《多功能聲控燈》教學設計

潘冬云

● 教材與學生情況分析

《多功能聲控燈》一課是初中信息技術教材粵教版七年級下第二章第4節的內容，是智能機器設計制作的發展階段，經過前幾節課的學習，學生已對智能機器的組成、編程、仿真有了一定的了解，可以進行簡單的機器人程序設計。教材配套的諾寶機器人套件多數學校沒有配齊，學生只能進行仿真測試，無法真實體驗智能硬件效果，諾寶RC軟件雖具多個傳感器模塊，但在運算、邏輯控制、變量處理方面還有較多功能欠缺，無法實現更多復雜功能。很多初一學生剛開始接觸智能機器設計，對智能設備很有興趣，但僅靠教材的內容和仿真實驗無法給學生留下深刻印象，時間一長便失去學習興趣。因此，筆者結合教材內容，引入了開源硬件Micro：bit，結合圖形化編程軟件Mind+，對本節的內容進行重新設計，除讓學生學習原有的變量、直到型循環、防抖處理等知識外，還引入了模擬傳感器、變量處理、創意設計等內容，通過軟硬件結合的方式，模擬真實情景，激發學生學習興趣。

● 教學目標

①了解智能機器程序設計的特點。②通過編寫多功能聲控燈程序，響聲時LED燈亮，再響時燈滅，理解變量的引入和作用。③了解軟件防抖的處理方式，學習直到型循環在智能機器程序設計中的應用。④體驗交互式智能機器程序設計和調試的一般過程。⑤激發對智能技術的興趣，啟發創意思維。

● 教學重難點

重點：變量的引入及在智能機器程序設計中的作用。

難點：使用聲控開關燈時產生抖動（閃爍）的原因及軟件防抖處理方法。

● 教學流程

1.復習舊知，引入新課

師：上節課我們學習了樓道感應燈，同學們很好地完成了課后作業，分別用多分支條件語句和復合型條件語句制作樓道感應燈，上傳了程序截圖和仿真視頻，還有的同學做出了感應風扇，值得表揚。本節課，我們不用光線傳感器，只用聲音傳感器，制作聲控燈，聲音響時燈亮，再次響聲時燈滅，請同學們觀看演示視頻，想想這個聲控燈如何實現？（出示課題：多功能聲控燈）

設計意圖：復習上節內容為新知學習做準備，展示優秀作業，鼓勵學生課后自學，出示任務視頻，激發學生學習興趣。

2.教學新課

（1）選材說明

師：老師選用的實驗器材都是大家最容易找到的，用計算機自帶拾音器代替聲音傳感器模塊，用Micro：bit LED燈組及軟件舞臺畫面實現燈光效果。

設計意圖：用開源硬件代替諾寶RC，讓盡量多的學生體驗真實的智能機器設計和制作。需要利用網課平臺提前為學生布置預備任務，觀看微視頻了解Mind+安裝和Micro：bit連接。

（2）任務分析

①變量。

師：決定開關燈的因素有哪些？

生：聲音。

師：聲音可決定開燈，也可以決定關燈，因此，僅有聲音還不能完成本節任務，還需要看什么因素？

生：聽到聲音時燈是開的還是關的。

師：對，還要看燈原來的狀態，那么由誰來記錄燈原來的狀態呢？

生：計算機。

師：計算機中又是用什么來記錄狀態？

生：……

師：用變量，變量是程序設計中非常重要的要素，相當于數據盒子、數據抽屜，用來保存程序運行中的數據，如輸入信息、得分、成績、坐標等。變量要取有意義的名字，初學者可以用中文，為本節中需要用的變量取個名。另外，還可以引入“響聲次數”，一是方便調試程序，二是響聲計數和狀態變量之間也有內在關系。

設計意圖：用提問引導的方式講解本課需用到的知識。

②流程設計。

教師活動：展示主流程，分析循環體內的處理過程，要求學生在學案上繪制循環體內程序處理過程，課堂巡視，并展示學生繪制的流程圖。

學生活動：在學案上畫流程圖。學生代表上臺繪制流程圖，然后對設計流程和流程圖規范做講解。

設計意圖：強調在設計前繪制流程圖，培養學生程序設計的思維習慣。

③檢測聲音方法說明。

教師活動：明確Mind+內置監測模塊“響度”可顯示計算機拾音器采集的音量大小，可用于聲音檢測，播放響度調用視頻，聲音檢測使用“響度>（ ）語句”，同時提醒學生觀察記錄拍手后響度的大小。

（3）任務一：在Mind+打開“聲控燈-0.sb3”文件，設計響聲時房間燈亮、再次響聲時房間燈滅的程序，依據流程圖編寫聲控燈程序（如圖1）

①學生編寫程序，教師巡查。

②教師及時提示學生在編程中出現的常見問題。

③效果測試。

師：編好程序后做響聲測試，在測試中發現什么問題？

生：一次拍手后舞臺背景閃爍，響聲計數一次增加多位，響聲結束后燈的狀態不確定。

設計意圖：讓學生試錯，發現實際問題，思考解決方法。

（4）聲控開關抖動問題及處理

提問：為什么一次響聲后，舞臺背景閃爍，響聲計數一次增加多位，聲音消失后燈光狀態不確定？

設計意圖：對初學者來說，沒有設計硬件開關程序的經驗，此問題需要教師進行詳細分析。

分析：視頻播放一次拍手的響度時間圖，指出一次拍手過程響聲有一定時長，大于設定的響度值的聲音也有一定時長，在這段時間內， 循環體執行了多少次呢？

教師活動：在流程圖上作圖，解釋在這段時間內開關燈動作執行了多次的過程。

學生活動：理解造成一次響聲多次執行開關燈動作的原因。

師：如何解決一次拍手引起多次開關燈動作的問題？（引導回答：每次開燈/關燈動作后，要等待一段時間，等聲音“完全消失”才進行下一次開關燈的聲音檢測）

學生上臺演示，給出等待（延時）模塊放入位置。

設計意圖：重點幫助學生理解通過在適當位置加入等待模塊，可消除開關過程中的抖動現象。

（5）任務二：改進程序，設計更穩定的聲控燈

①通過剛才的分析可知，可以在開關燈動作后加入延時來處理開燈過程中的抖動現象，但有時響聲過長，不知道設延時時音多長該如何處理？提示：有沒有辦法做個等待，聲音高時一直停在原地等待，直到聲音變小才退出等待？引入直到型循環的處理過程：重復檢測響度值，直到響度小于設定的“聲音消失”時響度值。

②參考程序如圖2所示。（將等待聲音消失的直到型循環加入原程序）

設計意圖：用直到型循環代替普通等待模塊，可以適應不同長度的響聲情況，這是本節的重點和難點。

③師：測試程序，制造一些聲音，不管聲音長短，舞臺燈光都可以在聲音的控制下穩定地開關了嗎？如果可以，說明你的程序設計已經達到任務要求，較好地消除了聲音開關抖動現象，實現了軟件防抖。

④接下來，可在程序中加入硬件模塊（Micro：bit），通過響聲同時實現對硬件燈光控制（如圖3）。

設計意圖：在軟件成功的基礎上，加入硬件模塊，可以降低程序調試的難度，方便找出問題。

⑤學生在程序中加入Micro：bit圖案顯示，測試真實場景下響聲開關效果。

⑥教師巡查展示學生作品，同時提示：現在同學們已做出具有兩種功能的聲控燈，還可以繼續設計，做出更多效果、更多功能的聲控燈，如顏色、亮度等效果變化等。有興趣的同學可以繼續嘗試。

設計意圖：鼓勵學有余力的學生進行擴展和創作，基礎一般的學生完成兩種狀態切換的聲控燈即可。

3.課堂總結

這節課學習了只用聲音傳感器實現多種燈光功能控制，在這個過程中，狀態變量的引入起了關鍵作用，根據狀態變量的不同值，可設計出不同燈光效果。進一步實驗發現，聲控燈在開關燈時會出現抖動現象，這是由于聲音和機器的特點造成的（在其他類型的開關上也存在這個問題，如按鈕），但可以通過軟件防抖技巧來處理，使用直到型循環就是一種常見的消抖方法。

4.課后任務

①在家完成一個多功能聲控燈程序，上傳測試視頻。

②思考響聲次數的狀態變量之間的數學關系，進一步優化程序。

③可以采購硬件，利用簡單事物，做出創意作品。

● 教學反思

本課作為一節信息技術研討課，旨在研究和探討如何使用身邊的軟件和器材更新教材內容，上好智能機器設計與制作課。學生經歷了新冠疫情期間的網課學習，已具備一定的網絡學習能力，所以筆者可以充分利用網課平臺繼續開展線上教學。因此，課前筆者準備和制作了學習資料，通過雨課堂平臺下發任務，讓學生在家先進行自主學習，將學習延伸到課外。另外，在學習器材的選擇上，不局限于教材使用的軟硬件，引入了流行的開源硬件，根據教學內容對課堂內容進行了重新設計，既保留了原有的知識點，又能讓每個學生用實物進行操作，體驗真實效果，提升了學習興趣。課堂上重點講解智能設備工作特點、遇到問題的處理方法、軟硬件的編程調試，展示更多功能，擴展程序思路，讓學生體會智能設備編程的魅力。在課堂上，使用了隨機點名、學案教學、繪制流程，交互白板操作、手機投屏、小組協作、共同測試等方式，活躍了教學氣氛，激發了學生興趣。經課后反饋可知，很多學生完成了自己的創意設計，利用聲音或按鈕作為開關，實現多功能軟硬件控制。

本課需要完善的地方在于：教學環節的設計需要更加精簡和連貫，注意內容的取舍，不要面面俱到;語言表達還可以更精練;課堂時間的把控需要加強，應花更多的時間來擴展學生思路，指導學生編程和糾錯。

點評

新冠疫情改變了信息技術課常在計算機室上課的模式，如何在新形勢下上好信息技術課？潘老師做了很好的示范：①錄微課，做翻轉。將本節課要學的知識點以微課的形式提前錄制下來，用線上平臺推送給學生，讓學生對新課的內容有所準備。②利用學案，任務驅動教學。目標明確，環環相扣，層層推進。③課堂上著重講解本節課的重難點，加深學生對重難點的理解。④實驗操作與演示，利用現有器材，以2人小組為單位，讓每個學生都參與操作和實踐，在真實環境中發現問題和解決問題。⑤利用教學平臺布置課后任務，教師線上批改加課堂點評，將學習延伸到課外，彌補信息課教學時間的不足，選拔優秀的學生苗子。

在信息技術課上，如何調動學生的積極性是一個需要關注的問題，教師可在上課前展示與本節課有關的小程序或者小活動，以此來調動學生的積極性，讓他們對本節課的學習更感興趣。

（點評人：廣東省深圳市寶安區初中信息技術兼職教研員 李佳琦）