一、引言：科技實(shí)踐的意義與本課題的價(jià)值演講人CONTENTS引言：科技實(shí)踐的意義與本課題的價(jià)值實(shí)踐前的系統(tǒng)準(zhǔn)備：知識(shí)、工具與安全核心組裝流程：從零件到系統(tǒng)的工程實(shí)踐調(diào)試與優(yōu)化：從"能動(dòng)"到"好用"的跨越拓展與創(chuàng)新：從"完成任務(wù)"到"創(chuàng)造價(jià)值"總結(jié)：科技實(shí)踐的核心是"成長(zhǎng)"目錄2025高中科技實(shí)踐之遙控小車(chē)組裝課件01引言：科技實(shí)踐的意義與本課題的價(jià)值引言：科技實(shí)踐的意義與本課題的價(jià)值作為一名深耕中學(xué)科技教育十年的指導(dǎo)教師，我始終堅(jiān)信：真正的科學(xué)素養(yǎng)不是停留在課本上的公式推導(dǎo)，而是通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐將理論轉(zhuǎn)化為可感知、可操作的實(shí)物。遙控小車(chē)組裝項(xiàng)目正是這樣一個(gè)"知識(shí)轉(zhuǎn)化器"——它融合了機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子電路、編程控制三大核心領(lǐng)域，能讓學(xué)生在"拆解-組裝-調(diào)試"的全流程中，體驗(yàn)工程實(shí)踐的完整邏輯。記得2023年帶學(xué)生完成第一輛自制遙控小車(chē)時(shí)，當(dāng)15歲的小林按下遙控器，小車(chē)緩緩啟動(dòng)的瞬間，他眼里的光芒讓我更加確信：這種"親手創(chuàng)造"的成就感，是任何理論課都無(wú)法替代的。02實(shí)踐前的系統(tǒng)準(zhǔn)備：知識(shí)、工具與安全1理論知識(shí)儲(chǔ)備：構(gòu)建認(rèn)知框架要完成一輛功能完備的遙控小車(chē)，學(xué)生需先理解三個(gè)底層邏輯：機(jī)械傳動(dòng)原理：需掌握"動(dòng)力源（電機(jī)）→傳動(dòng)裝置（齒輪組/皮帶）→執(zhí)行機(jī)構(gòu)（車(chē)輪）"的能量傳遞鏈。以減速電機(jī)為例，其內(nèi)部的行星齒輪組能降低轉(zhuǎn)速、提升扭矩，這直接影響小車(chē)的載重能力和爬坡性能。無(wú)線通信基礎(chǔ)：遙控系統(tǒng)的核心是2.4GHz無(wú)線模塊（如nRF24L01），需理解"發(fā)射端編碼→無(wú)線傳輸→接收端解碼"的信號(hào)流程。學(xué)生需知道，天線長(zhǎng)度（約3.1cm）與2.4GHz波長(zhǎng)（約12.5cm）的1/4匹配原理，這是保證信號(hào)穩(wěn)定的關(guān)鍵。電路控制邏輯：主控板（如ArduinoNano）通過(guò)PWM（脈寬調(diào)制）信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，需理解數(shù)字信號(hào)如何轉(zhuǎn)化為模擬效果。例如，PWM占空比從0%到100%對(duì)應(yīng)電機(jī)從停轉(zhuǎn)到全速，這為后續(xù)調(diào)速功能開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。2工具與材料清單：精準(zhǔn)選擇是成功關(guān)鍵根據(jù)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦以下配置（以4人小組為單位）：|類(lèi)別|具體物品|選擇依據(jù)|數(shù)量||------------|-------------------------|--------------------------------------------------------------------------|--------||機(jī)械部分|亞克力底盤(pán)（200×150mm）|輕質(zhì)、易加工，比3D打印件更適合首次實(shí)踐|1套/組|||減速電機(jī)（12V/300RPM）|扭矩大（約3kgcm），適配小車(chē)載重需求；帶安裝孔位便于固定|4個(gè)/組|2工具與材料清單：精準(zhǔn)選擇是成功關(guān)鍵0504020301||萬(wàn)向輪（60mm）|輔助轉(zhuǎn)向，降低前輪摩擦阻力|2個(gè)/組||電子部分|ArduinoNano主控板|體積小、接口豐富（14路數(shù)字口+8路模擬口），兼容主流開(kāi)發(fā)環(huán)境|1塊/組|||nRF24L01無(wú)線模塊|2.4GHz免授權(quán)頻段，抗干擾能力強(qiáng)于27MHz模塊；支持1對(duì)多通信|發(fā)射/接收各1塊/組|||L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)板|支持雙電機(jī)控制（4路輸出），最大電流2A，適配12V電機(jī)|1塊/組||輔助材料|18650鋰電池（12V/2000mAh）|能量密度高，帶過(guò)放保護(hù)板，保障安全|1節(jié)/組|2工具與材料清單：精準(zhǔn)選擇是成功關(guān)鍵STEP5STEP4STEP3STEP2STEP1||杜邦線（20cm/40cm）|分公對(duì)母、母對(duì)母，滿足不同接口連接需求|各20根/組||工具|電烙鐵（30W）|恒溫型防燙，適合焊接小元件|1把/組|||內(nèi)六角扳手（2-5mm）|適配電機(jī)、底盤(pán)螺絲（M3/M4規(guī)格）|1套/組|||萬(wàn)用表（數(shù)字式）|檢測(cè)電壓（電池）、通斷（線路）|1臺(tái)/組|注：材料選擇需兼顧安全性與可操作性，例如禁用鉛酸電池（重量大）、排除高壓模塊（36V以上），所有電子元件均通過(guò)3C認(rèn)證。3安全規(guī)范：實(shí)驗(yàn)室的"第一條規(guī)則"每次實(shí)踐前，我都會(huì)重復(fù)強(qiáng)調(diào)："安全不是限制，而是讓你們更自由探索的保障。"具體需落實(shí)三點(diǎn)：用電安全：電池正負(fù)極必須套絕緣帽，焊接時(shí)先斷電；調(diào)試時(shí)手濕不能接觸電路，避免短路引發(fā)的元件燒毀（曾有小組因杜邦線裸露導(dǎo)致L298N芯片燒毀，耗時(shí)2小時(shí)更換）。機(jī)械安全：電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)禁止觸碰轉(zhuǎn)軸，防止夾傷；螺絲需對(duì)角擰緊（如底盤(pán)四角螺絲），避免應(yīng)力不均導(dǎo)致變形。操作規(guī)范：工具使用后歸位（電烙鐵需放回支架），廢棄導(dǎo)線集中回收（避免金屬絲混入電路），這些細(xì)節(jié)能培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ塘?xí)慣。03核心組裝流程：從零件到系統(tǒng)的工程實(shí)踐1第一步：機(jī)械結(jié)構(gòu)搭建——底盤(pán)與動(dòng)力系統(tǒng)的整合這是最考驗(yàn)動(dòng)手能力的環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格遵循"定位-固定-校準(zhǔn)"三步法：定位：將4個(gè)減速電機(jī)對(duì)稱(chēng)放置在底盤(pán)兩側(cè)（輪距140mm，軸距160mm），用記號(hào)筆標(biāo)記安裝孔位（注意電機(jī)出線方向一致，避免后續(xù)布線交叉）。固定：先用M3螺絲預(yù)緊（不擰緊），確保電機(jī)與底盤(pán)貼合無(wú)間隙；再用內(nèi)六角扳手按"對(duì)角順序"逐步擰緊，防止電機(jī)偏斜（曾有小組因單側(cè)螺絲過(guò)緊導(dǎo)致車(chē)輪跑偏，調(diào)試耗時(shí)1小時(shí)）。校準(zhǔn)：安裝車(chē)輪后，用直尺測(cè)量?jī)蓚?cè)車(chē)輪與底盤(pán)邊緣的距離（誤差≤2mm），推動(dòng)小車(chē)觀察是否直線行駛——若偏向一側(cè)，需調(diào)整電機(jī)安裝角度或添加墊片。2第二步：電路系統(tǒng)連接——信號(hào)流的精準(zhǔn)搭建電路連接需嚴(yán)格按照"電源→驅(qū)動(dòng)→主控→通信"的順序，避免短路風(fēng)險(xiǎn)：電源模塊：鋰電池正極接電機(jī)驅(qū)動(dòng)板（L298N）的+12V口，負(fù)極接GND；同時(shí)從鋰電池引出5V降壓線（通過(guò)LM2596模塊）給主控板供電（Arduino的VIN口），確保主控與驅(qū)動(dòng)共地（這是信號(hào)同步的關(guān)鍵）。驅(qū)動(dòng)模塊：L298N的IN1-IN4分別接主控板的D5-D8口（數(shù)字引腳），用于接收PWM信號(hào)；OUT1-OUT4對(duì)應(yīng)連接4個(gè)電機(jī)（注意A/B通道區(qū)分，左前輪+左后輪為A通道，右前輪+右后輪為B通道）。通信模塊：nRF24L01的CSN接D10，CE接D9，SCK接D13，MOSI接D11，MISO接D12，VCC接3.3V（嚴(yán)格區(qū)分5V口，否則會(huì)燒毀模塊），GND接主控GND。天線需垂直焊接，避免與其他導(dǎo)線纏繞（曾有小組因天線貼在金屬底盤(pán)上導(dǎo)致遙控距離縮短至2米）。2第二步：電路系統(tǒng)連接——信號(hào)流的精準(zhǔn)搭建關(guān)鍵檢查點(diǎn)：用萬(wàn)用表測(cè)量各模塊供電電壓（L298N應(yīng)為12V±0.5V，主控板5V±0.2V），確認(rèn)無(wú)誤后再通電。3第三步：程序燒錄——讓硬件"聽(tīng)懂"指令的核心編程是連接硬件與功能的橋梁，需遵循"基礎(chǔ)功能→擴(kuò)展功能"的開(kāi)發(fā)邏輯：#include<nRF24L01.h>#include<RF24.h>RF24radio(9,10);//CE,CSNconstbyteaddress[6]="00001";structData{intleftSpeed;//左電機(jī)速度（-255~255）intrightSpeed;//右電機(jī)速度（-255~255）}data;基礎(chǔ)程序框架（使用ArduinoIDE）：3第三步：程序燒錄——讓硬件"聽(tīng)懂"指令的核心voidsetup(){1radio.begin();2radio.openReadingPipe(0,address);3radio.setPALevel(RF24_PA_LOW);//短距離用低功率，減少干擾4radio.startListening();5pinMode(5,OUTPUT);//IN16pinMode(6,OUTPUT);//IN27pinMode(7,OUTPUT);//IN38pinMode(8,OUTPUT);//IN493第三步：程序燒錄——讓硬件"聽(tīng)懂"指令的核心}voidloop(){if(radio.available()){radio.read(data,sizeof(data));//左電機(jī)控制（IN1高IN2低為正轉(zhuǎn)）analogWrite(5,abs(data.leftSpeed));digitalWrite(6,data.leftSpeed0?LOW:HIGH);//右電機(jī)控制（IN3高IN4低為正轉(zhuǎn)）analogWrite(7,abs(data.rightSpeed));3第三步：程序燒錄——讓硬件"聽(tīng)懂"指令的核心digitalWrite(8,data.rightSpeed0?LOW:HIGH);}}發(fā)射端程序：需編寫(xiě)遙控器（可用另一個(gè)Arduino+搖桿模塊）的信號(hào)發(fā)送代碼，將搖桿的X/Y軸模擬值（0-1023）轉(zhuǎn)化為-255~255的速度值。調(diào)試技巧：首次燒錄后，用串口監(jiān)視器（波特率9600）查看接收數(shù)據(jù)是否正常；若電機(jī)無(wú)反應(yīng)，檢查PWM引腳是否設(shè)置為輸出模式（部分引腳不支持PWM，如D0/D1）。04調(diào)試與優(yōu)化：從"能動(dòng)"到"好用"的跨越1基礎(chǔ)功能調(diào)試：解決常見(jiàn)問(wèn)題組裝完成后，90%的小組會(huì)遇到以下問(wèn)題，需逐一排查：電機(jī)不轉(zhuǎn)：90%是接線錯(cuò)誤（如L298N的OUT口與電機(jī)線接反），5%是電機(jī)損壞（用萬(wàn)用表測(cè)電機(jī)電阻，正常約5-10Ω），5%是程序錯(cuò)誤（檢查PWM值是否為0）。遙控?zé)o響應(yīng)：優(yōu)先檢查nRF24L01的SPI接口（SCK/MOSI/MISO）是否虛焊；其次確認(rèn)發(fā)射/接收地址一致；最后檢查天線是否垂直（水平放置會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減50%）。轉(zhuǎn)向不靈活：多因車(chē)輪摩擦力不均，可調(diào)整萬(wàn)向輪高度（離地1-2mm最佳），或在輪軸處涂抹少量潤(rùn)滑油（注意不可過(guò)多，避免沾染輪胎）。2性能優(yōu)化：提升用戶體驗(yàn)當(dāng)小車(chē)能穩(wěn)定運(yùn)行后，可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行以下優(yōu)化：調(diào)速平滑性：在程序中加入"軟啟動(dòng)"函數(shù)，將速度變化率限制在50單位/秒（如從0到255需5秒），避免急加速導(dǎo)致的電機(jī)過(guò)載?？垢蓴_增強(qiáng)：在nRF24L01模塊周?chē)~箔（接地），減少電機(jī)電刷產(chǎn)生的電磁干擾；或更換為帶屏蔽層的杜邦線（信號(hào)傳輸更穩(wěn)定）。能耗管理：在鋰電池與L298N之間串聯(lián)一個(gè)電流表（量程0-3A），記錄不同速度下的電流值（如全速前進(jìn)約1.2A，靜止約0.1A），計(jì)算續(xù)航時(shí)間（2000mAh電池約1.6小時(shí)），培養(yǎng)能源意識(shí)。05拓展與創(chuàng)新：從"完成任務(wù)"到"創(chuàng)造價(jià)值"1功能升級(jí)：賦予小車(chē)更多"智慧"基礎(chǔ)組裝完成后，可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合傳感器實(shí)現(xiàn)進(jìn)階功能：避障功能：添加HC-SR04超聲波傳感器（Trig接D2，Echo接D3），當(dāng)檢測(cè)到前方30cm內(nèi)有障礙物時(shí)，自動(dòng)減速并轉(zhuǎn)向（修改loop函數(shù)，優(yōu)先執(zhí)行避障邏輯）。圖像傳輸：集成ESP32-CAM模塊（通過(guò)Wi-Fi傳輸圖像到手機(jī)），實(shí)現(xiàn)第一視角遙控，這需要學(xué)生學(xué)習(xí)TCP/IP通信基礎(chǔ)。太陽(yáng)能供電：安裝5W太陽(yáng)能板（配合MPPT充電模塊），在光照條件下為電池充電，延伸能源利用的課題。1功能升級(jí)：賦予小車(chē)更多"智慧"實(shí)踐中我常強(qiáng)調(diào)："工程師的價(jià)值不僅是解決問(wèn)題，更是預(yù)防問(wèn)題。"可以引導(dǎo)學(xué)生思考：010203045.2工程思維培養(yǎng)：從"做對(duì)"到"做好"可維護(hù)性：如何設(shè)計(jì)底盤(pán)結(jié)構(gòu)，讓電機(jī)更換時(shí)間從15分鐘縮短到5分鐘？（如使用快拆支架）成本控制：當(dāng)前配置總成本約280元，如何通過(guò)替代方案（如用L9110S驅(qū)動(dòng)板替代L298N，成本降低30%）保持性能？環(huán)保設(shè)計(jì)：廢棄的亞克力邊角料能否加工為小車(chē)裝飾件？（培養(yǎng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)意識(shí)）06總結(jié)：科技實(shí)踐的核心是"成長(zhǎng)"總結(jié)：科技實(shí)踐的核心是"