迎賓器/報警器設計

魏丹丹

學習背景

隨著智能家居時代的到來，各種智能小家電層出不窮。本項目利用超聲波傳感器，制作一個迎賓器/報警器裝置，在此過程中，讓學生感受智能設備的特點，揭開其神秘面紗，對超聲波傳感器的應用有更深刻的認識。

本課項目的教學對象是七年級學生，他們已有學習Scratch編程的基礎和經驗，能根據自己的想法創作簡單的程序實例，為STEAM項目教學奠定了良好的基礎。但本課項目是學生初次接觸傳感器，并利用超聲波傳感器進行迎賓器/報警器設計及編程。在教學中，教師應注重興趣的啟蒙和培養，并以趣味性的練習、富有引導性的教學語言、明白流暢的教學思路調動學生的情感，逐步建立程序的邏輯思維模式，促進學生對算法和程序設計的理解。

教學目標

1.通過了解傳感器，能夠正確搭建硬件，實現其功能。

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構解決實際問題，了解項目學習的一般過程。

3.通過問題的分析與解決，幫助學生克服畏難情緒，培養學生動手能力和科學探索精神。

教學重點與難點

教學重點：使用超聲波傳感器，正確搭建硬件。

教學難點：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構解決實際問題。

教學過程

一、激趣導入，揭示項目主題

1.溫故知新

教師出示課件，展示學生在前幾次課中設計的流水燈等項目作品，引導學生回憶并總結前面學過的內容，例如mbot主控板、LED點陣屏、順序結構、循環結構等。

2.揭示項目主題

師：機器人最吸引人的地方是什么？

學生思考，結合生活實際回答。

師：對，是和人類或外界環境的交流。

教師出示項目課題“迎賓器/報警器設計”，并下發項目計劃書。學生明確本次項目主題，著手填寫項目計劃書。

二、項目需求分析

1.生活中的迎賓器/報警器

師：大家在生活中見過迎賓器和報警器嗎？在哪里見到的？

生：超市、商場……

教師進行補充，隨后播放動畫，更生動形象地展示迎賓器和報警器的工作過程。

師：請同學們嘗試用自然語言描述迎賓器和報警器的工作過程。

2.項目需求分析

教師根據學生的自然語言描述歸納總結，并以圖示的形式展示出來。

學生觀看課件，并思考：需要搭建哪些硬件？結合前幾次課學習內容，思考本次項目如何實施。

師：表格中紅字部分如何實現？如何判斷“有顧客進門”呢？請同學們觀察已下發的mbot機器人，我們還需要什么器件來實現這一功能？

學生以小組為單位，觀察已下發的硬件組成，討論思考是否還缺少關鍵器件。

三、項目規劃

1.認識傳感器

教師展示科學機器人套裝器件圖，詢問學生：哪些器件我們還不熟悉？學生觀看科學機器人套裝器件圖，并思考。

師：機器人千差萬別，但是其系統組成卻都是一樣的，通常由控制器、執行系統、傳感器等部分構成。機器人要像人一樣能識別環境，必須具有幫助機器人獲取外部信息的傳感器。傳感器是一種信息檢測裝置，它能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、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、火焰傳感器、溫濕度傳感器等。學生觀看課件，了解常見的傳感器用途。

師：在本次項目中該選用哪一種傳感器呢？

學生思考回答，教師最終引導得出——超聲波傳感器。

3.使用傳感器

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

【任務一】實時顯示超聲波傳感器數值

具體要求：

在mBlock中編寫程序，讓熊貓實時讀出超聲波傳感器的數值。

學生嘗試使用超聲波傳感器，完成任務一。教師巡視指導，解決學生在實際操作中遇到的軟硬件問題。

師生共同歸納要點：實時顯示、循環結構。注意傳感器的接口和軟硬件要一致，串口要連接上。

【任務二】完成迎賓器/報警器設計的流程圖

具體要求：

為提高積極性，前6組設計迎賓器，后6組設計報警器。學生根據各組項目設計，完成流程圖設計，為項目實施做準備。

教師總結：除了在硬件上選用了超聲波傳感器，在程序設計中也要用分支結構，在不同的條件下，選擇不同的分支。

四、項目實施

1.填寫項目計劃書，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計。將整個項目細化為幾個小任務，分而治之，逐步求精。如針對“發出悅耳聲音”功能，在程序設計中通過播放不同音調來實現。

2.在線調試

思考問題：（1）程序執行是否達到預期效果？為什么？（2）程序是否可以簡化？（3）如何設計雙向迎賓器，即做到進門迎賓、出門送客？

學生根據問題在線調試程序，不斷調試，達到小組預期目標，得出答案。

3.離線調試

學生本組程序在線調試基本達到預期目標后，可上傳程序至主控板，進行離線調試，優化程序。

教師巡視，并及時發現問題，給予引導解答。

五、項目總結及展示

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

實踐反思

本節課是基于STEAM項目教學實踐課，采用項目學習法，利用交互式白板、交互式評價系統等信息技術手段完成迎賓器/報警器這一項目，旨在讓學生通過項目學習理解創客的含義，養成不斷努力將創意變為現實的創客精神，體驗從創意想法到完成作品的喜悅。

在項目活動過程中，學生獲得的不僅是信息技術的知識與技能，更是一種獨特思考和解決問題的方式——計算思維。通過培養計算思維，讓學生更深入地理解解決問題的過程。學生面對一堆硬件不知道如何能讓其組合成一個迎賓器/報警器，教師就要不斷引導學生將看似復雜的問題分解成多個易于管理解決的小問題;并對這些小問題單獨處理，通過程序的調整或硬件的調整，不斷完善，解決每個小問題，最終完成整個項目。實踐過程激發了學生參與的熱情，并且讓學生親身經歷、感受到了開源硬件在生活中的應用。