智能感應臺燈

王增福

教學背景

伴隨著科技的日益進步，電子產品越來越多地出現在我們的日常生活中，雖然提高了人們的生活水平，但也帶來了電能消耗與浪費的問題，因此，日常生活中節約用電意義重大。臺燈主要用于晚上閱讀學習和工作，傳統的臺燈在使用過程中主要是通過“開關”功能控制燈的點亮和熄滅，很容易出現“人走燈亮”的現象，在某些程度上造成浪費。

本節課使用人工智能3D One AI軟件設計制作智能感應臺燈，主要是通過“距離傳感器”檢測人與臺燈的距離，從而控制臺燈的點亮和熄滅，從而達到“人來燈亮，人走燈滅”，起到“節約電能”的作用。

教學目標

知識與技能 知道智能感應臺燈的主要配置;認識距離傳感器;了解3D One AI軟件中“虛擬傳感器”指令中的“設置距離傳感器……”和“獲取距離傳感器……測量距離”積木。

過程與方法 能夠使用工具欄“組”中“成組固定”命令工具對臺燈、距離傳感器和RGB燈進行成組固定;掌握通過“設置電子件模型”設置RGB燈和距離傳感器的方法;學會使用“虛擬傳感器”指令中的“距離傳感器”相關積木編寫智能感應臺燈程序;能夠進入仿真環境對“智能感應臺燈”進行仿真測試。

情感態度與價值觀 了解人工智能技術在生活中的實際應用;培養學生養成節約用電的習慣。

教學重點與難點

教學重點 認識3D One AI軟件中“虛擬傳感器”指令中的“設置距離傳感器……”和“獲取距離傳感器……測量距離”積木;掌握通過“設置電子件模型”設置RGB燈和距離傳感器的方法。

教學難點 智能感應臺燈程序的編寫和理解。

教學過程

一、情境導入

師：臺燈是我們生活中用來照明工作、學習或閱讀的工具，想一想你家用的臺燈是什么樣子的？它擁有哪些功能？

學生思考、回答……

師：如今臺燈種類樣式繁多，從控制方式來說分為開關控制、觸控式、智能感應式和聲控式。傳統的臺燈在使用過程中主要是通過開關控制燈的點亮和熄滅，很容易出現“人走燈亮”的現象，在某些程度上造成浪費。相對于傳統的臺燈來說，智能感應臺燈使用起來更方便更節能，今天老師就帶領大家使用3D One AI軟件設計一款智能感應臺燈。

二、探索新知

活動一：分析智能感應臺燈

教師使用3D One AI軟件打開智能感應臺燈源文件并進行演示，如圖1。

師：今天，老師給大家帶來了一款智能感應臺燈，請同學們注意觀察，當六面體靠近和遠離臺燈時，會發生什么現象？

學生仔細觀察，思考并回答……

教師：通過剛才的演示，我們發現，當六面體靠近臺燈時，臺燈就會發出黃色的光;當六面體遠離臺燈時，臺燈就會熄滅。你知道如何實現這種功能嗎？其實主要是通過距離傳感器控制臺燈的點亮和熄滅。

活動二：認識距離傳感器

師：夏天，每當夜幕降臨時，就會看到空中有很多的蝙蝠，但是蝙蝠飛行的時候并沒有到處亂撞，你知道為什么蝙蝠在夜晚飛行撞不到障礙物嗎？

學生思考、回答……

教師總結：蝙蝠有一個探路秘訣，就是通過超聲波來探路——通過嘴巴發出超聲波，然后靠耳朵來聽回彈的超聲波，從而判斷前面是否有障礙物。其實我們的生活中也有一種能夠檢測障礙物的傳感器——距離傳感器，它是一種看起來類似于望遠鏡的電子設備。

距離傳感器由發射點和接收點兩部分組成，它主要是通過發射點發射聲波，當聲波遇到障礙物后會反彈，沒多久接收點就能收到返回的聲波。通過這樣的方式檢測它與障礙物之間的距離，如圖2。

活動三：為臺燈設計電子件模型

1.設計電子件模型

啟動3D One AI軟件，打開電腦中保存的“智能感應臺燈”源文件。點擊工具欄中的“設置電子件模型”工具，在彈出的對話框中，將“電子件類型”設為“RGB燈”，“電子件”為臺燈中的RGB燈，打開顏色為黃色，關閉顏色為灰色，如圖3，單擊確定。

點擊工具欄中的“設置電子件模型”工具，在彈出的對話框中，將“電子件類型”設為“距離傳感器”，“電子件”設為臺燈中的距離傳感器模型，位置為距離傳感器左起始點平面的中心，方向為距離傳感器的正前方，范圍為默認的200mm，單擊確定，如圖4。

師：大家試一試進入仿真環境，并啟動仿真，看看有什么新發現。

學生操作、觀察并思考。

教師巡視指導，指名學生回答……

教師總結：臺燈主體中的距離傳感器和RGB燈會散落下來，這就需要對它們進行成組固定。

2.固定零部件

單擊工具欄中“組”中的“成組固定”命令工具，依次將臺燈主體、距離傳感器和RGB燈選中，然后單擊確定，如圖5。

活動四：編寫程序，體驗智能感應臺燈

教師帶領學生認識3D One AI軟件中的距離傳感器和RGB燈的程序積木。

教師引導學生分析程序編寫思路：當啟用距離傳感器后，如果人（本課例由六面體代替）靠近臺燈（進入距離傳感器檢測范圍），臺燈就會點亮;如果人（本課例由六面體代替）遠離臺燈（超出距離傳感器檢測范圍），臺燈就會熄滅。

師：根據這個思路，請同學們以小組為單位，討論編寫智能感應臺燈程序，然后進入仿真環境，看看能否達到效果。

學生交流討論，并以小組為單位，合作完成程序編寫，如圖6。教師巡視指導。

教師提問：在嘗試程序編寫和仿真的過程中，大家遇到了哪些問題？

教師指名學生回答，大家互相交流分享心得。

三、拓展實踐

師：想一想，在我們的生活中還有哪些類似的智能生活用品？請同學們結合本節課所學的內容，使用3D One AI軟件自己設計創作一款智能生活用品。

教學反思

本課在授課過程中，最大的亮點就是通過程序的編寫，讓學生在3D One AI軟件的虛擬仿真環境中體驗智能感應臺燈在生活中的運用，綜合運用了物理、信息技術等學科知識。

從教學層面上，本節課是以學生生活經驗為基礎，讓學生發現傳統臺燈所存在的問題——“人走燈亮”的現象，尋找實現“人來燈亮，人走燈滅”的節能方法。從教學策略上，結合案例的特點，本節課在授課過程中主要采用了講解與演示、自主探究、小組合作等教學方式，讓學生在講解與演示中直觀地了解智能感應臺燈的搭建與制作;通過自主學習的方式，讓學生在實踐操作中發現問題和解決問題;在小組合作中培養學生間的團隊合作精神，激勵學生在學習過程中敢于探索、勇于創新。