基于計算思維培養的智能圖書管理實驗系統

陳江

摘要：通過刷校園卡借閱書籍的形式可以防止書籍的丟失。只有在刷卡成功后才能借書，用戶的各種操作都會記錄下來，包括借閱的書籍和對應的用戶以及借閱書籍的量。通過傳感器感受書的存在，通過NFC貼片可以準確識別出書的ID，取走每一本書都會與相應的用戶對應起來記錄下來，還書時借閱者只需把書放進出入口，系統會自動識別出書的ID并判斷是否屬于該書柜的書籍，書柜通過物聯網把變化信息實時發送到網絡，可以遠程進行查詢，還可以查詢到每個同學的借閱情況和每種圖書的借閱量，通過這些可以分析學生的閱讀情況和喜歡的書籍為后續采購圖書提供參考。

關鍵詞：計算思維;智能圖書管理;實驗系統

一、創意來源

在進行輔導學生創作作品，學生往往不知如何下手，更不知道能實現些什么功能，最終的效果怎么樣，于是結合學校圖書管理實際幫助學生學生。

二、基本思路

該實驗資源包括三方面，結構設計，電子元件的用法和示例程序，書柜采用透明設計，學生很清楚地看到每個元件和結構，更方便學生觀察各部分是怎么樣工作，幫助理解學習過的知識，學生可以使用示例程序或者自己編寫程序來完成實驗，該書柜用刷卡來打門，所以只要拿走書籍就一定會留下記錄，消除了“自覺登記”對大家自覺性的依賴。記錄的信息不僅有借書的用戶和數量，還書時必須要還到指定的書柜，從而保證了書籍位置的有序。設有書籍專用出入口，不用去記書的位置。顯示屏時時顯示書柜內的書本量，不存在找書難的情況。

三、實驗設備描述

整個書柜由有機板拼接制成，大致兩個空間，一邊用來存放書籍，一邊用來放存放相關電子元器件，保證了整體的美觀。每一個放書的位置下都是一個輕觸開關，可以精確地感受書的拿取。且每一本書具有唯一的ID號，書籍的借閱情況與ID號綁定，還書時的用戶必須把書放在指定的書柜。刷卡接收模塊讀取所用磁卡的用戶賬號，以及對應信息，從而判斷卡的合法性，借書記錄，書柜內是否有書可借，再綜合判斷給予提示。刷卡后，用戶可以通過按鈕對顯示屏上顯示的菜單進行操作，每一步都有詳細的操作說明，所以只要拿走書籍就一定會留下記錄，消除了“自覺登記”對大家自覺性的依賴。記錄的信息不僅有借書的用戶和數量，有專用圖書出入口，借書還書都在出書口操作，極大地方便用戶，也給管理員的管理帶來了方便。

四、實驗導學

1.實驗定位：是面向編程零基礎的高中生，開展基于開源電子的科技創新活動，這里需要說明的是，針對有基礎的學生也是可以使用的，可以把學過的內容進行組合再進行實驗。

2.實驗目標：通過實驗活動，掌握簡單的編程方法和作品制作的過程與方法，培養學生的計算思維和工程思維。

3.實驗教學時間安排：實驗教學活動共計12周，每周教學時間1課時，練習時間2課時。

4.實驗內容：從硬件知識到編程設計到功能實現的完整實踐過程。

5.考核形式：能讓智能圖書管理系統正常運行。

五、實驗內容安排

本實驗包含的一系列子實驗由易到難，循序漸進，實驗過程中需要配合使用實驗手冊，學生在做實驗的過程是需要完成實驗手冊的填寫，實驗內容在硬件的學習時，首先學習的是Arduino控制器，再由簡單的傳感器認識與使用，如按鈕，到復雜傳感器的使用，如射頻卡讀卡器，NFC讀卡器等，再到傳感器之間的協同工作，如在圖書的檢測需要NFC讀卡器和觸碰開關的協同工作。在程序的編寫首先選擇圖形化的編程軟件，本實驗選擇的是Mind+編程軟件，學生易上手，易掌握，當學生具有一定的編程基礎后，引入了代碼編程，這樣能夠緊扣信息技術的課程目標，為了培養學生的計算思維，在實驗中引入了流程圖，在編寫程序之前都要求學生完成流程圖的繪制，這樣能幫助學生更好的理解程序邏輯;在實驗中還引入了函數，讓學進行程序的封裝以便以后調用，培養了學生的工程思維。在實驗中引入了目前流行的物流網、語音模塊，增強了實驗內容的時代性。在每一單元的內容中設置了自學內容（主要是為了培養學生獲取信息的能力），教師的講解，分組實踐探究內容（主要培養學生發現問題解決問題的能力）。前面的每個單位都是在為實現整體實驗目標做準備。

六、創新點

1.基于項目式探究實驗，激發學生學習興趣，培養 學生的計算思維和工程思維。

2.學習者通過該作品不僅可以學習傳感器基礎知識，還能學習一些常用結構設計。

3.搭配示例程序，方便學習者快速上手，可以學習到從想法到作品制作的全過程。

4.該作品采用透明設計，方便使用者觀察學習。

七、總結與反思

本實驗屬于項目式探究實驗，是基于真實問題情境，給學生提供 一個貼近生活實際的驅動問題，把核心問題轉化為一系列的學習任務，使學生在解決這個核心問題的過程中嘗試探索、學習和應用相關的多門學科知識。從而激發學生學習興趣，培養 學生的計算思維和工程思維。

不足之處：本實驗包含一系列內容，如果學生不能按時完成或者教師管理不嚴時，會影響后續實驗甚至影響整個實驗目標實現。

參考文獻：

[1]羅衛敏，吳元斌，劉雨露.基于OBE培養計算思維能力的實踐探索——以“大學計算機基礎”課程實驗教學為例[J].科技風，2021（36）：121-123..