【自制教具】-首届“掌控板”教学应用设计大赛

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。

            

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

图3 下底盘安装铜柱，和螺丝固定，螺母用来固定上底盘

图4 上地盘安装180、360、掌控板

图5  360舵机需少许热熔胶直接固定

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。

图7安装颜色传感器和下地盘

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

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。

（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；

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；

（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；

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

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

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

串口窗口

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

实验装置切割图加工文件

https://mc.dfrobot.com.cn/thread-304334-1-1.html

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）

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。