基于計(jì)算思維培養(yǎng)的智能圖書管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

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(huì)記錄下來，包括借閱的書籍和對(duì)應(yīng)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(zhǔn)確識(shí)別出書的ID，取走每一本書都會(huì)與相應(yīng)的用戶對(duì)應(yīng)起來記錄下來，還書時(shí)借閱者只需把書放進(jìn)出入口，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別出書的ID并判斷是否屬于該書柜的書籍，書柜通過物聯(lián)網(wǎng)把變化信息實(shí)時(shí)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行查詢，還可以查詢到每個(gè)同學(xué)的借閱情況和每種圖書的借閱量，通過這些可以分析學(xué)生的閱讀情況和喜歡的書籍為后續(xù)采購(gòu)圖書提供參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;智能圖書管理;實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

一、創(chuàng)意來源

在進(jìn)行輔導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)作作品，學(xué)生往往不知如何下手，更不知道能實(shí)現(xiàn)些什么功能，最終的效果怎么樣，于是結(jié)合學(xué)校圖書管理實(shí)際幫助學(xué)生學(xué)生。

二、基本思路

該實(shí)驗(yàn)資源包括三方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電子元件的用法和示例程序，書柜采用透明設(shè)計(jì)，學(xué)生很清楚地看到每個(gè)元件和結(jié)構(gòu)，更方便學(xué)生觀察各部分是怎么樣工作，幫助理解學(xué)習(xí)過的知識(shí)，學(xué)生可以使用示例程序或者自己編寫程序來完成實(shí)驗(yàn)，該書柜用刷卡來打門，所以只要拿走書籍就一定會(huì)留下記錄，消除了“自覺登記”對(duì)大家自覺性的依賴。記錄的信息不僅有借書的用戶和數(shù)量，還書時(shí)必須要還到指定的書柜，從而保證了書籍位置的有序。設(shè)有書籍專用出入口，不用去記書的位置。顯示屏?xí)r時(shí)顯示書柜內(nèi)的書本量，不存在找書難的情況。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備描述

整個(gè)書柜由有機(jī)板拼接制成，大致兩個(gè)空間，一邊用來存放書籍，一邊用來放存放相關(guān)電子元器件，保證了整體的美觀。每一個(gè)放書的位置下都是一個(gè)輕觸開關(guān)，可以精確地感受書的拿取。且每一本書具有唯一的ID號(hào)，書籍的借閱情況與ID號(hào)綁定，還書時(shí)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(hào)，以及對(duì)應(yīng)信息，從而判斷卡的合法性，借書記錄，書柜內(nèi)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(duì)顯示屏上顯示的菜單進(jìn)行操作，每一步都有詳細(xì)的操作說明，所以只要拿走書籍就一定會(huì)留下記錄，消除了“自覺登記”對(duì)大家自覺性的依賴。記錄的信息不僅有借書的用戶和數(shù)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(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)

1.實(shí)驗(yàn)定位：是面向編程零基礎(chǔ)的高中生，開展基于開源電子的科技創(chuàng)新活動(dòng)，這里需要說明的是，針對(duì)有基礎(chǔ)的學(xué)生也是可以使用的，可以把學(xué)過的內(nèi)容進(jìn)行組合再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，掌握簡(jiǎn)單的編程方法和作品制作的過程與方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和工程思維。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間安排：實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)共計(jì)12周，每周教學(xué)時(shí)間1課時(shí)，練習(xí)時(shí)間2課時(shí)。

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：從硬件知識(shí)到編程設(shè)計(jì)到功能實(shí)現(xiàn)的完整實(shí)踐過程。

5.考核形式：能讓智能圖書管理系統(tǒng)正常運(yùn)行。

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排

本實(shí)驗(yàn)包含的一系列子實(shí)驗(yàn)由易到難，循序漸進(jìn)，實(shí)驗(yàn)過程中需要配合使用實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過程是需要完成實(shí)驗(yàn)手冊(cè)的填寫，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在硬件的學(xué)習(xí)時(shí)，首先學(xué)習(xí)的是Arduino控制器，再由簡(jiǎn)單的傳感器認(rèn)識(shí)與使用，如按鈕，到復(fù)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(xié)同工作，如在圖書的檢測(cè)需要NFC讀卡器和觸碰開關(guān)的協(xié)同工作。在程序的編寫首先選擇圖形化的編程軟件，本實(shí)驗(yàn)選擇的是Mind+編程軟件，學(xué)生易上手，易掌握，當(dāng)學(xué)生具有一定的編程基礎(chǔ)后，引入了代碼編程，這樣能夠緊扣信息技術(shù)的課程目標(biāo)，為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，在實(shí)驗(yàn)中引入了流程圖，在編寫程序之前都要求學(xué)生完成流程圖的繪制，這樣能幫助學(xué)生更好的理解程序邏輯;在實(shí)驗(yàn)中還引入了函數(shù)，讓學(xué)進(jìn)行程序的封裝以便以后調(diào)用，培養(yǎng)了學(xué)生的工程思維。在實(shí)驗(yàn)中引入了目前流行的物流網(wǎng)、語(yǔ)音模塊，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的時(shí)代性。在每一單元的內(nèi)容中設(shè)置了自學(xué)內(nèi)容（主要是為了培養(yǎng)學(xué)生獲取信息的能力），教師的講解，分組實(shí)踐探究?jī)?nèi)容（主要培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力）。前面的每個(gè)單位都是在為實(shí)現(xiàn)整體實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)做準(zhǔn)備。

六、創(chuàng)新點(diǎn)

1.基于項(xiàng)目式探究實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng) 學(xué)生的計(jì)算思維和工程思維。

2.學(xué)習(xí)者通過該作品不僅可以學(xué)習(xí)傳感器基礎(chǔ)知識(shí)，還能學(xué)習(xí)一些常用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.搭配示例程序，方便學(xué)習(xí)者快速上手，可以學(xué)習(xí)到從想法到作品制作的全過程。

4.該作品采用透明設(shè)計(jì)，方便使用者觀察學(xué)習(xí)。

七、總結(jié)與反思

本實(shí)驗(yàn)屬于項(xiàng)目式探究實(shí)驗(yàn)，是基于真實(shí)問題情境，給學(xué)生提供 一個(gè)貼近生活實(shí)際的驅(qū)動(dòng)問題，把核心問題轉(zhuǎn)化為一系列的學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生在解決這個(gè)核心問題的過程中嘗試探索、學(xué)習(xí)和應(yīng)用相關(guān)的多門學(xué)科知識(shí)。從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng) 學(xué)生的計(jì)算思維和工程思維。

不足之處：本實(shí)驗(yàn)包含一系列內(nèi)容，如果學(xué)生不能按時(shí)完成或者教師管理不嚴(yán)時(shí)，會(huì)影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)甚至影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅衛(wèi)敏，吳元斌，劉雨露.基于OBE培養(yǎng)計(jì)算思維能力的實(shí)踐探索——以“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例[J].科技風(fēng)，2021（36）：121-123..