7697風力遙控船程式設計
設計者 廖文正, 教案對象 國中
設計單位 福和國中, 教案分級 進階
教案類別 程式設計,
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發布日期 2021-03-16 發布單位 新北市福和自造教育及科技中心 瀏覽次數 145
教材簡介

教案名稱:八年級-7697風力遙控船程式設計

教學設計:廖文正

  • 核心素養的展現

總綱核心素養面向

總綱/核心素養項目

領綱核心素養具體內涵

主要教學內容

A

自主行動

A2

系統思考與解決問題

A3

規劃執行與創新應變

-J-A2

運用科技工具,理解與歸納問題,進而提出簡易的解決之道。

-J-A3

利用科技資源,擬定與執行科技專題活動。

  1. 7697控制馬達元件練習
  2. LinkIt Remote按鈕、滑桿物件程式設計
  3. 與生科課協同試船

B

溝通互動

B1

符號運用與溝通表達

-J-B1

具備運用科技符號與運算思維進行日常生活的表達與溝通。

  1. LinkIt Remote初始化概念及畫面設計
  2. 與生科課協同試船

C

社會參與

 

 

 

 

  • 學習重點雙向細目

學習內容

學習表現

資P-IV-4模組化程式設計的概念

資P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作

運t-IV-3

能設計資訊作品以解決生活問題。

 

能使用模組化的概念將風力遙控船的控制介面設計出來

運t-IV-4

能應用運算思維解析問題。

能使用模組化的概念測試伺服馬達、直流馬達的程式控制

 

運p-IV-1

能選用適當的資訊科技組織思維,並進行有效的表達。

能使用模組化的概念,解說遙控船控制介面設計原理

 

 

  • 教案概述

科目/領域別

資訊科技/科技領域

專題名稱

7697風力遙控船程式設計

教學對象

國中八年級學生

教學時數

每週1節,共6

教學設備

電腦、平板、7697開發板及擴充套件

專題摘要

以程式設計概念出發,結合生活科技動力船單元,開發可程式控制遙控船,了解科技、程式在生活層面的應用,培養學生善用各種科技知能,創造無限可能。

學習目標

  1. 什麼是模組化程式設計?
  2. 模組化如何應用在7697開發板?
  3. 如何利用模組化功能,設計7697遙控船介面
  4. 設計並實作控制伺服馬達(舵機方向)與直流馬達(風力馬達)在船體上。

先備知識

  1. 了解開發板相關應用及經驗
  2. 積木式程式設計概念、能力

運算思維

  1. 7697開發板、平板(手機)、船隻動力(直流馬達、方向控制(伺服馬達)間的關係。
  2. 7697如何控制直流馬達。
  3. 7697如何控制伺服馬達。
  4. 模組化的遙控器-LinkIt Remote APP
  5. 初始化LinkIt Remote遙控器
  6. 遙控器物件程式設計

議題融入

學習主題

 

實質內涵

 

與課程綱要的對應

核心素養

-J-A2

運用科技工具,理解與歸納問題,進而提出簡易的解決之道。

-J-A3

利用科技資源,擬定與執行科技專題活動。

-J-B1

具備運用科技符號與運算思維進行日常生活的表達與溝通。

學習表現

運t-IV-3

能設計資訊作品以解決生活問題。

運t-IV-4

能應用運算思維解析問題。

運p-IV-1

能選用適當的資訊科技組織思維,並進行有效的表達。

學習內容

資P-IV-4

模組化程式設計的概念

資P-IV-5

模組化程式設計與問題解決實作

         

 

  • 評量方式

單元

以學習表現作為評量標準

對應之學習內容類別

具體評量方式

7697控制馬達元件練習

運t-IV-4能應用運算思維解析問題。

能正確連結馬達元件

能正確以程式設計驅動馬達元件。

資P-IV-4模組化程式設計的概念

模組化程式設計理解

 

  1. 記錄學生完成狀況,給予適當的分數,愈早完成者分數愈高。
  2. 教導同學完成的人可以加分。
  3. 測試不同狀況的同學可以加分

LinkIt Remote初始化概念及畫面設計

t-IV-3能設計資訊作品以解決生活問題。

能設計適合的操作介面以控制風力船上的舵機及風力馬達

P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作

設計適合操控的介面

二人一組,討論、設計適合的操作介面,構圖產生操作介面,並實作。交回構圖評分,並看實作狀況評分。

LinkIt Remote按鈕、滑桿物件程式設計

t-IV-3能設計資訊作品以解決生活問題。

舵機功能需正常受控制運作

風力馬達功能需正常受控制運作

P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作

利用LinkItRemote模組化的程式設計,設計控制風力船的相關功能

  1. 記錄學生完成狀況,給予適當的分數,愈早完成者分數愈高。
  2. 教導同學完成的人可以加分。

 

與生科課協同試船

p-IV-1能選用適當的資訊科技組織思維,並進行有效的表達。

能解說自己程式的設計重點及程式運作原理

P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作

能解決試船後出現的問題(例如擺放位置影響平衝、操控如何改進更方便…)

  1. 記錄學生完成狀況,給予適當的分數,愈早完成者分數愈高。
  2. 教導同學完成的人可以加分。

 

 

 

 

 

 

 

 

  • 課程設計架構圖

7697風力遙控船程式設計

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • 教學活動

活動一

7697控制馬達元件練習(2節)

學習表現

運t-IV-4能應用運算思維解析問題

學習

  1. 熟悉7697接線及腳位
  2. 理解程式運作及除錯
  3. 理解馬達元件特性

學習內容

P-IV-4模組化程式設計的概念

教學活動

活動內容

教材

引起動機 5min

 

展示去年課程的作品,實際操作風力遙控船,解釋船的設計理念

已完成的風力遙控船

直流馬達接線練習及程式碼解說 20min

  1. 在此之前的課程已先熟悉7697的基本操作及概念,使用的是黑色擴充板,進行過一些基礎的練習,如講義網頁上方的內容所示
  2. 這節開始使用白色擴充板(Robot Shield),黑色及白色擴充板的差別在於白色擴充板,提供二組直流馬達的接點,且有電容(電池)支持離線操作,,方便離線放到風力船上控制直流馬達,而黑色擴充板則無此設置(電池、直流馬達接點)。
  3. 白色擴充版二組直流馬達接入點已定義好腳位,MotorA(Pin10、Pin12),MotorB(Pin13、Pin17),這節練習的部分選定MotorB接點連接。+
  4. 學生的直流馬達是在生科課時已焊二條電線,在這節課則要將二條線鎖進Pin13和Pin17。(可能需準備焊槍、焊錫、電線、剝線鉗預防學生的直流馬達電源線掉落修補)。
  5. 7697風力遙控船程式設計 學生接好線路後,開始講解程式撰寫的部分

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. 目前還沒有使用到LinkitRemote APP控制,因此先使用7697板子上的自訂按鈕USR,測試送電控制邏輯。USR按鈕所連接的腳位是Pin6,因此只要判斷Pin6的高低電位,就知道使用者有沒有按下按鈕,若測到Pin6高電位,則表示按下了USR按鈕,此時可選擇MotorB任一腳位送電,本例為腳位13送電(高電位),反之則否。

7697風力遙控船程式設計

USR使用者自訂按鈕

  1. 學生程式撰寫完後開始燒錄至7697,並開始檢查,做完的同學功能正常與否,登記號碼,愈早成功的分數可以調高。
  2. 讓學生測試供電腳位不一樣,有什麼結果,先試出來的,先加分,可以加前面做出來的幾位同學。

 

http://163.20.173.51/linkit7697.htm#Motor

檢查學生程式正確性及除錯 15min

(第一節結束)

  1. 學生接好線路,程式撰寫好了燒錄至7697,開始測試程式是否正常運作。
  2. 先做完先舉手,測試完全正常後登記號碼。
  3. 先做完的同學可以試不同腳位的狀況,改腳位17,再看結果如何?
  4. 若同學幫忙同學除錯,可以幫同學加分。

http://163.20.173.51/linkit7697.htm#Motor

伺服馬達接線練習及程式碼解說 20min

  1. 這節課要連接伺服馬達,該馬達已是杜邦接頭,因此只要確認不要插反了或插到已使用的腳位(例如腳位6,腳位1)即可。因此建議學生都插到腳位15的部分。這部分一開學生很容易插反了。

7697風力遙控船程式設計

黃色線為s資料傳輸線,要朝內

  1. 接下來要解釋程式碼的運作原理,帶入變數的概念。由USR按鈕控制變數(angle)遞增,然後將變數寫入伺服馬達的角度中。其中需注意,初始角度先設為0度,遞增過程中,要檢查是否超出最大角度。要重複測試,只要按一下Reset按鈕,就會回到0度。

7697風力遙控船程式設計

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

http://163.20.173.51/linkit7697.htm#Motor

檢查學生程式正確性及除錯 25min

(第二節結束)

  1. 學生接好線路,程式撰寫好了燒錄至7697,開始測試程式是否正常運作。
  2. 先做完先舉手,測試完全正常後登記號碼。
  3. 先做完的同學可以試角度遞減,試出來的同學可以加分
  4. 若幫忙同學除錯,可加分。

 

活動二

LinkIt Remote初始化概念及畫面設計(1節)

學習表現

運t-IV-3能設計資訊作品以解決生活問題。

學習

  1. 理解模組化程式設計
  2. 認識模組化物件的功能
  3. 設計適合操控的介面

學習內容

P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作

教學活動

活動內容

教材

分組活動 5min

  1. 每人就近找組員,二至三人一組。
  2. 討論程式如何完成畫面配置。
  3. 將設計的畫面畫在學習單上,註明座標、大小等資訊。

 

模組化概念帶入

LinkItRemote初始化設計解說 15min

  1. LinkItRemote的物件全是模組化後的結果,在學生使用之前剛好可以帶入讓學生明白,程式設計的概念可以透過模組化後簡化,不必重頭開發。像是按鈕、滑桿…都是模組化後的結果。
  2. LinkItRemote運用在風力船控制,用的物件不多,要先初始化,初始化定義物件後,即能在APP中出現。像下圖類似的物件要拉出來定義。

 

 

7697風力遙控船程式設計

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
  1. 初始化時,可以由學生的學習單上的設計畫面,取得座標及大小。
  2. 設計剛成後,要燒錄到7697。然後拿iPAD平板,打開藍芽,連結7697,就可以取得設計的畫面。

http://ms2.ctjh.ntpc.edu.tw/~luti/108m-programing.htm

(江翠國中呂天齡老師網站)

http://163.20.173.51/linkit7697.htm#linkIt

檢驗學生畫面設計結果及除錯 25min

  1. 學生成功燒錄至7697後,老師逐一檢查,畫面狀況,並登記完成的座號,先正確做完分數可以提高。
  2. 畫面設計有創意可以加分。
  3. 若幫忙同學除錯,可加分。
  4. 程式需留存下來,下週要繼續使用,可以傳到個人的雲端硬碟中保存。

http://163.20.173.51/linkit7697.htm#save

活動三

LinkIt Remote按鈕、滑桿物件程式設計(1節)

學習表現

t-IV-3能設計資訊作品以解決生活問題。

學習

  1. 撰寫適合的物件控制程式碼
  2. 理解程式運作及除錯

學習內容

P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作

教學活動

活動內容

教材

連結直流馬達及伺服馬達至7697上-10min

  1. 連結直流馬達到MotorB位置,和之前練習的位置一樣。此時應該已在生科做好船體,將7697結合到船體上。
  2. 連結伺服馬達到腳位15的位置,和之前練習的位置一樣。

 

匯入之前的程式-5min

  1. 將上週製作的初始畫面下載回來,匯入繼續往下做

http://163.20.173.51/linkit7697.htm#匯入

為遙控器上的物件,撰寫程式,給予功能-15min

  1. 在始初化設定中新增變數angle,及設定伺服馬達初始角度90度。

7697風力遙控船程式設計

 

 

 

 
  1. 記得提醒學生需要在「初始化」及「重複執行」中加入「處理手機程式指令」否則程式在平板上會無法正常運作。
  2. 重複執行的程式碼中,控制伺服馬達,可以Slider或是按鈕或是並存,建議同學可以並存。另外角度也不用到180度。因為過大的角度,只會讓船重心不穩,並原地打轉。這些若有時間,是可以讓學生試誤,若時間不足可以直接告訴學生。程式碼的部分只提供部分,剩下的需同學自己依樣畫葫蘆自己完成。

7697風力遙控船程式設計

 

 

 

 

 

 

 

 

這是左轉按鈕,右轉請學生自己完成。

  1. Slider的部分則需加上是否更新資料的判斷,也就是偵測使用者有沒有去動Slider(滑桿)。

7697風力遙控船程式設計

 

 

 

 
  1. 直流馬達部分只提供前進方向程式碼解說,後退部分由學生自行操作完成。

7697風力遙控船程式設計

 

 

 

 

 

 

http://163.20.173.51/linkit7697.htm#remote

平板連結測試功能正常與否及除錯20min

 

  1. 學生成功燒錄至7697後,老師逐一檢查,畫面狀況,並登記完成的座號,先正確做完分數可以提高。
  2. 若幫忙同學除錯,可加分。
  3. 程式需留存下來,下週要繼續使用,可以傳到個人的雲端硬碟中保存。

 

活動四

與生科課協同試船(2節)

學習表現

運p-IV-1能選用適當的資訊科技組織思維,並進行有效的表達。

學習

  1. 修正各種不符合要求的狀況
  2. 能解說設計原理

學習內容

P-IV-5模組化程式設計與問題解決實作

教學活動

活動內容

教材

開始試船

重複提醒程式碼的部分及預留時間給學生修正船隻問題 90min

  1. 通常開始試船時,就會出現相當多的問題,各式各樣都有,有船重心不穩的、有程式無法正常控制船隻、有船的零件組裝掉了、有風扇被船隻卡住的、有電線沒焊好掉了、有伺服馬達角度不正確的、有伺服馬達壞了、直流馬達壞了…,此時建議最好協同教學,生科、資科老師同時在是最理想的。
  2. 試船後,登記號碼,先完成者分數較高。
  3. 完成試船的人,詢問程式運無 關問題及設計理念。
  4. 若以協同教學進行,此活動可協調佔資科一節、生科一節

http://163.20.173.51/linkit7697.htm#remote

             

 

  • 教學回饋、參考資料

教學成果與回饋

  1. 此部分課程設計要用的到設備非常多,上起課來非常費事,需要用到的設備有:電腦、平板、7697開發板組、實物投影機、螺絲起子、剝線鉗、電烙鐵、熱熔槍、熱熔膠、水池等。學校若有像數位自造教室(裏面有工作桌、電腦同時存在)會比較方便進行課程。
  2. 課程進行時,常發生一些不可預期的狀況,例如程式看起來就是正常的,為何燒錄不進7697,原來是物件名稱使用到中文,或是物件名稱修改了,但是部分程式碼沒有修改到,一個不起眼的錯誤,在老師備課時不會發生的事,在學生身上都發生了。這個課程又是第一年試上,老師也是邊備課、邊上課,坦白說對7697的熟悉程度只比學生好一些,幸好都可以解決所發生的問題,從實做的角度來看,讓學生開始動手做,不是只看模擬器,更有實用的價值,生科、資科的結合,讓課程更可執行度更高, 不是老師一個人單打獨鬥。
  3. 共備課程的好處就是有人可以詢問,遇到問題時,大家互相研究,比較快可以找到解決方案,對新課綱來說,很多都是新的嘗試,共備是一個面對新課綱的好方法。

參考資料

  1. 新北市江翠國中呂天齡老師網站http://ms2.ctjh.ntpc.edu.tw/~luti/108it-class.html
  2. 7697官網 MediaTek Labs https://docs.labs.mediatek.com/resource/linkit7697-arduino/zh_tw/developer-guide/using-linkit-remote

 

 

 

 

  • 附錄

1.學習單及評量表單

7697風力遙控船程式設計

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

▲老師教學網站 http://163.20.173.51

 

評量表單部分,此次課程中很多時侯是看學生有沒有練習到位,因此完成的快慢決定分數的高底,像馬達元件練習,大致上會區分四個區塊,約三等分,每等分10分級距,看狀況加減分,有幫同學除錯的人再加分。

人數(累計人數)

分數

9(9)

90以上

9(18)

80以上

9(27)

70以上

不定(未做完的人)

30-50

 

LinkItRemote學習單-繪製遙控器畫面

班級:      座號:(    )(    )    姓名:(         )(         )

以上平板或手機畫面,自行決定切割數,配置物件上去,寫上物件座標在物邊邊,以下分割以6X7為例

(0,0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5,6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.教學活動剪影與學生作品

 

▲課程開發研習的電切版風力遙控船習

▲伺服馬達測試-使用iPAD

7697風力遙控船程式設計 7697風力遙控船程式設計 7697風力遙控船程式設計

▲伺服馬達控制程式撰寫

7697風力遙控船程式設計

▲直流馬達控制程式撰寫及測試

7697風力遙控船程式設計

▲試船及修正船體

▲協助同學除錯

7697風力遙控船程式設計 7697風力遙控船程式設計

▲協同課時資科老師協助學生問題解決

▲BubbleSort流程練習

▲Microbit程式撰寫

7697風力遙控船程式設計

▲協同課時生科、資科老師協助學生問題解決

7697風力遙控船程式設計

▲數位自造教室有工作桌、電腦同時存在,適合此類課程進行

7697風力遙控船程式設計

▲協助同學除錯

▲水池試船

7697風力遙控船程式設計 7697風力遙控船程式設計

▲試船及修正船體

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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