薛晖 北京市育英学校信息技术教师，曾任全国智能控制大赛裁判长，北京青少年机器人竞赛裁判，北京市海淀创客秀总裁判长。指导学生获得全国机器人创意项目一等奖，北京市创新大赛一等奖；带领学生连续4年获得北京市机器人大赛一等奖。

学习背景

在国家大力发展人工智能的背景下，学生通过开源硬件的程序编写，解决生活中的问题，自主完成实践，通过信息技术课探究学习人工智能领域的基础知识。这节课主要的学习内容就是通过项目式学习法及综合实践的方式，以Arduino学习实验板为载体，培养学生的计算思维，通过程序设计及实验板的实际反馈，增强学生对人工智能中计算思维的理解。

教学目标

知识与技能：测量声音大小的模拟值并制作可熄灭的电子蜡烛。
过程与方法：通过需求分析，发现问题，设计解决思路；通过自主探究，学会测量声音传感器的模拟值，并设计与制作智能熄灭的电子蜡烛，培养计算思维。
情感态度与价值观：针对发现的问题进行小组探究与调试，引发学生深入思考，促进实现合理化效果，从中获得成功的喜悦。

教学重点难点

教学重点：测量声音传感器的模拟值。

落实重点的方法：通过项目学习单、探究实践来发现说话、噪音、击掌、击打、吹风等不同声音反映在麦克风模拟值上的区别，结合生活中的实例理解声音传感器的模拟值范围。

教学难点：设计可智能控制的电子蜡烛。

突破难点的方法:利用流程图的方式，启发、引导学生学习设计智能电子蜡烛的程序。

教学过程

一、创设情境

大部分人过生日会点蜡烛，然而点蜡烛会出现很多问题。能不能用Arduino结合传感器制作电子蜡烛来解决这些问题呢？教师结合生活实例进行需求分析，引导学生发现问题、分析问题，激发学生的学习兴趣。

二、需求分析

生活中燃烧蜡烛，存在味道呛鼻、担心蜡油掉到蛋糕上、火焰的颜色单一、可能引起火灾、使用不方便等问题。电子蜡烛可以解决这些问题，但是怎样让电子蜡烛熄灭是需要重点分析的内容。我们能让电子蜡烛像真蜡烛一样被吹灭吗？教师引导学生带着问题进入项目学习。

三、构思设计

本节课以需求分析为入手点，学生通过发现问题、分析问题，逐步形成解决问题的设计思路并实施解决。为了促进创新意识与探究能力的提升，学生可以利用小组合作与项目学习单结合的形式，开展探究实践的学习，以智能熄灭电子蜡烛为主线，展开让机器感知外界信息的探究，逐步学习声音传感器及模拟量的相关知识。

充分利用计算机、学习实验板等现有教学资源，结合当前“人工智能”的国家战略，培养学生计算思维，提升学生学科素养；并利用知识迁移引导学生发散思维，用已有知识解决更多生活中的实际问题，为国家培养科技人才做好铺垫工作。

教师让学生通过阅读项目学习单的方式，找到解决问题的方法，培养学生阅读专业书籍的能力，促进自主探究能力的提升。而项目学习单中的回顾部分可以帮助学生复习已有知识。

四、探究新知

将Arduino学习实验板与计算机联通，利用学习实验板中的声音传感器测量说话、敲击、吹风等模拟值，实现熄灭LED灯的效果。

教师组织学生以小组为单位，通过编写程序自主完成实践。组长负责协调全组的项目进度及汇报工作，策划负责项目功能设计及合理化建议，程序设计负责编写程序完成功能。教师在学生自主学习中解答问题，鼓励学生大胆尝试多种实验方式。

五、编程调试

在测量各种声音模拟值基础上，分析项目学习单中的程序流程图后编写程序，不断调试、修正错误，并尝试利用已学知识丰富电子蜡烛的演示效果。

六、展示评价

教师组织小组进行展示。在展示与分享的环节，学生以小组汇报的形式，利用实物投影展示实物演示效果，其他学生根据自己的理解给予该小组意见或建议，促进学生解决问题方法的多样性，感受到他人给予的肯定与建议，更好地完成本小组的设计方案。

七、拓展创新

分析声音传感器在生活场景中的应用，指出吹风和敲击麦克风会导致声音陡增，进而影响听众的感受及设备的使用寿命。

教师指出其他场景中声音传感器的使用，进而延展所学知识应用在不同领域。

案例详解

一、电子蜡烛及熄灭方式的讨论

1.可以使用彩灯来模拟不同的蜡烛颜色。
2.可以使用光敏传感器，遮挡后熄灭。
3.可以使用延时熄灭。
4.可以使用按键熄灭。

以上有三种方法可以熄灭电子蜡烛，但是更贴近生活的熄灭方式是吹灭，如何吹灭电子蜡烛呢？这就要学习一种新的传感器——声音传感器。

二、通过项目学习单介绍声音传感器

声音传感器:简单来说就是一个话筒（麦克风），用来测量声音的大小，并反馈一个模拟值。在我们的学习实验板中，它的位置位于实验板右上角（如图1），端口号是A0。我们通过LCD显示屏就能显示声音大小的模拟值。显示模拟值的程序方法如图2所示。

图1

图2

三、学生填写实验记录单

要求小组探究不同声音的模拟值后填入记录单，培养实验记录习惯，为后续程序编写提供数据支持。
通过测量得出，正常说话的模拟值是40~100，大声喊叫的模拟值是80~300，击掌的模拟值是200左右，吹风的模拟值是1000~1023。

实验记录单

请小组探究不同声音的模拟值是多少，并填入记录单中。

通过实验数据我们推定，在一个复杂的声音环境里，吹风的形式是一个稳定信号来表达让电子蜡烛熄灭。

四、学生利用程序流程图进行任务分析

选择实验记录单中测量的数据参考流程图（图3），编写智能电子蜡烛的程序。要求完成以下功能：
1.实现智能熄灭电子蜡烛。
2.实现多彩或其他显示效果。
3.利用已学知识增加其他功能。

图3

五、程序设计

根据流程图中提示，设计一个电子蜡烛要分以下几个步骤：第一步要让一个灯亮起来模拟蜡烛，蜡烛的颜色和亮起的个数以及其他的显示效果由学生自行决定，这个任务应由项目策划的学生设计。第二步，如果一个声音的模拟值小于设定值就继续进行检测，如果大于设定值，就说明完成一个实验动作，转去执行关灯动作。第三步，关灯之后可以结束程序，也可以设计其他演示效果。

流程图中的程序设计如图4。

图4

六、评价展示

学生以小组的形式展示智能蜡烛的演示效果，组长及组员分别阐述设计意图，师生互动共同学习。
评价重点内容：1.是否实现智能熄灭蜡烛的效果。2.模拟值使用得是否合理。

教师：每个Arduino学习实验板上的声音传感器反馈的数值不一样，但总体上对着麦克风吹风的数值要远远大于正常说话的数值。我们正是利用了这个特点，通过编写程序来判断，如果满足这个条件就执行LED的熄灭，并设计了很炫的熄灭效果。

七、拓展创新

在生活中我们常见到大会上敲击或吹麦克风的情况，通过今天的学习我们了解到，这样的行为会使麦克风产生很大的模拟值，长时间这样使用不仅影响听众的感受，还可能造成麦克风的损坏。

除了利用麦克风制作电子蜡烛，声音传感器在生活中还有很多应用，比如声控灯、图书馆噪音提示仪等。