3
A4 * 3mm椴木板
2块
使用激光切割机按图切割
4
USB数据线
1条
可直接连接电脑USB口通电
5
I2C颜色识别传感器 -  TCS34725
1个
通过光学感应获取颜色值
6
M3螺母
4个
固定用底座
7
M3*6螺丝6个
6个
固定底座和颜色识别模块
8
M3*20铜柱8个
8个
底座也可用M3*50铜柱4个代替
9
热熔胶枪
少许
固定舵机和连接处
10
A4纸,剪刀,红绿蓝三色水彩笔
1
绘制音乐唱盘
b.设计图与组装图
底座固定掌控版底座、180舵机和360舵机;360舵机上固定圆盘,180舵机连接组装了颜色传感器的平板,按A、B按钮控设备开启和关闭;开启时180舵机将颜色识别模块转动到圆盘上,360舵机同时开始转动,掌控版采集颜色识别器的数值,将颜色信号转换为声音信号,蜂鸣器播放音乐。
202004181062..png
            

图1左颜色传感器螺丝连接示意图    图2右颜色传感器测光孔
202004184394..png
图3 下底盘安装铜柱,和螺丝固定,螺母用来固定上底盘
202004181042..png
图4 上地盘安装180、360、掌控板
202004186003..png

图5  360舵机需少许热熔胶直接固定
202004184847..png
图6  180舵机组装,注意此处需要三块椭圆形木块垫高,剩余三块可以作为其他模块的扩展底座使用,例如红外接收器。
202004189167..png
图7安装颜色传感器和下地盘
202004185166..png
图8 圆盘粘贴画好的彩图,白色轴处热熔胶固定,螺丝和拧紧
202004182871..png
图9 最终效果图
c.程序设计与源代码(软件mind+1.6.2)
(1)数据初始化
掌控板通电,屏幕初始化,显示作品名和操作说明;依次初始化颜色传感器,蜂鸣器,舵机;其中Tnum变量0-1的判断,实现按钮模块功能。
202004183173..png
(2)按钮A开启识色留声机
按钮A按下,变量Tnum设置为1 180舵机转到指定位置,360舵机开始正转,程序循环执行颜色模块识别并反馈数值;判断反馈数值播放相应音符,直到Tnum为0停止;
202004188973..png
如果红色>蓝色 同时 红色>绿色,演奏1;
如果绿色>红色 同时 绿色>蓝色,演奏2;
如果蓝色>红色 同时 蓝色>绿色,演奏3;
202004188588..png
(3)按钮B关闭识色留声机
按钮B按下,变量Tnum设置为0,180舵机归位,360舵机、颜色模块、蜂鸣器停止工作;
202004181080..png
3、教具的使用方法(教学过程设计、教具使用演示视频)
课程导入
教师导语:
《道德经》第十二章说:五色令人目盲;五音令人耳聋;五味令人口爽;驰骋畋猎令人心发狂;难得之货令人行妨。是以圣人为腹不为目,故去彼取此。色彩与音乐相辅相成,密不可分,哪里有色彩哪里就能能感受到音乐的存在,今天我们一起分享《识色留声机》项目;(播放识色留声机视频)
实验活动1:比较识色留声机和传统留声机的区别
教师问:
传统留声机黑色唱盘上, 当唱针沿着沟槽移动, 针尖随沟槽波动而轻微地振动。这个振动通过机械装置传送一个膜而将其放大并散发在空气中;请思考案例和我们日常所知的留声机有何不同?请尝试分析如何能实现识色留声机的功能。
学生答:
案例中的留声机不需要探针,按案件A360舵机转动,180舵机转动到制定位置,颜色模块感应不同颜色,蜂鸣器来发出声音美妙的音乐。
案例转动装置可以通过360舵机或是马达实现;彩色唱片可以通过自己画笔制作,颜色模块可以读取彩色唱片信息;蜂鸣器可以播放音乐;掌控板实现模块连接和颜色转化为声音的程序;
实验活动2:组装留声机整体(具体过程参考前文)
实验准备:留声机组装
实验步骤:
1)下地盘组装
2)上地盘安装依次安装180、360舵机,掌控板扩展板
3)安装180舵机和颜色识别模块,360舵机安装画好的唱片
202004183947..png
实验活动3:探究不同颜色的串口反馈值,找出反馈值的规律
颜色识别模块连接IIC接口,编写代码,观察不同颜色的反馈数值
202004184552..png
实验步骤:
1)掌控板插入扩展板,上传程序,扩展板连接颜色识别模块,;
2)打开掌控板拓展板电源开关,取下USB数据线。
3)将颜色识别模块放置在画好的颜色卡上
4)在mind+中串口查看返回值;
课堂讨论:观察串口返回值,查找规律
参考代码
202004187104..png
串口窗口
202004185907..png
课堂讲解:
如果R>B 同时 R>G;红色
如果G>R 同时 G>B;绿色
如果B>R 同时 B>G;蓝色
实验活动4:编写、调试留声机程序,分享作品
(具体代码参考前文程序设计与源代码
实验准备:编写代码,纯硬件测试
实验步骤:
1)编写留声机程序
2)上传代码到掌控板
3)USB连接3.5-5V插口,打开ON开关
4)按A或B按钮测试程序
5)以小组或个人为单位展示成果
实验结论:
依据硬件运行,修正程序和硬件,分享创意
课堂活动:
学生动手组装,教师巡视、指导学生
4、结论(教具的演示结果的准确性;教具的可推广性)
本案例从有趣的识色留声机作品入手,使用目前比较流行的PBL教学方法,通过项目式教学,引导学生提出问题,分析问题,解决问题;教学中融合了STEAM教育理念,培养孩子的动手能力,创新能力,增强了学生的综合素养。
本套实验设备核心模块为掌控板,扩展板,颜色识别模块,舵机;结构件采用激光切割木板、铜柱、螺丝、螺母,成本低,组装简单,而且设计预留了其他功能模块扩展的结构件。适合课堂演示、课堂教学,学生学习使用。
附件:
1、实验装置切割图加工文件
2、源代码程序文件
3、实验演示视频

shzrzxlee  中级技匠

发表于 2020-4-19 20:12:56

实验装置切割图加工文件
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gray6666  初级技神
 楼主|

发表于 2020-4-21 20:10:27

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rzyzzxw  版主

发表于 2020-6-2 08:03:56

首届"掌控板"教学应用设计大赛最全指南
https://mp.weixin.qq.com/s/VvdZnNzydqV0j29_OZZ24w 作品报名表接收邮箱:934188532@qq.com
  作品报名表发送要求:
  1、邮件主题格式:参赛类别(教学设计/自制教具/课程设计)+掌控板教学应用设计大赛+姓名
  (例如:教学设计+掌控板教学应用设计大赛+张三)
  2、邮件附件:参赛作品资料包(作品报名表、作品文档、图片、视频、程序、图纸等资料)
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gray6666  初级技神
 楼主|

发表于 2020-6-2 08:25:37

本帖最后由 gray6666 于 2020-6-2 11:16 编辑

感谢提醒,前期已发送过邮箱;
按照组委会比赛规则,请帮忙把我参赛作品调整为只参加教学设计方向。

十分感谢。
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