王尧坤   浙江省绍兴市物理高级教师，浙江省之江汇教育广场省级讲师团成员，绍兴市首批iTeach教技创新讲师团成员，阮高峰名师工作室学科带头人，柯桥区STEAM教育专家组成员，曾荣获新疆维吾尔自治区省市优秀援疆干部人才、绍兴市最美教师提名奖等荣誉。

项目背景

当你迷失在荒郊野外，手机又没有通信信号时，怎样发出求救信号呢？本课就带大家将TT无人机改装成SOS求救信号仪，给TT无人机添加一项新技能。二极管是由半导体材料（硅、硒、锗等）制成的电子器件，在家用电器、电子产品、工业控制电路等领域有广泛的应用。因SOS求救信号仪涉及一些常用二极管的运用，所以本节课主要介绍了二极管的单向导电性和一些基本特性，并在内容上适当进行拓展，旨在让学生更好地理解二极管的相关特性及应用，激发学生的学习兴趣。

教学目标

1.了解PN结，知道二极管单向导电性及应用，熟悉常见的二极管及其符号。

2.了解SOS信号及TT无人机LED的特点和作用。

3.通过项目学习，培养学生基本的理论与实际相联系的能力和探索新知识的兴趣。

教学重点与难点

教学重点 二极管的单向导电性和二极管的应用。

教学难点 二极管的单向导电性。

教学准备

TT无人机、TT无人机拓展板、常用二极管、面包板、电源、导线若干。

教学过程

一、引入新课

师：在日常生活中，当我们遇到危险的时候，该如何求救？你能想到哪些办法？

学生思考讨论并简要回答。

师：今天我们利用二极管和TT无人机等硬件制作一个SOS求救信号仪，首先让我们来了解相关的知识。

二、讲解知识原理

教师简要讲解二极管的工作原理：二极管是由P型半导体和N型半导体烧结形成的PN结界面，在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于PN结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这就是常态下的二极管特性。当给PN结外加正向电压时，在外加电场的作用下，PN结的平衡状态被打破，P区中的空穴和N区的电子都往PN结方向移动，空穴和PN结P区的负离子中和，电子和PN结N区的正离子中和，这样就使PN结变窄，如图1。随着外加电场的增加，扩散运动进一步增强，漂移运动减弱。当外加电压超过了门槛电压，PN结就相当于一个阻值很小的电阻，也就是PN结导通。这就是二极管的单向导电性。

三、实验探究：二极管单向导电性

师：下面请同学们分小组搭建一个串联电路，通过实验观察探究哪边是发光二极管的正极。同时，请大家阅读收集二极管的相关资料，稍后我们一起来探讨。

学生按小组进行实验探究。

二极管分为普通二极管（电路符号如图2）和发光二极管（电路符号如图3）。利用不同特性的半导体材料，能使电能与光能相互转换，可以制成发光二极管。发光二极管是能发出红外、红、黄、绿、蓝等各种波长的光的二极管，近来又开发出能发出白色光的发光二极管。发光二极管的工作电流一般在3～20mA，导通电压一般在1.6V以上。一般发光二极管需要串联一个限流电阻，从而使得发光二极管工作在一定的电流范围内，同时，一般电流越大，发光二极管就越亮。

师：如何判断二极管的正负极？

生：普通二极管（如图4）的极性通常在管壳上用电路符号表示，也可用色环标示，靠近色环一端的电极引线是二极管的阴极。发光二极管（如图5）引脚长的为正极，短的为负极。

师：发光二极管如果引脚一样长呢？（提示学生可观察发光二极管内部）

生：如果引脚一样长，发光二极管管体内部金属极较小的是正极，大的片状的是负极。

师：其实LED灯就是一种发光二极管，它采用固体半导体芯片为发光材料，与传统灯具相比，环保节能、显色性好、响应速度快。LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕，可用来显示文字、图形、图像、录像信号等各种信息。

师：大家对SOS求救信号有什么了解呢？

生：SOS即S.O.S，它并不是单词的缩写，而是国际莫尔斯电码救难信号。20世纪初，海难事件频繁发生，因不能及时发出求救信号并最快组织施救，造成了很多的人员伤亡和财产损失。于是，1908年，国际无线电报公约组织正式将“SOS”确定为国际通用海难求救信号。很多人以为SOS意味着“save our soul”（拯救我们的灵魂），其实，这三个字母组合本身没有实际意义，只因为它的电码“...---...”（三个圆点，三个破折号，然后再加三个圆点）在电报中是发报方最容易发出、接报方最容易辨识的电码。它的光线发射方法为：短光——长光——短光。

师：学习了这些知识后，请同学们利用TT无人机编程设计一个SOS求救信号仪。

四、项目实施

步骤1：小组合作探讨设计方案，画出设计的流程图及程序的流程图。

步骤2：学生根据自己的设计进行SOS求救信号仪的制作。

步骤3：安装好TT拓展板，并通过数据线连到电脑端，如图6。

步骤4：打开Mind+软件，若电脑端是第一次连接，先选择左端底部的扩展，然后选择TT无人机，如图7。

步骤5：选择好端口，点击恢复设备初始设置，恢复好后就可以进行编程了。

步骤6：编程实现SOS求救信号的发送，这里只选择了其中一个方法，让LED屏循环显示SOS，如图8。学生可以发散思维，根据自己的想法进行编程。

步骤7：程序上传到设备端后，直接就可以进行测试，如图9。

五、交流与分享

师：测试完成后，同学们就可以利用App控制TT无人机进行飞行，展示自己的作品了。

教师邀请各小组派代表展示自己的设计流程和作品。

学生进行展示交流，讨论各自作品的优缺点，提出改进的建议。

师：课后请同学们根据作品存在的问题进行改进优化，同时查阅资料，了解更多的二极管及分类方法，认识不同二极管的特点。

教学反思

本课在讲授二极管和野外求生知识的基础上，结合TT无人机与Mind+图形化编程软件，设计出一款SOS求救信号仪。通过对无人机开源拓展编程的体验，学生融会贯通了物理、信息技术等学科相关知识，学会了将知识运用到实践中。本节课培养了学生的综合实践能力与动手操作能力，其中，小组合作学习还帮助学生学会了团队协作，激发了学生的探究兴趣，取得了预期的效果。
（本课件由DF创客社区推荐）