點(diǎn)亮夢想

主講人：王元生 專業(yè)指導(dǎo)：吳猛

教學(xué)背景

2019年政府工作報告中明確指出“發(fā)展‘互聯(lián)網(wǎng)+教育，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源共享”。教育部將實(shí)施學(xué)生信息素養(yǎng)培育行動，完成義務(wù)教育階段學(xué)生信息素養(yǎng)評價指標(biāo)體系，建立評估模型，啟動中小學(xué)生信息素養(yǎng)測評；并推動在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育；同時推動大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)在教育教學(xué)中深入應(yīng)用。

本課教學(xué)案例來源于學(xué)生參加青少年科技創(chuàng)新比賽中的科技創(chuàng)新成果“智能臺燈”。整個項(xiàng)目采用項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)方式，教學(xué)流程遵循著名認(rèn)知心理學(xué)家赫伯特·西蒙的“問題解決”基本過程，即發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出假設(shè)、校驗(yàn)假設(shè)，項(xiàng)目實(shí)施共分為三個階段：發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題。本課的學(xué)習(xí)目的主要是讓學(xué)生了解傳感器的功能與應(yīng)用場景，學(xué)會通過探究的方式發(fā)現(xiàn)和解決問題，在感受人工智能對生活影響的同時培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

教學(xué)目標(biāo)

知識與技能 認(rèn)識Arduino主控模塊及超聲波、溫濕度等傳感器的工作原理和工作過程；通過智能臺燈的制作，可以熟練掌握不同功能傳感器的應(yīng)用和Mixly編程。

情感態(tài)度與價值觀 讓學(xué)生體會到創(chuàng)客在生活中的應(yīng)用，以此激發(fā)學(xué)生對科技創(chuàng)新的熱愛與對創(chuàng)客“智造”的向往。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) Arduino主控模塊不同功能的了解與掌握。

教學(xué)難點(diǎn) 智能臺燈的各個功能控制的編程方法。

教學(xué)準(zhǔn)備

PPT課件、Arduino主板、溫濕度傳感器、音樂播放器、按鈕指示燈、旋鈕電位器、OLED液晶顯示器、揚(yáng)聲器、蜂鳴器、杜邦線、USB連接線。

教學(xué)過程

一、發(fā)現(xiàn)問題

近年來，我國中小學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)重，加上手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品的普及，導(dǎo)致我國青少年近視率居高不下、不斷攀升。教育部高度重視青少年學(xué)生近視眼防控工作。2018年8月30日，教育部、國家衛(wèi)生健康委員會等八個部門聯(lián)合印發(fā)《綜合防控兒童青少年近視實(shí)施方案》。

21世紀(jì)是人工智能的時代，如何利用人工智能給每個學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)環(huán)境呢？學(xué)生用眼過度或者坐姿不端正是導(dǎo)致近視的重要原因之一，那么能不能在學(xué)習(xí)過程中盡量避免這種現(xiàn)象的發(fā)生呢？

二、探究問題

實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字化控制溫濕度

教師通過圖示講解Arduino主板的結(jié)構(gòu)、原理、注意事項(xiàng)、接線用法等知識點(diǎn)。

通過已學(xué)知識，啟發(fā)學(xué)生完成控制溫濕度傳感器并將所測量的數(shù)值顯示到OLED液晶顯示器上的方案。

學(xué)生總結(jié)：“8”引腳獲取濕度和溫度數(shù)值，分別賦值給“S”和“W”兩個不同的變量，通過OLED液晶顯示器顯示出來。

實(shí)驗(yàn)二 通過超聲波距離控制，實(shí)現(xiàn)距離矯正

1.教師通過圖示先為學(xué)生講解超聲波模塊的工作原理和模塊的接線用法，使用注意事項(xiàng)等問題，再結(jié)合超聲波模塊的工作原理給學(xué)生分析如何編寫程序。

2.自主探究使用超聲波測距，實(shí)現(xiàn)距離矯正。

教師總結(jié)：如果超聲波距離小于15cm，引腳“4”輸出高電平，蜂鳴器發(fā)出提示聲音，否則蜂鳴器不做出任何提示。學(xué)生可以根據(jù)自身差異，對距離數(shù)據(jù)進(jìn)行微量調(diào)整，完成“私人定制”。

實(shí)驗(yàn)三 定時溫馨提醒，防止用眼過度

1.通過圖示向?qū)W生介紹語音播報模塊和揚(yáng)聲器模塊的用法，并指導(dǎo)學(xué)生完成模塊之間的連接和主板的連接。

2.完成控制音樂播放器模塊與揚(yáng)聲器傳感器的編程，定時提醒學(xué)生用眼過度需要休息，根據(jù)音樂提示做眼保健操。

小組總結(jié)：當(dāng)程序運(yùn)行時（也就是臺燈開始工作時），定時器開始計時，每過90分鐘通過串口向音樂播放器模塊發(fā)送播放做眼保健操的信號。

三、總結(jié)提升

教師展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果，分小組提交編程測試數(shù)據(jù)，并填寫實(shí)驗(yàn)報告單。

學(xué)生在所有硬件連接完成后上傳程序時，遇到上傳失敗，導(dǎo)致智能臺燈無法正常工作的問題。教師提出問題：為什么程序編寫正確，但是無法上傳Arduino主板？

學(xué)生分組討論。教師最后匯總學(xué)生討論的結(jié)果：由于音樂播放器模塊開始默認(rèn)了D0和D1引腳，但是USB上傳程序時也需要通過這兩個引腳，所以導(dǎo)致上傳失敗。

教師匯總學(xué)生解決問題的方法：1.可以先上傳程序，待上傳結(jié)束時再連接音樂播放器模塊；2.重新定義兩個不同的引腳，避免與USB沖突（如圖7）。

四、課后總結(jié)

師生共同回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生思維：超聲波、溫濕度等傳感器還可以使用在生活中的哪些方面？如何與其他開源硬件更好地進(jìn)行匹配？

五、作品展示

本節(jié)課是智能臺燈的“智造”中的程序控制，這個作品的創(chuàng)客理念是讓學(xué)生動手操作，利用所學(xué)知識解決生活中的問題。整個過程學(xué)生了解和掌握了不同傳感器的功能及其應(yīng)用，制作過程中學(xué)生還了解了激光切割機(jī)的工作原理，做出了作品的外觀。（如圖8）

教學(xué)反思

本節(jié)課主要是智能臺燈中的程序控制部分的教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)以致用，將創(chuàng)客融入每個人的生活中去，用自己所學(xué)技能去解決生活中的一些問題，改善自己學(xué)習(xí)生活環(huán)境。

專家點(diǎn)評

創(chuàng)客教育的作品會有一個從教具到文具的過程，教具是教師用，文具是學(xué)生用。教具是上課的時候用，文具是天天用。DIY創(chuàng)意智能臺燈是一個很好的從教具到文具的橋梁，該作品已經(jīng)有初步的雛形，但在真實(shí)應(yīng)用的過程中還有一些具體的細(xì)節(jié)要修改。這是一個既復(fù)雜又簡單的過程。做真正能用的東西，做很酷的東西，做團(tuán)隊協(xié)作的東西。（點(diǎn)評人：吳俊杰，北京景山學(xué)校信息技術(shù)教師，創(chuàng)客教育普惠課程創(chuàng)始人）