智能小臺燈創(chuàng)意設(shè)計與制作

課程背景

2017年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》強調(diào)普及中小學(xué)階段人工智能、編程教育?！吨行W(xué)綜合實踐活動課程指導(dǎo)綱要》也指出，要設(shè)置從學(xué)生真實生活和發(fā)展需要出發(fā)的課程，培養(yǎng)學(xué)生問題解決、創(chuàng)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(dǎo)通過生活化的教學(xué)實踐活動，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的個性展示和能力發(fā)展。從2016年開始，我校開設(shè)了創(chuàng)客課程和STEAM課程，以這些課程為載體，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、創(chuàng)新能力、合作能力等21世紀(jì)技能。

本課程內(nèi)容在建構(gòu)主義認(rèn)識論、生長教育理念以及新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，以學(xué)生為中心，從生活實際出發(fā)，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(nèi)容。學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、集思廣益、設(shè)計方案、制作小臺燈的過程中，不斷進(jìn)行思考、建構(gòu)、創(chuàng)新、合作，不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而提升了問題解決能力和合作、創(chuàng)新能力。本項目內(nèi)容包括六課時，本課時主要是讓學(xué)生根據(jù)設(shè)計方案，編程、搭建，實現(xiàn)智能小臺燈的預(yù)設(shè)效果并測試、修改、完善。

教學(xué)目標(biāo)

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(jié)構(gòu)的流程圖，并能根據(jù)流程圖編寫程序，實現(xiàn)預(yù)設(shè)效果。

過程與方法

1.體驗設(shè)計、制作（編程、創(chuàng)意搭建）智能小臺燈的過程。

2.在交流合作中提升發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力和協(xié)作溝通能力。

情感態(tài)度與價值觀

在設(shè)計、制作和分享的過程中，體驗利用信息技術(shù)等數(shù)字化工具進(jìn)行“創(chuàng)意表達(dá)”的樂趣以及合作、分享的樂趣。

教學(xué)準(zhǔn)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(xué)重點與難點

教學(xué)重點：1.利用光敏傳感器，編程實現(xiàn)光線控制燈的亮滅——自動感應(yīng)光纖功能。2.利用避障傳感器、光敏傳感器，編程實現(xiàn)預(yù)設(shè)效果——有人且光線暗點亮，否則熄滅。

教學(xué)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(xiàn)創(chuàng)意物化和創(chuàng)意表達(dá)。

教學(xué)過程

一、課程導(dǎo)入

師：同學(xué)們，在前面的學(xué)習(xí)中，我們發(fā)現(xiàn)并確立了問題——如何制作一個自動感應(yīng)光線的節(jié)能小臺燈，每個小組形成了設(shè)計方案。這節(jié)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(xiàn)“自動感應(yīng)光線變化”的效果，要實現(xiàn)這個效果，應(yīng)該用到哪些模塊？

學(xué)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(yīng)光線強度的變化。

2.畫流程圖

教師帶領(lǐng)學(xué)生一起分析欲實現(xiàn)效果：光線控制——當(dāng)光線變暗時自動點亮，光線變亮?xí)r自動熄滅，引導(dǎo)學(xué)生畫出流程圖，并用“如果……那么……”句式說一說。

設(shè)置意圖：分析程序?qū)崿F(xiàn)方法，通過畫流程圖幫助學(xué)生理清思路，熟悉鞏固，選擇結(jié)構(gòu)程序。

3.編程、測試、改進(jìn)

（1）編程

教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)流程圖編寫程序腳本，實現(xiàn)LED燈跟隨光線變化自動點亮或熄滅。學(xué)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(yīng)）

完成主控板連接之后，學(xué)生根據(jù)流程圖編寫腳本，上傳程序并測試，改進(jìn)程序。

（2）改進(jìn)

師：為了讓我們的智能小臺燈更加節(jié)能環(huán)保，我們?nèi)绾胃倪M(jìn)？

學(xué)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(xiàn)“當(dāng)有人在燈前面且光線低于某一值時自動打開，否則關(guān)閉”。教師引出紅外傳感器。

（3）畫流程圖，編程

學(xué)生畫流程圖，根據(jù)流程圖，學(xué)生寫一寫腳本，實現(xiàn)效果“當(dāng)光照強度小于30且檢測到有人時燈點亮，當(dāng)無人時燈熄滅;當(dāng)光線強度大于30時，燈熄滅”。（提示：紅外傳感器的狀態(tài)對比之前學(xué)習(xí)使用過的按鈕傳感器的狀態(tài)，當(dāng)檢測到有人時，值為FALSE，當(dāng)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(xiàn)了智能部分的效果，接下來同學(xué)們就根據(jù)本組的臺燈設(shè)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(nèi)良好秩序。教師巡視、指導(dǎo)、幫助學(xué)生分析問題并解決問題，為表現(xiàn)好的小組發(fā)“創(chuàng)客幣”?！皠?chuàng)客幣”可以讓學(xué)生換取更多的材料，激發(fā)學(xué)生參與競爭意識，在良好的秩序的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)意制作。搭建燈的過程中教師提示學(xué)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(rèn)為作品的特點以及下一步想改進(jìn)的地方”。

設(shè)置意圖：通過展示與發(fā)言，拓展思路，激發(fā)學(xué)生持續(xù)不斷地進(jìn)行思考與創(chuàng)新。

實踐反思

本課是“智能小臺燈”項目中的一課時，主要讓學(xué)生認(rèn)識利用開源硬件，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)功能，通過搭建，把想法變?yōu)樽髌?。通過本課的實踐，學(xué)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(guān)注一下參與度不是很高的學(xué)生，促進(jìn)積極合作。在搭建部分，應(yīng)該給予更多時間，讓學(xué)生去測試、修改、完善作品。