小小发明家系列课讲义
电磁学模块第五讲：遥控小车
一、课程目标
知识学习目标：
1. 重点了解遥控汽车的编码和解码：编码是把信息变成简单的代码，解码就是 反过来把代码中的信息读取出来；
2. 重点了解遥控车的工作原理：遥控器按照指令进行编码并发出一定频率的无线 电，小车接收后解码并执行相应动作；物联网遥控小车，手机通过 WIFI 把命令 发给了一个云端的服务器，它就像一个中转站一样，可以把手机的命令进行处理， 然后再通过 WIFI 发送给小车；
3. 一般了解什么是遥控及几种遥控方式：
4. 一般认识物联网模式。
探究学习目标：
1. 通过互动游戏探索体验学习的快乐
2. 通过趣味故事使学生轻松学习发展史，培养良好的学习态度 火星盒子制作目标：
1. 观察和认识遥控小车的组成部分
2. 在教师指导下动手组装完成遥控小车的制作
3. 学会遥控小车的调试和使用
二、课堂组织形式
1. 组织趣味互动游戏
2. 问答式课堂互动
3. 随堂趣味测试题
4. 融入趣味故事讲解
5. 设计互动探究实验
6. 火星盒子制作演示和指导
7. 课后习题巩固
三、课堂准备
| 名称 | 内容 | 来源 | 备注 | |
| 1 | PPT 课件 | 课程全流程演示文稿 | 火星人课件 | |
| 2 | 组装制作说明视频 | 组装制作的说明视频 | 火星人备课视频 | 组装流程视频说明 |
| 3 | 互动游戏教具 | 编码和解码：一本书（最好是外语，读不懂的） | 需教师自己准备 （详细方法参考 火星人备课视频） | |
| 4 | 学生组装器材及工具 | 火星盒子——遥控小车（每人一套）、螺丝刀 | 火星盒子需按学 生数量在商城订 购； | 注意事项：
火星盒子提前收好，需要在理论讲 解之后，如果在课前即摆在学生面 前，会极大分散学生的注意力，不 利于理论知识讲解和课堂互动。 |
| 5 | 课后习题 | 考核本科学习知识点，客观题+主观题 | 本讲义附件部分 |
四、详细上课流程
本节课包括课堂预热和 7 步具体流程：
（1）通过火星故事介绍本节课的故事背景，并复习上节课的知识。
（2）第 1-4 步为理论讲解，时长控制需在 40 分钟内，通过命令游戏理解遥控和施法号令的不同，根据以往知识经 验了解不同的遥控方式，重点通过体验式游戏理解编码和解码，最后认识遥控小车如何工作，并对物联网有初步的 了解。
（3）第 5 步为学生动手操作组装完成遥控小车，需教师指导、维护秩序、保证安全，时长控制在60-70 分钟。
（4）第 6 步为课程总结，时长为 10 分钟。
（5）第 7 步为课后作业布置，把课堂内容延伸到生活里。
（总时长为 120 分钟，预留 5-10 分钟休息时间）
| 上课步骤 | 主要内容 | 注意事项 |
| 【课堂预热】背景引入 | 【情景引入-火星来信】 | （1）不要在课程开始时发给 |
| 【对应 PPT】火星来信 | 上次小火星拿到我们送他的收音机后非常惊讶，仔仔细细看了关于收 | 学生盒子器材，会分散学生注 |
| 【时长】2min | 音机的知识，还讲给了他班里的小伙伴，小伙伴们都惊呆了，觉得小 火星简直太厉害啦。相信如果你们去了他们的星球，一定都是小博士 啦。不过因为小火星快过生日了，我决定送他一个礼物，送什么呢， | 意力。 |
| 先不告诉你们。先来考考你们上节课的内容吧。 | ||
| 【课堂预热】复习巩固 【对应 PPT】内容
【时长】3min |
【提问】复习上节内容 | |
| 【第 1 步】认识遥控
【对应 PPT】“遥控大作战” 部分 【时长】5min |
【话术衔接】好了，看大家都掌握的不错，我先给你们一个小小的提 示，我们来玩一个和礼物有关的小游戏。
【游戏/实验】将军和士兵 游戏过程： 1 、邀请一位小朋友 A 当将军，其他小朋友排成一队是士兵，要服从将 军的指挥 2 、军发言让士兵做一些动作，比如立正、向前看、向后看、左转、走 转、举左右、举右手等等 3 、如果动作做错或者跟不上节奏则淘汰，大约 2-3 分钟 4 、学生回到自己座位做好 老师：请问刚刚你们是被小 A 遥控了吗？ |
游戏引入什么是遥控， 突出两 点：遥——有距离，控——完 全控制 |
| 学生：自由回答
老师：这不是遥控，这是命令。你们可以听小 A 的，但是也可以不听 对不对，所以这个不是遥控。只有没有生命没有意识的物体才能被遥 控，人是不能被遥控的。那这个杯子是没有意识的， 我用手才操控它， 起来—落下—向前—向后，这个是遥控吗？完全听从我的指挥，受我 控制。 学生：自由回答 老师：这也不是遥控，这是操控，遥控遥控，就是通过有线或者无线 的方式，对有一定距离的装置进行远程控制，而不是用手直接操控。 那么什么是遥控，你们在生活里见过哪些遥控呢？ 学生：自由发言 老师：比如电视遥控器、遥控车、遥控机器人、遥控飞机这些都属于 遥控， 对远处的设备进行远程控制，人是不能被遥控的。 |
||
| 【随堂小测试】请问下列哪种是遥控？ | ||
| 【第 2 步】认识各种方式的 遥控
【对应 PPT】“花式遥控”部 |
【提问】那么你们觉得可以通过什么方式来进行遥控？比如我们学过 无线电，平时的遥控玩具就是无线电遥控，那还有什么方式呢？想一 想。 | 故事讲解遥控器的发展 |
| 分
【时长】10min |
【话术衔接】遥控方式有很多种，我们以电视机为例，大家知道世界 上为什么会出现电视机遥控器吗？竟然是因为一个人太懒了！
【讲解】据说， 大概在 70 年前，美国有一家巨头电子公司Zenith，他 们的总裁尤金 ·F ·麦克唐纳爱看电视，但是呢遇到广告的时候就特别 没有耐心，那个时候的电视只有按钮，必须走到电视面前才能去操作， 这个总裁又比较懒，于是就把公司的工程师都聚集到一起开了个会， 说“你们接下来有个非常重要的任务，就是想个法子，让电视在播放 广告的时候静音，或者能换一个电台。”这一下可把工程师着急坏了， 这么怎么办呢？于是他们纷纷开始研究电视怎么远程操控了。 很快就有人设计了这么一款所谓的遥控器，叫做“懒骨头”，这个 遥控器是通过一根电线和电视连在一起的，上边有按钮，可以开关电 视或者换台，但是因为有一根线，就不能拿着到处乱跑，而且还不安 全，万一一扯把电视给扯地上怎么办。 后来，有一位工程师叫尤金 ·波利，发明了世界上第一个无线遥 控器，这个遥控器是靠光来控制的，看起来就像一把手枪一下，对准 电视机四个角的感应器，就可以开机、关机、换台，还可以调静音。 这下子终于满足了大 boss 的需求，大 boss 很开心。但是没过几个月 |
| 大 boss 又不开心了，为什么呢？原来是这个遥控器太贵了，卖不出去， 那个时候一辆汽车 600 美元，但是这个遥控器要 100 美元，而且要紧 锁窗帘，因为太阳光也会干扰电视。
于是，这个遥控器被公司的另一个工程师嫌弃了，这个工程师叫罗 伯特.阿德勒，他决定自己也搞一个遥控器，本来他想做个无线电的， 但是考虑到无线电穿透力太强了，会不会我在我家看电视，结果被邻 居的遥控器给控制了？？？所以就放弃了。后来做了这么一款超声波 遥控器。这上边有 4 个按键，分别是开机关机键，中间两个换台键， 最后一个静音、取消静音键， 完全按照大 boss 的要求啊，而且这块遥 控器不用电池，按键下边是小锤子和铝条，当人按下按键后，这个铝 片就会高频振动发出超声波，是不是很酷啊。 当然现在的遥控器功能就比较复杂了，通常一个遥控器上有几十 个按钮，我们之前学习过，家用遥控器一般是什么遥控方式呢？大家 还记得么（学生回答红外线）。同学们还记得怎么看到红外线吗？ |
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| 【总结】讲了这么长的故事，大家还记得刚才我们讲到了几种遥控方 式吗？
【讲解】有线遥控，可见光遥控、超声波遥控、无线遥控、红外线遥 |
进一步复习电磁波波谱 |
| 控。其实这 4 种遥控方式里有三种都属于是电磁波，同学们猜猜看， 哪一种不是呢？超声波属于声音，不是电磁波，剩下的无线电、可见 光、红外线都是电磁波，还记得我们上节课讲到的电磁波波谱吗？大 家可以看到，这里包含了刚刚提到的三种，它们的区别是什么，还有 人记得吗？频率不一样，频率越高，越往右边振动频率越高。 | ||
| 【随堂小测试】为什么工程师罗伯特.阿德勒担心用无线电会被邻居打 扰，现在的遥控器是一对一遥控还是一个可以同时遥控好几台一样的 设备呢？
【讲解】同一型号的设备和遥控器一般都是可以通用的，比如这个投 影仪，拿别的房间的也可以开，这个和我们上节课学习的收音机有些 相似，广播电塔发出的无线电，所有收音机只要调节到对应无线电的 频率，都可以收到，遥控器也是一样的，发出一定频率的电磁波，只 要是同一型号的设备，都是可以接收到这个电磁波的。 |
通过电磁波频率解释为什么遥 控器可以一个控制多台设备， 复习上节课内容。 | |
| 【提问】那么问题来了，同一型号的汽车一般用的是同一个频段的无 线电，那么它们之间的遥控器会不会也是一个可以操作多个呢？会不 会出现一种情况，在停车场有几百辆车，我按了一下车钥匙，所有汽 车的后备箱都打开了，或者灯都亮了…那听起来还是有些惊悚的啊。 | 了解加密技术，不要把加密和 编码、解码混为一谈 |
| 【讲解】当然不会出现这样的情况，一个车钥匙只能遥控一辆车。这 是为什么呢？因为车辆发送消息时都有加密处理，就是把发送的无线 电加了一道锁，类似于家里门的锁，或者妈妈怕你玩游戏在手机上加 的密码锁，不知道密码就是拿到了手机也打不开对不对，所以只有有 “钥匙”的车才能读取里边的信息，每辆车加密都是不一样的，所以 不能相互遥控。 | ||
| 【第 3 步】编码和解码
【对应 PPT】“编码和解码” 部分 【时长】10-15min |
【话术衔接】但是一个遥控器的功能有那么多个，为什么每按下一个 键，都会执行不同的命令呢？电视机怎么知道我按下的是换台的按键 呢？遥控车怎么知道我按下的是向前走的键呢？
【讲解】我们以遥控车为例，其实在遥控器内部会把不同的按键功能 进行编码处理，就像摩斯密码一样，把不同的按键对应的指令编译成 不同的代码，再通过无线电发出去，汽车接收器接收到这个无线电之 后，就要破译这个代码，就是解码，把指令还原出来，小车就可以按 照指令运行了。听起来好像有些麻烦，我们通过一个小游戏来理解一 下编码和解码。 |
认识编码是把不同的按键功能 信息变成不同的简单的代码， 解码就是把代码再翻译成要实 现的功能。 |
| 【游戏/实验】编码和解码 游戏材料：几本一样的书
游戏规则：假设一本书就是一个遥控器里的各种各样的命令 ，每一个 字就是一种命令，老师充当无线电负责传递消息，但是读不懂这本书 （命令），需要一个同学负责描述这个字，就是给这个字进行编码， 老师（无线电）认识这个编码，就会把这个编码传递给另一个同学— —接收器，接收器这个人按照编码方式找出这个字对应的位置，就是 解码。老师先指定一种编码方式，比如其中一组用 3-1-4 表示课本的 第三页第一行第 4 个字。 游戏过程：计时开始，老师指定书中的某一个字比如 1-2-3，所有学生 在书里找到第一页，第 2 行第 3 个字，写出这个字交给老师。然后学 生两两一组，一个负责编码，一个负责译码。编码人员在纸上写上自 己的代码并交给老师，老师交给他的队友解码人员，解码人按照字条 找出书中的字并写下来。看哪个小组速度最快。可以重复 2-3 次。 游戏结论：这就是编码和解码，就是把一些无线电读不懂的命令、信 息变成统一的简单的代码电信号，通过无线电发送，，接收方再反过 来解开这个代码就可以知道原来的信息了。 |
趣味游戏体验编码、解码的过 程 |
| 【讲解】遥控器也是一样的，有一堆复杂的命令没有办法通过无线电 传过去，无线电不认识它，所以我们给它建一个小房子，把命令放进 去，并且写上标签 0000，就是编码，这个标签可以用无线电载着传给 电视机，电视机接到这个标签后就会找自己身体里对应的小房子，找 到里边的指令，这个就是解码，然后电视机就可以运行啦。 | ||
| 【随堂小测试】为什么同一个遥控器可以控制很多电视？
【讲解】我们在前边讲投影仪为什么可以同时控制的时候就讲过，遥 控器发送的无线电频率是一样的，那现在每一个按键对应的功能都可 以准确控制电视机，是因为什么呢？除了无线电之外，还有编码和解 码方式，同一型号的电视遥控器和电视机的编码解码方式也是一样的， 最后，不像汽车加了密码，电视机是没有加密处理，所以当你按下一 个遥控的按键时，这个编码信息会被所有同一型号的电视机识别到。 |
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| 【第 4 步】了解遥控汽车的 工作原理
【对应 PPT】“遥控小车的工 作原理”部分 【时长】5min |
【提问】我们今天要制作的就是遥控小车，遥控小车是怎么操作，有 没有同学能描述一下的？按下遥控器的前后左右键，小车就会按照要 求跑起来对不对。
【讲解】那对应到我们刚才讲的知识里，其实每一个按键下方都有一 个编码好的自己的代号，按下遥控器的按键就发送了一个指令，然后 |
认识传统遥控和手机遥控两种 方式 |
| 在遥控器内部就会把这个指令怎么样呢？进行编码，然后以无线电的 方式发送出去，车体通过天线接收到无线电波之后就会怎么样呢？把 这个信号进行解码，读取里边的信息，然后按照指令执行相应动作。 这就是遥控小车的工作原理。 | ||
| 【讲解】现在还有一种新型的遥控方式，就是通过手机或者电脑来远 程遥控，这就要用到物联网了，就是老师手上这个，我们打开这个 APP， 找到发明车这个操控界面，可以看到有 4 个按键来操控小车，但实际 上，小车并读不懂这个按键下的命令，手机通过 WIFI 把命令发给了一 个云端的服务器，它就像一个中转站一样，可以把手机的命令进行处 理，然后再通过 WIFI 发送给小车，小车就可以工作啦。所以手机和小 车都必须联网才能工作，否则就连不到中转站啦。 | ||
| 【讲解】遥控小车怎么接入网？
按照 PPT 图片依次点击进入联网界面，输入 WIFI 名称和密码后，按照 提示点击 WIFI 模块上的入网按钮（wifi 模块要通电），然后点击“我 已完成上述操作”等待连接即可 |
注意：一个手机连一个遥控车， 多台设备不要同时操作，一个 一个按顺序连网，否则容易混 乱。最好上课前老师帮学生提 前连接好，然后标号序号。以 防上课时需要耗费大量的时间 |
| 联网。把方法告知家长让其在 家里操作。 | ||
| 【第 5 步】动手制作遥控小 车
【对应 PPT】“开始动手制作 啦！ ”部分 【视频辅导】此时可以播放/ 暂停组装说明视频作为指 导。 【时长】60-70min |
①指导学生打开包装盒，将零件分类摆放整齐在自己前方桌面上。 | 物品摆放不要太靠近自己的身 体，否则容易掉在地上。 |
| ②认识元器件
Wifi 模块：小车联网的通道，指令传输的通道 |
电机驱动模块：根据指令驱动电机 |
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| ③带学生完成组装并教会学生如何操控小车 | ||
| 【第 6 步】课程总结
【对应 PPT】“今天你学到了 什么？ ”部分 【时长】10min |
老师根据 ppt 里的知识图谱回顾本节课学习过的知识要点，并带学生复 习本模块的知识要点，然后带领学生完成课后习题 | |
| 【第 6 步】课堂结束 【对应 PPT】谢谢页面 | 家庭作业：回到家把遥控小车和自己爸爸妈妈的手机匹配，用手机遥 控并拍小视频到群里。 |
附一：课后习题及解析
| 1. 下列哪一种遥控方式在电视遥控器发展史中没有出现过？( )
A ．超声波遥控器 B ．可见光遥控器 C ．无线电遥控器 D ．红外线遥控器 2.遥控小车的遥控器与下列哪种遥控器属于同类遥控器()? A ．电视遥控器 B ．空调遥控器 C ．台灯遥控器 D ．飞机遥控器 3．信号发射装置中的编码器与接收装置中的 是相对应的。 4. 简单分析一下为什么同学们的小车可以用同一个遥控器控制？ 5. 简述用遥控器更换电视频道的工作原理。 答案和解析： 1. C 解析：超声波、可见光、红外线都是电视遥控的方式 2. D 解析：A 、B 、C 都属于红外线遥控 3. 解码器 4. 因为遥控器发出的无线电是同一频率的，所以同一型号的小车都能接收到。 5. 按下换台按钮后，遥控器内部会进行编码，然后发射红外信号，电视机接收到 后进行解码，执行换台动作。 |
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