智能小臺燈創意設計與制作

課程背景

2017年國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》強調普及中小學階段人工智能、編程教育。《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》也指出，要設置從學生真實生活和發展需要出發的課程，培養學生問題解決、創意物化等能力。

我校的教育理念是“生長教育”，該理念是由美國著名教育家杜威提出的，倡導通過生活化的教學實踐活動，促進學習者的個性展示和能力發展。從2016年開始，我校開設了創客課程和STEAM課程，以這些課程為載體，培養學生的問題解決能力、創新能力、合作能力等21世紀技能。

本課程內容在建構主義認識論、生長教育理念以及新課程標準的指導下，以學生為中心，從生活實際出發，確立了“智能小臺燈”項目主題，融合了編程、開源硬件、搭建等知識內容。學生在發現問題、集思廣益、設計方案、制作小臺燈的過程中，不斷進行思考、建構、創新、合作，不斷發現問題、解決問題，從而提升了問題解決能力和合作、創新能力。本項目內容包括六課時，本課時主要是讓學生根據設計方案，編程、搭建，實現智能小臺燈的預設效果并測試、修改、完善。

教學目標

知識與技能

1.了解光敏傳感模塊和紅外傳感模塊的功能。

2.理解選擇程序結構的流程圖，并能根據流程圖編寫程序，實現預設效果。

過程與方法

1.體驗設計、制作（編程、創意搭建）智能小臺燈的過程。

2.在交流合作中提升發現問題、解決問題的能力和協作溝通能力。

情感態度與價值觀

在設計、制作和分享的過程中，體驗利用信息技術等數字化工具進行“創意表達”的樂趣以及合作、分享的樂趣。

教學準備

PPT課件、KenBlock主板及配套開源硬件（LED模塊、光敏傳感模塊、紅外傳感模塊）、KenBlock圖形化編程平臺。

教學重點與難點

教學重點：1.利用光敏傳感器，編程實現光線控制燈的亮滅——自動感應光纖功能。2.利用避障傳感器、光敏傳感器，編程實現預設效果——有人且光線暗點亮，否則熄滅。

教學難點：制作出兼具“智能判斷”功能和外形美觀的智能小臺燈，實現創意物化和創意表達。

教學過程

一、課程導入

師：同學們，在前面的學習中，我們發現并確立了問題——如何制作一個自動感應光線的節能小臺燈，每個小組形成了設計方案。這節課我們就利用傳感器，通過編程、搭建，來制作這樣一盞智能臺燈。

二、探究操作

1.提出問題

師：我們先來實現“自動感應光線變化”的效果，要實現這個效果，應該用到哪些模塊？

學生思考，從材料盒里找到所需模塊。教師介紹光敏傳感器的功能——可以自動感應光線強度的變化。

2.畫流程圖

教師帶領學生一起分析欲實現效果：光線控制——當光線變暗時自動點亮，光線變亮時自動熄滅，引導學生畫出流程圖，并用“如果……那么……”句式說一說。

設置意圖：分析程序實現方法，通過畫流程圖幫助學生理清思路，熟悉鞏固，選擇結構程序。

3.編程、測試、改進

（1）編程

教師提出問題，引導學生根據流程圖編寫程序腳本，實現LED燈跟隨光線變化自動點亮或熄滅。學生完成計算機、控制板、光敏傳感器、LED燈的連接。（提示注意事項：要與編程平臺圖中連接端口對應）

完成主控板連接之后，學生根據流程圖編寫腳本，上傳程序并測試，改進程序。

（2）改進

師：為了讓我們的智能小臺燈更加節能環保，我們如何改進？

學生思考并闡述思路。如：加入能夠識別是否有人的傳感器，實現“當有人在燈前面且光線低于某一值時自動打開，否則關閉”。教師引出紅外傳感器。

（3）畫流程圖，編程

學生畫流程圖，根據流程圖，學生寫一寫腳本，實現效果“當光照強度小于30且檢測到有人時燈點亮，當無人時燈熄滅;當光線強度大于30時，燈熄滅”。（提示：紅外傳感器的狀態對比之前學習使用過的按鈕傳感器的狀態，當檢測到有人時，值為FALSE，當無人時，值為TRUE。）最后將程序上傳到控制板，測試程序效果。

三、搭建制作

師：我們實現了智能部分的效果，接下來同學們就根據本組的臺燈設計草圖，共同制作你們的智能小臺燈。

教師提出搭建制作過程中的要求：1.使用工具的過程中，注意安全;2.有分工、有合作，積極主動參與;3.維護小組內良好秩序。教師巡視、指導、幫助學生分析問題并解決問題，為表現好的小組發“創客幣”。“創客幣”可以讓學生換取更多的材料，激發學生參與競爭意識，在良好的秩序的基礎上進行創意制作。搭建燈的過程中教師提示學生思考：如何確定光敏傳感器和LED燈的相對位置？如果把光敏傳感器放在LED燈下會存在什么問題？

四、分享交流

小組展示、介紹自己的作品，闡述“制作過程中的問題，如何解決”等，說一說“我對自己的作品最滿意的地方，我認為作品的特點以及下一步想改進的地方”。

設置意圖：通過展示與發言，拓展思路，激發學生持續不斷地進行思考與創新。

實踐反思

本課是“智能小臺燈”項目中的一課時，主要讓學生認識利用開源硬件，通過編寫程序實現功能，通過搭建，把想法變為作品。通過本課的實踐，學生不斷思考、溝通合作，動手能力和合作能力都有一定的提升。由于是大班授課，每組是6～7人，需要多關注一下參與度不是很高的學生，促進積極合作。在搭建部分，應該給予更多時間，讓學生去測試、修改、完善作品。