魏丹丹

學(xué)習(xí)背景

隨著智能家居時(shí)代的到來，各種智能小家電層出不窮。本項(xiàng)目利用超聲波傳感器，制作一個(gè)迎賓器/報(bào)警器裝置，在此過程中，讓學(xué)生感受智能設(shè)備的特點(diǎn)，揭開其神秘面紗，對(duì)超聲波傳感器的應(yīng)用有更深刻的認(rèn)識(shí)。

本課項(xiàng)目的教學(xué)對(duì)象是七年級(jí)學(xué)生，他們已有學(xué)習(xí)Scratch編程的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，能根據(jù)自己的想法創(chuàng)作簡單的程序?qū)嵗瑸镾TEAM項(xiàng)目教學(xué)奠定了良好的基礎(chǔ)。但本課項(xiàng)目是學(xué)生初次接觸傳感器，并利用超聲波傳感器進(jìn)行迎賓器/報(bào)警器設(shè)計(jì)及編程。在教學(xué)中，教師應(yīng)注重興趣的啟蒙和培養(yǎng)，并以趣味性的練習(xí)、富有引導(dǎo)性的教學(xué)語言、明白流暢的教學(xué)思路調(diào)動(dòng)學(xué)生的情感，逐步建立程序的邏輯思維模式，促進(jìn)學(xué)生對(duì)算法和程序設(shè)計(jì)的理解。

教學(xué)目標(biāo)

1.通過了解傳感器，能夠正確搭建硬件，實(shí)現(xiàn)其功能。

2.通過自主探究和小組合作，了解選擇合適的傳感器和程序結(jié)構(gòu)解決實(shí)際問題，了解項(xiàng)目學(xué)習(xí)的一般過程。

3.通過問題的分析與解決，幫助學(xué)生克服畏難情緒，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和科學(xué)探索精神。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：使用超聲波傳感器，正確搭建硬件。

教學(xué)難點(diǎn)：通過自主探究和小組合作，了解選擇合適的傳感器和程序結(jié)構(gòu)解決實(shí)際問題。

教學(xué)過程

一、激趣導(dǎo)入，揭示項(xiàng)目主題

1.溫故知新

教師出示課件，展示學(xué)生在前幾次課中設(shè)計(jì)的流水燈等項(xiàng)目作品，引導(dǎo)學(xué)生回憶并總結(jié)前面學(xué)過的內(nèi)容，例如mbot主控板、LED點(diǎn)陣屏、順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)等。

2.揭示項(xiàng)目主題

師：機(jī)器人最吸引人的地方是什么？

學(xué)生思考，結(jié)合生活實(shí)際回答。

師：對(duì)，是和人類或外界環(huán)境的交流。

教師出示項(xiàng)目課題“迎賓器/報(bào)警器設(shè)計(jì)”，并下發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃書。學(xué)生明確本次項(xiàng)目主題，著手填寫項(xiàng)目計(jì)劃書。

二、項(xiàng)目需求分析

1.生活中的迎賓器/報(bào)警器

師：大家在生活中見過迎賓器和報(bào)警器嗎？在哪里見到的？

生：超市、商場(chǎng)……

教師進(jìn)行補(bǔ)充，隨后播放動(dòng)畫，更生動(dòng)形象地展示迎賓器和報(bào)警器的工作過程。

師：請(qǐng)同學(xué)們嘗試用自然語言描述迎賓器和報(bào)警器的工作過程。

2.項(xiàng)目需求分析

教師根據(jù)學(xué)生的自然語言描述歸納總結(jié)，并以圖示的形式展示出來。

學(xué)生觀看課件，并思考：需要搭建哪些硬件？結(jié)合前幾次課學(xué)習(xí)內(nèi)容，思考本次項(xiàng)目如何實(shí)施。

師：表格中紅字部分如何實(shí)現(xiàn)？如何判斷“有顧客進(jìn)門”呢？請(qǐng)同學(xué)們觀察已下發(fā)的mbot機(jī)器人，我們還需要什么器件來實(shí)現(xiàn)這一功能？

學(xué)生以小組為單位，觀察已下發(fā)的硬件組成，討論思考是否還缺少關(guān)鍵器件。

三、項(xiàng)目規(guī)劃

1.認(rèn)識(shí)傳感器

教師展示科學(xué)機(jī)器人套裝器件圖，詢問學(xué)生：哪些器件我們還不熟悉？學(xué)生觀看科學(xué)機(jī)器人套裝器件圖，并思考。

師：機(jī)器人千差萬別，但是其系統(tǒng)組成卻都是一樣的，通常由控制器、執(zhí)行系統(tǒng)、傳感器等部分構(gòu)成。機(jī)器人要像人一樣能識(shí)別環(huán)境，必須具有幫助機(jī)器人獲取外部信息的傳感器。傳感器是一種信息檢測(cè)裝置，它能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

2.了解傳感器

教師展示幾種常見傳感器，以及各自的用途。如：超聲波傳感器、氣體傳感器、光線傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、溫濕度傳感器等。學(xué)生觀看課件，了解常見的傳感器用途。

師：在本次項(xiàng)目中該選用哪一種傳感器呢？

學(xué)生思考回答，教師最終引導(dǎo)得出——超聲波傳感器。

3.使用傳感器

教師下發(fā)超聲波傳感器。學(xué)生以小組為單位，將超聲波傳感器組裝到合適位置，并連好接口。

【任務(wù)一】實(shí)時(shí)顯示超聲波傳感器數(shù)值

具體要求：

在mBlock中編寫程序，讓熊貓實(shí)時(shí)讀出超聲波傳感器的數(shù)值。

學(xué)生嘗試使用超聲波傳感器，完成任務(wù)一。教師巡視指導(dǎo)，解決學(xué)生在實(shí)際操作中遇到的軟硬件問題。

師生共同歸納要點(diǎn)：實(shí)時(shí)顯示、循環(huán)結(jié)構(gòu)。注意傳感器的接口和軟硬件要一致，串口要連接上。

【任務(wù)二】完成迎賓器/報(bào)警器設(shè)計(jì)的流程圖

具體要求：

為提高積極性，前6組設(shè)計(jì)迎賓器，后6組設(shè)計(jì)報(bào)警器。學(xué)生根據(jù)各組項(xiàng)目設(shè)計(jì)，完成流程圖設(shè)計(jì)，為項(xiàng)目實(shí)施做準(zhǔn)備。

教師總結(jié)：除了在硬件上選用了超聲波傳感器，在程序設(shè)計(jì)中也要用分支結(jié)構(gòu)，在不同的條件下，選擇不同的分支。

四、項(xiàng)目實(shí)施

1.填寫項(xiàng)目計(jì)劃書，小組分工合作

小組成員填寫表格，由硬件搭建過渡到程序設(shè)計(jì)。將整個(gè)項(xiàng)目細(xì)化為幾個(gè)小任務(wù)，分而治之，逐步求精。如針對(duì)“發(fā)出悅耳聲音”功能，在程序設(shè)計(jì)中通過播放不同音調(diào)來實(shí)現(xiàn)。

2.在線調(diào)試

思考問題：（1）程序執(zhí)行是否達(dá)到預(yù)期效果？為什么？（2）程序是否可以簡化？（3）如何設(shè)計(jì)雙向迎賓器，即做到進(jìn)門迎賓、出門送客？

學(xué)生根據(jù)問題在線調(diào)試程序，不斷調(diào)試，達(dá)到小組預(yù)期目標(biāo)，得出答案。

3.離線調(diào)試

學(xué)生本組程序在線調(diào)試基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)后，可上傳程序至主控板，進(jìn)行離線調(diào)試，優(yōu)化程序。

教師巡視，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，給予引導(dǎo)解答。

五、項(xiàng)目總結(jié)及展示

教師請(qǐng)學(xué)生展示小組作品，出示小組操作過程中遇到的問題與解決辦法，著重介紹本組項(xiàng)目亮點(diǎn)，并將本組在完成項(xiàng)目過程中未解決的問題和新的想法提出來，全班進(jìn)行討論。

實(shí)踐反思

本節(jié)課是基于STEAM項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐課，采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)法，利用交互式白板、交互式評(píng)價(jià)系統(tǒng)等信息技術(shù)手段完成迎賓器/報(bào)警器這一項(xiàng)目，旨在讓學(xué)生通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)理解創(chuàng)客的含義，養(yǎng)成不斷努力將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的創(chuàng)客精神，體驗(yàn)從創(chuàng)意想法到完成作品的喜悅。

在項(xiàng)目活動(dòng)過程中，學(xué)生獲得的不僅是信息技術(shù)的知識(shí)與技能，更是一種獨(dú)特思考和解決問題的方式——計(jì)算思維。通過培養(yǎng)計(jì)算思維，讓學(xué)生更深入地理解解決問題的過程。學(xué)生面對(duì)一堆硬件不知道如何能讓其組合成一個(gè)迎賓器/報(bào)警器，教師就要不斷引導(dǎo)學(xué)生將看似復(fù)雜的問題分解成多個(gè)易于管理解決的小問題;并對(duì)這些小問題單獨(dú)處理，通過程序的調(diào)整或硬件的調(diào)整，不斷完善，解決每個(gè)小問題，最終完成整個(gè)項(xiàng)目。實(shí)踐過程激發(fā)了學(xué)生參與的熱情，并且讓學(xué)生親身經(jīng)歷、感受到了開源硬件在生活中的應(yīng)用。