陶愉钦 上海市宜川中学附属学校信息科技教师。曾指导学生参加信息学奥赛、上海市雏鹰杯乐高机器人竞赛、手机应用设计竞赛、上海市单片机应用竞赛、上海市青少年建筑模型3D创新模型竞赛等竞赛活动，获得优异成绩。

学习背景

为顺应“互联网+”时代教育和社会发展要求，发挥创客教育在培养青少年创新思维中的作用，本课从智能机器人设计制作入手，使用乐高积木搭建机器人小车，借助陀螺仪传感器获取小车的旋转角度，通过蓝牙实现两辆小车间的无线通信，在LEGO MINDSTORMS Education EV3编程软件（下称“EV3软件”）中利用消息传递模块、数学模块、移动槽模块控制两辆小车方向同步。让学生经历“想象—创造—分享—反思”的过程，培养学生的创新意识。

教学目标

知识与技能：1.使用乐高积木设计并搭建两辆装配陀螺仪传感器的机器人小车；2.描述蓝牙通信的作用，实现两辆机器人小车之间的蓝牙连接；3.使用陀螺仪传感器采集数值，利用消息传递模块、数学模块、移动槽模块实现两辆小车方向同步；4.使用EV3软件进行程序编写。

过程与方法：1.能通过学习资料、网上资料查询、摸索与尝试操作等方式学习新知识；2.经历在程序修改和参数调试过程中提高解决问题能力的过程。

情感态度与价值观：1.体验蓝牙通信在生活中的应用，从而提升学习兴趣，培养创新思维；2.在小组合作学习中能发挥特长，积极承担任务，善于提出自己的观点并和组员协作进步。

教学重点与难点

教学重点：建立两辆机器人小车之间的蓝牙连接，实现主从EV3控制器间的消息传递。
教学难点：利用消息传递模块、数学模块、移动槽模块实现两辆小车方向同步。

教学过程

一、创设情境

不谋而同：事先没有商量过，意见或行动却完全一致，该成语出自《三国志·魏书·张既传》。本课以“不谋而同”这一成语引入，让学生思考怎样实现两辆乐高小车之间的方向同步。

二、需求分析

教师组织学生讨论控制两辆小车方向同步的关键要素，了解蓝牙通信在生活中的应用，分析蓝牙通信在本作品中的作用。

三、探究新知

教师组织学生阅读学习资料、查询网上资料，了解在EV3机器人中实现蓝牙通信的方法，通过摸索与尝试，在两辆机器人小车之间建立蓝牙连接，实现主从EV3控制器间的消息传递。

四、编程调试

在前期讨论和观察分析的基础上，教师组织学生分小组经历观察现象、发现问题、分析原因、尝试解决等过程，逐步完善程序编写，让学生在程序修改和参数调试的过程中，提高解决问题的能力。

五、展示评价

教师组织学生以小组为单位进行作品展示，并向全班同学介绍作品特色、设计思路、遇到的问题以及解决的方法，由教师和其他小组一起对作品进行评价。

六、拓展创新

教师提出拓展要求，引导学生对作品进行进一步完善和创新，请学生发挥想象，设计更有意思的机器人作品。

案例详解

一、了解蓝牙通信

蓝牙（Bluetooth）是一种无线短距离通信方式，使用蓝牙可以方便地在设备之间传输数据。EV3机器人可以通过蓝牙通信功能和其他EV3机器人进行通信，互相传递数据。通过蓝牙连接iPhone、iPad等设备，下载相应的应用程序，然后通过蓝牙对其进行控制。EV3系统中蓝牙协议的工作方式是选择主EV3控制器连接到从EV3控制器。一个主EV3控制器可以连接多达7个从EV3控制器，主EV3控制器可以向每个从EV3控制器发送消息。但是从EV3控制器只能将消息发送回主EV3控制器，不能直接向其他从EV3控制器发送消息。乐高蓝牙设备的通信距离一般在10米以内。

二、EV3的蓝牙连接

在电脑上启动EV3软件，用数据线连接EV3控制器，在界面右下角“程序块名称”处进行修改。（如图1，图2）

假设两台EV3控制器的设备名分别为“EV3_A”和“EV3_B”。

图1

图2

1.EV3_B：在EV3的控制面板中，依次选择“工具”、“Bluetooth”、“Visibility”打钩、“Bluetooth”打钩、“iPhone/iPad/iPod”不打钩。（如图3、图4）
 

2. EV3_A：在EV3的控制面板中，依次选择“工具”、“Bluetooth”、“Bluetooth”打钩、“Connections”、“Search”、“EV3_B”、“Connect”、“PASSKEY”。（如图5~9）
 

3.EV3_B：在EV3的控制面板中，接收到来自EV3_A的连接请求，依次选择“Connect”“PASSKEY”。（如图10、图11）
 

三、消息传递模块介绍
利用EV3的蓝牙通信功能，我们实现了两个EV3控制器之间的设备连接，但要它们之间能够互动交流，还需要EV3软件中的消息传递模块（如图12），该模块可以发送、接收、比较相应的文本、数字或逻辑。
 

四、任务分析

我们将主动调整方向的EV3_A作为主EV3控制器，跟随变化方向的EV3_B作为从EV3控制器。

EV3_A的任务就是将自己的陀螺仪传感器角度数值实时发送给EV3_B。

EV3_B的任务是接收来自EV3_A的数字信息，并分析应该如何运动，最后根据分析结果控制电机运动。

五、程序设计

1.主EV3控制器（EV3_A）程序。（如图13）

程序说明：启动EV3_A，执行程序，先重置陀螺仪传感器（2号端口）；重复读取本机陀螺仪传感器当前测量的角度数值，将该数字借助消息传递模块发送给EV3_B（注意区分大小写），a是消息标题，必须和接收程序保持一致。

2.从EV3控制器（EV3_B）程序。（如图14）

程序说明：启动EV3_B，执行程序，先重置陀螺仪传感器（2号端口）；通过消息传递模块重复接收来自EV3_A的陀螺仪传感器角度数字（消息标题a必须和发送程序一致），读取本机陀螺仪传感器当前测量的角度数值（2号端口），使用两个数学模块分别计算两机陀螺仪传感器角度数值差，并借助移动槽模块完成左右电机功率设置，帮助EV3_B小车原地旋转直到两辆小车的陀螺仪传感器角度数值相同（数值差为0）再停止，即实现方向同步。

六、拓展创新

作品展示交流后，可以给学生一些时间梳理设计思路，完善提升本组作品。教师也可提出一些拓展要求供学生挑战，如在EV3传感器中，有“电机旋转”，可尝试通过发送电机旋转的数值，让两辆车保持一致，或者建立手机或平板电脑与EV3的蓝牙连接，实现用手机或平板电脑控制EV3机器人。