狄勇 浙江省宁波市海曙区广济中心小学信息技术学科高级教师，市教坛新秀，市学科骨干教师。曾荣获首届宁波市中小学生创客大赛优秀指导教师，第四届、第五届全国中小学机器人教学暨创客教育展评活動优秀指导教师。著有《micro：bit超好玩——米爸带你学编程》一书，由人民邮电出版社出版。近年专注于开源硬件相关的课程开发与教学实践，发布相关教程、案例70余篇。

项目背景

受到著名军事题材漫画《那年那兔那些事儿》的启发，我以“我兔飞行员TT”的故事为线索，设计了基于大疆TT无人机套件的系列课程，包含安全飞行、空中正步、巧练空投、雪中送炭、气象侦察等六个项目课程。TT无人机不仅成为学生们手中的学具，更是培植学生硬核工匠精神与滚烫爱国情怀的宝藏。

“巧练空投”是学生经历的第三个项目，在学习该项目之前，学生们已经组队掌握了TT无人机的起降控制以及配套编程软件Mind+的基本操作，并尝试了将以往编程课上学习的经典正多边形绘制移植到TT无人机的飞行轨迹控制中。具备上述基础技能后，学生们对TT无人机有了一定的编程操作基础，掌握了安全飞行的前提。在“巧练空投”项目中，学生将完成空投装置的制作和测试，为最终人脸识别空投补给做好铺垫。

教学目标

1.活用3D打印技术解决真实问题，因地制宜地设计固定舵机的结构件，并确保结构件牢固轻巧，不过多影响TT无人机有效载荷。

2.能根据测试情况调整起飞策略，为TT定制起飞平台。

3.充分熟悉IO拓展板的使用，根据接口定义改装舵机接插件。

4.懂得在测试流程中安排地面测试，减少升空实验的风险、电池损耗和时间成本。

教学过程

一、情境导入

师：“海拔4500米，无人机蜂群空中速递热食，探索空地立体补给保障新模式。”CCTV-7军事频道报道的这则新闻让对面的白象端着冷冰冰的咖喱饭心生妒忌。作为我兔飞行队的一员，TT自然也要练习好空投补给的本领，随时为前线做好支援工作。但是TT出厂时并不具备空投的技能，同学们能帮他练就空投物资的本领吗？

学生讨论交流。

二、头脑风暴，定制装备

1.设计抛投装置

TT无人机套件并未提供现成的抛投装置，所以要完成驱动性问题需要学生从零打造专用装备。教师可组织学生分组进行头脑风暴，通过观察TT无人机的原始构造讨论改装方案。

由于无人机存在负载、电量、螺旋桨干涉等诸多限制因素，在着手设计时，教师需要引导学生重点关注以下几方面：改装件尽可能轻量化，增加有效负载;无损加装，避免对机身造成破坏;关注执行器功耗，避免影响滞空时间;加装的设备不能干涉螺旋桨运转。

教师应提供学生足够的时间进行讨论、尝试、迭代，鼓励各组拿出差异化的设计方案。

2.结构件迭代

无论使用3D打印还是其他加工方式，结构件都要能在保持整体轻巧的前提下，可靠地固定舵机等部件。要达到这一目标，反复试装、修正、微调是必不可少的环节，教师可借此培养学生的工匠精神。最终模型可参考图1。

3.定制挂钩

学生在制作过程中可能需要变通利用身边的材料实现所需功能，这正是体现创客巧思的地方。例如要挂载补给，还需给舵机配上挂钩。而用于在面包板上布线的硬质跳线，就是个不错的选择。挑出长短合适的一截跳线，用镊子稍加“整形”便可制成挂钩，如图2。

4.制作载货起飞平台

由于无人机底部将要增加舵机，还要挂载货物，无法直接在地面上平稳放置，起飞时甚至会出现斜向坠机的事故，所以还需要给无人机制作一个架空的起飞平台。要解决这个问题，可以在支架下方垫书本等物品增加无人机离地间隙，也可以量好TT起落架间距，让学生自行设计模型，3D打印专属于TT的载货起飞平台，如图3。

5.舵机接插件

学生在制作时，会发现一些接插件的引脚定义与IO拓展板不一致，需要自行改装。那么改装的依据是什么呢？从技术文档查找所需信息，是培养学生搜集、分析、处理、应用信息能力的有效途径。教师可下发技术文档，让学生自主探索实践。

通过技术文档，我们可以看到IO拓展板供电侧引脚的定义依次为IO26、GND、3.3V;IO13、GND、5V。而配套舵机的接插件，GND和VCC的位置正好相反。下面提供两种改装方案供参考。

舵机改装方案A：交换舵机GND和VCC端子。技巧是用一把镊子完成推针，互换两个端子的位置即可。改造后即可将其直接插到IO拓展板上。

舵机改造方案B：分离舵机信号线。如果要将舵机信号线接到26/13以外的引脚，就单独分离信号线。用镊子挑起插头上的塑料片，把线往后一拉，轻松退线。然后找一根带有母头的杜邦线，拆下它的塑料插头装到舵机信号线上即可，如图4。

三、编写程序，地面测试

无人机的电池续航能力有限，如果所有的程序测试都升空执行，不但会因反复充电拖慢项目进程，还可能会由于程序缺陷导致不必要的意外和损失。因此为TT编写完程序后，应尽可能先进行地面测试，待程序相对成熟后，再升空验证。抛投装置的程序测试工作就可以在地面独立完成。具体程序参考图5。

把程序写入TT，将TT用支架架起。可以看到即便机腹下面有舵机，架到起飞平台后照样四平八稳，而且更有气势。按下遥控器，看看机械结构的工作状态是否符合预期。

四、定制包裹，升空测试

该环节可让学生基于各自无人机抛投装置的特点定制包裹，甚至可以用TT挂载玩具小坦克、越野车等“军事物资”，增加项目的趣味性和代入感。当然，用折纸的方式纯手工打造一个快递箱也是个不错的选择。修改抛投装置的程序，增加起降的飞行控制部分，就可以升空测试了，如图6。

五、项目展示与小结

各小组以路演的方式展示自己的制作过程，重点讲述遇到的真实问题和解决方案。学生轮流观察各组无人机的改造成果，进行互评，并将这些意见建议记录在黑板或白板上。教师可引导学生聚焦大家普遍存在的一些问题，进行深入讨论。

教学反思

大疆和DFROBOT合作推出的TT无人机套件组合，让学生们有机会将开源硬件课程玩上了天。以项目式学习的方式规划课程，强化了学生学习过程的支架搭建和评价设计，由此提升学生的设计思维、工程思维。课堂上还可以准备一台天平秤，在装置实现灵活投放物资的前提下，让学生测试各组TT无人机的最大负载能力，并进行优胜评选。这样既可以用实证的方式验证项目有效性，同时优胜作品也能为各小组提供优化迭代的方向，在后续项目的实施过程中继续优化。

（本课件由DF创客社区推荐）