于靖 北京市文汇中学信息技术教师，东城区信息技术学科兼职教研员，曾荣获“中国最美科学教师”“东城区先进教育工作者”“东城区科技园丁”等荣誉称号，全国中小学机器人教学基本功竞赛特等奖。在校兼任科技教师和课程部干事，负责本校单片机、机器人、创客、STEAM校本课程的开发和实施。独立撰写校本教材《单片机博士》和《创客生活》，其研究报告荣获北京市特色优质原创课程辅助资源一等奖。多篇论文、案例等荣获全国和北京市一等奖。

教学背景
 

信息技术课程标准要求信息技术课程要紧密联系学生的生活实际，选择课程内容。学生的技术学习过程应是主动建构知识、不断拓展能力的过程，也是富有生机、充满探究、生动活泼的活动过程。建构主义学习理论强调学习者的主动性，认为学习是学习者基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程。CDIO工程教学模式以项目为主线，采用“做中学”的方式，让学生进行主动实践。本课基于Arduino平台，让学生在完成“心跳测谎仪”项目制作的过程中，主动探究、积极实践，学习利用分支结构解决实际问题。
 

课例简介
 

1.本课项目中用到的心跳传感器贴近生活，将“测谎”作为主题，能引起学生极大的兴趣；2.本课采用CDIO工程教学模式，让学生在玩中做、做中学，主动参与课堂活动；3.通过丰富的学案资源、有效的问题设置，引导学生合作探究；4.在技术上，本课采用了Arduino 1.8.1 编程平台中的窗口监视器和窗口绘图器，让学生直观地感受各种传感器获取信息的过程。
 

教学目标

知识与技能：1.了解心跳传感器的工作原理；2.掌握心跳传感器获取心跳信息的方法；3.理解分支问题的程序结构，初步学会使用If语句。
 

过程与方法：1.经历心跳信息的获取，实时心率的计算，为测谎机器人编程的过程；学会使用心跳传感器解决问题的思路和方法，提升动手实践能力。2.通过观察Arduino软件的串口监视器和串口绘图器，经历观察思考、调试测量的简单技术试验过程，学会一种系统调试的方法。
 

情感态度与价值观：1.初步形成和保持对技术问题的敏感性和探究欲望，关注技术的新发展。2.初步体验技术问题解决过程的艰辛与曲折，感受解决技术难题和获得劳动成果所带来的喜悦。
 

教学重点难点
 

教学重点：心跳传感器获取信息的方法；分支问题的程序结构和If语句中的条件判断表达式。
 

教学难点：分支问题的程序结构和If语句中的条件判断表达式；Arduino窗口监视器和窗口绘图器的使用。
 

教学准备
 

本课在机器人专业教室进行教学，教师配备触控一体机和实物展台，学生配备Arduino主板和传感器、Arduino1.8.1编程环境。
 

教学过程
 

一、引入
 

播放魔术小视频，提问：
 

1.为什么能猜出那张牌？2.小装置是什么？3.猜猜屏幕上有什么？
 

师生共同讨论后，揭秘魔术真相。教师引出本课主题——Arduino平台的心跳测谎仪制作。
 

二、分析
 

教师引导学生思考：心跳、心率、说谎这三者有什么关系？
 

师生共同分析，理清设计思路，简化复杂问题。其最终过程也就是先利用Arduino获取心跳信息，然后进行程序设计，计算实时心率，最后根据心率的变化，测定被测人是否可能说谎。
 

三、实现
 

本环节是教学重点和教学难点，为推动项目的实施，教师为学生设置了三个任务，以学案辅助，进行合作探究。

任务1：心跳信息的获取
 

要求：仔细阅读学案，按照学案的要求连接心跳传感器，打开01程序文件（如图1），观察心跳方波（如图2）。学生在学案的辅助下了解心跳传感器的工作原理，观察并绘制心跳方波。
 

通过本任务的设置，让学生初步体验和掌握心跳传感器获取信息的方法，落实本课教学重点。

任务2：心跳灯的实现
 

要求：仔细阅读学案，按照学案的要求连接LED灯。绘制分支问题流程图并用If语句编写心跳灯的程序（如图3）。
 

教师引导学生分析灯的亮灭与传感器获取到的心跳信息的关系，绘制分支问题流程图和If语句的使用方法，并带领学生绘制流程图。
 

通过本任务的设置，让学生学习并掌握If语句的使用方法，强调本课教学重点。
 

学生实践后（如图4），教师进行提问：1.用语言描述程序运行的结果；2.If语句中的判断条件是什么？3.判断条件如何选择？
 

任务3：测谎仪的制作
 

教师引导学生确定测谎仪的判断条件，完成测谎仪的分支结构程序设计（如图5）。
 

要求：仔细阅读学案，观察心率数值和波形后（如图6），根据需要，修改程序中的判断条件，实现测谎功能，亮灯表示说谎。
 

通过本任务的设置，让学生学会选择合适的条件表达式进行分支结构程序设计，从而巩固本课教学重点，突破教学难点。
 

四、评价

学生进行测谎试验。要求：3人分工（测试者、被测者、辅助观察者）。
 

被测者：在5张纸牌中任意挑选一个并记住。

测试者：拿着5张纸牌依次问被测者“是不是这个”。
 

被测者：看清纸牌后，一概回答“不是”。
 

测试者：根据心率变化，猜测被测者选了哪张纸牌。
 

测试若失败，原因：精密仪器或元器件都存在误差，使用时要满足一定的条件，如手部稳定性，程序运行导致的延迟等。
 

五、总结
 

师生共同总结，落实本课知识点，反思测谎小游戏的成功与失败。

总结要点：1.心跳传感器的工作原理；2.心跳传感器获取心跳信息的方法；3.分支问题的程序结构；4.If语句的使用方法；5.技术的局限性与更新迭代。
 

六、拓展

师生共同交流心跳信息的现在和未来的应用，如广泛应用的智能手机手环、学生数据采集，未来可能的心跳充电手机、心跳加密技术，拓展视野，提升技术的敏感性。
 

教学评价
 

机器人制作、人工智能初步、自动控制、跨学科课程、创客教育等概念已经进入到义务教育阶段的课程当中。该课例在初中信息技术教材内容基础上大胆创新，选择“测谎”这个新颖有趣的主题，借助Arduino开源硬件平台，引导学生通过合作探究、实践检验，经历利用信息技术知识与技能解决社会生活实际问题的过程。学生在真实任务情境、实体开源硬件平台的支撑下，解决问题所采用的策略、方法，知识与技能应用的实际效果得到及时、客观的呈现和检验，学生兴趣浓厚，参与热情高涨，思维被充分调动，学科核心素养的培养被融入教学的各个环节，教学效果明显。（点评人：王振强，北京教育科学研究院基础教育教学研究中心信息技术教研室主任）