导盲避障游戏设计

课程名称：《电子科学与技术专业创新课程1》

实验题目：导盲避障游戏设计

课程简要信息

课程名称：电子科学与技术专业创新课程1

课程学时：32（8+24）

适用专业：电子科学与技术

学生年级：一年级

实验内容与任务（限500字）

本实验要求每组同学设计一个导盲避障装置，并且每位同学戴上眼罩，使用该装置实现导盲应用的任务。

1）游戏实验任务

设计一套简易的盲人导盲装置，固定在每个组员身上，引导同学依次通过一个放置平板障碍的直通道，到达尽头后再返回，尽头可由同组同学帮助转向。

2）游戏实验条件

（1）直通或弯道，道长约8 米、宽约 2.5 米；

（2）通道内随机竖直放置120*240mm尺寸的KT板作为平板障碍；

（3）每组队员应使用眼罩蒙住双眼，仿效盲人。

3）游戏实验规则

（1）实验同学在起始区由同组学生辅助佩戴好导盲装置，导盲装置数量不多于 3 个。导盲装置可以佩戴在手臂、腿部和腰部等位置，也可手持。

（2）队员佩戴好遮眼罩，然后原地转1圈，准备好后计时开始，同组队员做好录像工作。返回至入口时，计时结束。

（3）队员通过通道时，每碰触障碍或通道，则判罚增加通过时间。

（4）导盲装置遇障有提示音。

4）游戏场景展示。

图1 导盲现场测试图

实验过程及要求（限300字）

1. 根据实验基本要求，做好预习及资料查阅工作，分析导盲避障应用的社会背景，了解实现导盲避障功能的主要方法。

2. 继续学习和熟悉红外测距传感器的功能、基本原理和应用方法，熟悉红外测距传感器测距范围及相应的输出电压范围；熟悉电压比较器基本工作原理和典型应用电路的搭建。

3. 根据实验具体要求，提出导盲避障器设计应用方案，设计导盲避障器电路模块，分析该装置在应用过程中可能存在的问题。

4. 对导盲避障器进行设计、制作和参数调试，对测试过程中产生的问题进行分析。

5. 对测试过程进行记录，测试完成后验收作品，根据考核点进行综合评分。

6. 撰写设计总结报告，记录实验过程并作实验分析，或以海报形式展现活动内容。

相关知识及背景（限150字）

1. 课题模拟现实生活的一个实际应用，倡导学生增强关爱社会，关爱盲人的社会责任感。

2. 实验引导学生利用前期所学知识，主要包括红外测距传感器和电压比较器，构建一个简易的导盲避障装置，达到知识点重构和能力重塑的目的。

3. 通过游戏体验，不仅提高学生的实际设计能力，也对提升学生的专业兴趣起到积极作用。

教学目标与目的（限100字）

1. 掌握利用红外测距传感器进行避障电路设计的方法；

2. 分组进行导盲避障装置电路设计，培养学生的知识综合应用能力和协作能力；

3. 通过游戏体验，对设计方案进行反馈分析，进行创新思维和工程应用能力的训练。

教学设计与引导

【实验项目设计理念】把握基础，注重实践，情境设置，寓教于乐

【教学方法和策略】

（1）采用理实一体的教学方法——通过讲解、提问、解答、协作、现场指导等环节进行实验教学。

（2）设置提问互动环节——讲解后提出问题，请学生自己进行思考分析，并做出解答。

（3）现场指导——在游戏操作现场进行设计，学生提出设计方案及选取元件，面对实际情景进行方案设计和调整。

（4）协作与问题探讨——通过小组协作，团队分工进行方案的相互交流和改进，有利于提高学生的团队合作能力。

【教学设计】

◆ 课程引入

游戏规则讲解：游戏规则及如何进行游戏？

导盲装置设计：电路装置应具有怎样功能？

◆ 知识和技术点引入

（1）红外测距基本原理

（2）测距与声光指示的设计

（3）便携式电源问题

（4）电路焊接与实际效果考虑

（5）游戏的策略与心理因素

◆ 重要内容讲解

（1）游戏规则解释

互动：提问环节——对游戏规则的疑问进行提问和交流

（2）设计原理讲解（重点）

红外测距传感器；电压比较电路；声光报警模块；电源模块

提示：如何结合前面的知识点，联系项目实际，进行系统的整合与设计？

（3）方案设计和装置搭建（难点）

引导学生要充分理解电路与设计目标的关系，提出方案。

自行选取元器件，焊接和搭建电路。

电源的装配和设计很重要。（可利用充电电池，干电池，充电宝等设备提供电源）

自由装配环节，教师及时解答学生的提问。

（4）游戏实验中

搭建场地，给每组以调试时间；

准备眼罩，配备组员保护安全；

（5）设计装置提交

1、本组游戏体验完成后，递交本组避障方案。

2、方案应包括预采取的策略和装置设定位置示意图等。

【教学反思】

在课程的实施过程中，如何把握好具体的实施环节是值得不断思考和总结的。

1如何准确定位授课对象。课程针对的对象是低年级同学，其理论知识欠缺，如何在实践教学中进行有效引导，在教学内容和方式上进行改进，值得思考。

2课程在具体授课过程中，如何进行有效的课程管理和过程考核，需要进一步细化方案，另外课程的讲义、实践方案等的进一步细化，也需要花费不少精力，并在实践中不断完善。

3如何运用好网络资源，成为有效的训练和授课平台也是需要进一步策划的地方。

实验原理及方案

导盲避障模块在功能上主要实现的是红外测距、信号比较和声音报警等功能，其测距电路可以沿用实验2（《红外测距传感器实验》）的方案；避障装置具备声音报警功能，可使用蜂鸣器。另外需一个独立的电源装置进行供电。独立电源可以使用充电宝的5V输出，也可使用3节干电池进行供电。如果使用4节干电池，可串联1~2个二极管，以保证输出的电源电压不高于5.5V。

电路原理图如图2，S2为红外侧举传感器，U7为比较器LM393，LS3为蜂鸣器。图3为一种实物连接图。

图2避障装置的电路原理图

图3 避障装置的实物连接示意图

图4 便携式电源的USB接口

图4是便携式电源部分（如充电宝的USB输出口），USB口作为独立电源输出，USB座子的1脚为电源5V脚，可串联二极管1N5819后输出。

实验后思考题

1、有何种方法可以保证输出电压不超过5.5V？

2、在导盲过程中，希望该装置应该如何改进更有利于游戏的进行？

3、指出实际生活中该装置应用的局限性。

教学实施进程

本实验设计的主要思想是通过游戏情境的实际体验，将电子技术应用于实际项目，学生将先期基础实验的知识点进行迁移、重构和应用，有效促进学生专业学习的积极性。对培养学生的工程能力有着积极意义。

教学实施进程：

（1）预习：学生通过网络课程下载讲义，对教材相应章节进行自习。提醒学生课程应该携带的相关用具；

（2）实验课程引导：实验开始前对实验要求和基本原理作简要介绍，并按照实验设计要求对实验相关环节作提醒和说明；

（3）实验过程一：分组进行实验方案设计和模块制作；

（4）实验过程二：分组进行实验装置的测试、装置佩戴和导盲游戏过程，教师对游戏部分作记录并做评分；

（5）实物提交和验收，进行实物制作与设计验收；

（6）收集学生反馈，对学生遇到的问题做必要的总结；

（7）课后提交实验报告（电子版），对实验报告进行评分。

教学主要环节

实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

1. 游戏实验的应用背景及需求分析，本实验团队分工及任务分配；

2. 现有导盲游戏装置的方案收集和比较；

3. 本实验项目中的导盲游戏装置设计方案和设计原理；

4. 导盲游戏装置的电路元件和接插件选择，参数调节和测试过程；

5. 学生进行导盲避障的游戏过程及图片；

6. 实验结果总结

考核要求与方法（限300字）

1．游戏评分规则（100分计）

（1）评分资格，每人通过时间不超过180s。

（2）记录每个成员通过障碍物的时间T，时间记录以秒为单位。

（3）记录通过障碍通道时候的碰撞次数。碰撞分为轻微碰撞，一般碰撞。轻微碰撞记0.5次，明显碰撞记1次。碰撞增加罚时。每次碰撞的罚时为10秒。

（4）总成绩为通过时间和罚时的总和。

（5）所有队员完成游戏后，对成绩进行统一算法折算成百分制。

（6）评分未尽事项由指导教师负责确定。

2．实物设计与制作（100分计）

（1）基本方案与电路设计（40分）

（2）方案创新（30分）

（3）焊接与装置制作（30分）

3．实验成绩

（1）预习和实验报告（20%）

（2）游戏评分（40%）

（3）实物设计与制作（40%）

项目特色或创新（可空缺，限150字）

本实验是校本创新课程的典型实验案例，来源于光电设计大赛，实验案例以实际生活应用为背景，将课题进行知识点提炼，迁移，内化为适合于低年级同学的创新课程项目，构建了一种工程性和应用性都较强的，比较接地气的、学生乐于接受的课程形式，让学生在参与过程中，获得技术应用的实践经验，激发其创新思维。

参赛选手信息表