Steam《新奇贺卡》项目教学

《新奇贺卡》项目是学会led灯的使用，理解了逻辑判断后，学生学习掌握了蜂鸣器的实践应用。学生通过制作一个能播放《生日歌》或者其他歌曲的贺卡的项目来进一步理解频率的含义，同时探索数组的使用，以及传感器的使用。

1.知识详解

●学科知识(SK)

（1）科学技术：

a.知道频率的含义

b.蜂鸣器发声原理：接通电源后，振动膜片周期性的振动发声。需要注意的一点是，发声是在内部有电流产生磁场，使得膜片振动的一瞬间。

c.有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别：内部有否震荡源

d.Arduino中我们使用tone()函数就可以实现发出音乐的效果

e.了解程序设计中数组、选择和循环结构的概念；

（2）工程：线路拼接、贺卡制作；

（3）艺术：进一步了解乐理基础知识，贺卡外观设计；

（4）数学：知道数组的含义，了解如何应用数组提高编程效率。

蜂鸣器

●知识策略（KS）

1、判断自己手上的蜂鸣器是有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的方法：

（1）有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫；无源蜂鸣器内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K-5K的波形脉冲信号去驱动它。

（2）使用万用表测试蜂鸣器电阻，只有8Ω或者16Ω的是无源蜂鸣器，电阻在几百欧以上的是有源蜂鸣器。

2、乐谱上的音阶可以对应成相应的频率使蜂鸣器蜂鸣器发出相应的音阶声音。可以用一个脉冲方波驱动蜂鸣器或者小喇叭产生相应的音调。

3、tone()函数的使用规则

tone(pin, frequency)

tone(pin, frequency, duration)

(引脚、频率、持续时间)

pin: the Arduino pin on which to generate the tone.

引脚：用来产生音调的Arduino引脚。

frequency: the frequency of the tone in hertz. Allowed data types: unsigned int.

频率：以赫兹为单位的音调频率。允许的数据类型:unsignedint。

duration: the duration of the tone in milliseconds (optional). Allowed data types: unsigned long.

持续时间：音调的持续时间，以毫秒为单位(可选)。

允许的数据：无符号长。

4、节拍：可以用延时delay（）来实现。不同的节拍是延时不同。

5数组的概念：数组就是相同类型的一组数据的排列。可以使用数组存储乐曲中的音调序列，就能大大提高我们的效率。

6、如何利用传感器：可以使用传感器给arduino板输入信号，arduino判断传感器的信号后控制蜂鸣器是否发出声音。

●社会技能（SS）

积极心态。小组自行思考并完成项目活动，然后上台向同学展示解释自己的结果表达自己的想法。在完成活动的过程中相互写作讨论，深入理解数组的含义以及会使用蜂蜜器，认识到蜂鸣器在在生活中的运用。

●思维可视化（CS）

2.活动组织与实施

项目准备

（1）掌握 Arduino 基础知识，知道数字输入、输出的概念；

（2）掌握了一定的乐理知识如音高、节拍的含义：乐曲中不同的音符实质上表示的是不同频率的声音；

（3）准备好 Arduino 主板和扩展板，led灯若干，蜂鸣器 1 个，导线若干，人体红外、超声波等传感器按需配备；

（4）准备好相关学习材料：乐理知识、数组知识、基本音阶频率对照表、生日歌曲谱、样例程序等。

●觉知

活动1：了解蜂鸣器：蜂鸣器怎么发出声音

1.了解蜂鸣器(Buzzer)

蜂鸣器是一种电子发声元器件，可以发出"beep beep"的声音.  采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器在电路中用字母“FM”、“H”或“HA” 或“ZZG”、“LB”、“JD”等表示。

2.蜂鸣器发声原理：接通电源后，振动膜片周期性的振动发声。需要注意的一点是，发声是在内部有电流产生磁场，使得膜片振动的一瞬间。

有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别：内部有否震荡源

注意：这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。

3.蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。

有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫；

无源蜂鸣器内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K-5K的波形脉冲信号去驱动它

有源蜂鸣器往往比无源的略贵，就是因为里面多个震荡电路。

从外观上看，两种蜂鸣器好像一样. 一般有源有源蜂鸣器比无源蜂鸣器厚一点. 

但是, 从外观上并不能绝对的区分出有源与无源，最可靠的做法除了查看产品的参数手册以外. 另一种方式是使用万用表测试蜂鸣器电阻，只有8Ω或者16Ω的是无源蜂鸣器，电阻在几百欧以上的是有源蜂鸣器。

4.硬件连接：

将正负极分别接入数字IO和GND就可以。如果觉得声音太大的话可以串联一个1K左右的电阻（具体取决于你的蜂鸣器额定电压）

让蜂鸣器响起来只需要在数字IO上放入方波即可：参考程序

digitalWrite(buzzerPin,HIGH); //高电平 

delay(100);

 digitalWrite(buzzerPin,LOW); //低电平

 delay(100);

其中的100指的是100ms，这样算来通电（高电平）占空比就是50%，周期200ms，那么频率就是500Hz。

任务：连接电路编写程序让自己的蜂鸣器想起来，并计算自己所编写程序蜂鸣器的频率？

●调和（活动2：谱写生日歌）：

前面学的知识只能简单的发出警报一类的声音吧？如果要发出精确的不同频率的乐音怎么办？难道还要算？

学习使用tone()函数，

（1）乐理知识的学习

同学们在小学和初中的音乐课上都学过基本的音乐知识，了解了基本音阶、音高和节拍的概念。首先，教师请了两名同学分别从音阶、音高、节拍角度分析曲子，之后其他同学进行补充。通过这个活动，学生们回顾了音乐课上学习的乐理知识，为本次项目的学习奠定了知识基础。

（2）学生探究制作简单音阶播放器学生根据老师提供的“音阶频率对照表”探索简单音阶播放器的制作，在制作过程中， 学生可以通过频率的不同组合，探索如何播放《生日歌》的第一个八拍。节拍用什么实现？可以用延时来实现。

（3）讲解数组的概念和使用方法老师提问：大家有没有发现有同学已经播放出了《生日歌》的第一个八拍，那下一个八拍呢？思考并回答。老师又追问到：如果一个曲子 有 20 个八拍呢？有不同的节拍呢？开始讲解数组的概念：数组就是相同类型的一组数据的排列，我们用一个数组来表示 7 个音阶，就能大大提高我们的效率。同时，演示了如何利用数组制作第一个八拍。播放微课

任务：尝试使用数组播放出《生日歌》全曲，小组比赛，看哪一个小组是最先全员做出《生日歌》全曲播放，老师奖励并请他们分享经验

●归纳（设计一个惊奇贺卡）：

小组活动：分小组讨论制作一个创意惊奇贺卡（含音乐播放功能），给出自己小组的制作方案（含功能），并展示给全班，老师抽签请小组展示，并带领学生分析怎么制作实现该小组方案：（回顾到蜂鸣器的使用，led灯使用、引出传感器的使用）。

●迁移（完成自己小组的惊奇贺卡）：

小组活动：完成本小组设计一个创意惊奇贺卡方案，老师深入指导，学生使用学习资源卡（学习自己需要的新知识），思考蜂鸣器还能用在什么方面？最后所有小组展示自己的贺卡和思考讨论结果。并评选投票。学习资源设计如下：学生可以点击相应的卡片学习相应需求的传感器知识。

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