章思斯 中国人民大学附属中学海口实验学校信息技术教师，英国爱丁堡大学信息学硕士，曾指导学生获全国青少年未来工程师竞赛智造类项目一等奖。

学习背景

Micro:bit是一款由英国广播电视公司（BBC）推出的专为青少年编程教育设计的微型电脑开发板。它具有25个独立可编程的LED、2个可编程按钮、光线传感器、温度传感器、运动传感器，可实现无线通信和蓝牙通信。它功能丰富，体积小巧，连接方便，支持多种图形化和代码编程平台。Micro:bit的推出使得编程教育可以更好地将软硬件进行结合，从而大大地激发学生的学习兴趣，使学生更容易理解软件编程和智能电子产品制作的联系，因此越来越多的教师将它引入课堂。

本节课采用项目式学习的方式，鼓励学生发现生活中的现实问题：长期以来，自行车是我国居民重要的交通工具。在倡导绿色节能出行的今天，特别是随着共享单车的推广和普及，马路上穿行的自行车日益增加。但自行车在转弯时并没有像机动车一样的转向指示灯，特别是电动自行车，车速要比普通自行车快很多，如果没有转向指示灯，转弯时极易发生交通事故。

在此基础上鼓励学生使用所学技术解决生活中的实际问题，利用Micro:bit自带的加速度传感器和LED点阵来制作一个可穿戴的自行车转向安全警示头盔，以增强自行车在骑行过程中的安全性，减少交通事故的发生。同时学习使用123D建模软件设计装置外壳模型，并最终利用3D打印机打印实现，让学生经历一个完整的项目实现过程。

教学目标

知识与技能 学习Micro:bit加速度计的使用。
过程与方法 通过对加速度计的方向及感应数据的测试，学习程序的调试过程与方法。
情感态度与价值观 培养学生将技术应用于实际生活的意识和能力。

教学重点与难点

教学重点 掌握Micro:bit开发板加速度计的使用方法。
教学难点 理解加速度计数值与倾斜角度的关系。

教学过程

一、创设情境引入主题

我们生活在首都北京，交通问题十分突出。我们国家曾经号称“自行车王国”，虽然现在很多人都拥有了汽车，但是自行车仍是人们日常生活中的重要交通工具，共享单车的出现也使骑自行车的人增多。但是我们发现，自行车在转弯时并没有像机动车一样的转向指示灯，特别是电动自行车，车速要比普通自行车快很多，如果没有转向指示灯，转弯时极易发生交通事故。能不能给自行车安装一个像汽车一样的转向指示装置呢？

二、可穿戴自行车转向安全警示装置的设计

提问：什么时候需要安全警示？可以使用Micro:bit的什么传感器进行判断？

加速度传感器介绍：Micro:bit开发板上安装有一个加速度传感器，它能够分别测量X、Y、Z三个方向的加速度值，如图1所示。通过加速度传感器所感应到的X、Y、Z三个方向的数值变化，我们就可以感知到Micro:bit开发板在三维空间中的运动和重力变化，以此作为输入控制，可以做出很多有意思的应用。比如手机微信的“摇一摇”，就是通过加速度传感器来实现的，我们的智能头盔也可以使用加速度传感器来进行感应判断。

当自行车将要发生左转时，身体向左倾斜，通过开发板上的加速度计来感应倾斜的角度，当向左倾斜到达一定角度时触发LED点阵组合显示向左的箭头并闪烁；同样，当自行车将要发生右转时，身体向右倾斜，触发LED点阵组合显示向右的箭头并闪烁。当完成转弯后，LED灯关闭，停止警示。

学生绘制流程图（如图2）。

三、硬件连接

教师指导：安全警示装置需要持续工作，所以需要安装电池扩展板进行持续供电，保证在骑行过程中正常工作。

学生按照实物图进行安装（如图3）。

本课采用锂电池扩展板为Micro:bit开发板进行供电，可保持Micro:bit体积小巧的特点，符合可穿戴的要求。同时扩展板还带有小喇叭，可以丰富装置的功能，扩展板的安装操作也非常简单，学生可自行完成。

四、程序的编写

学生根据之前所学内容编写方向箭头闪烁程序（如图4）。

完成箭头闪烁后，教师提示：请根据之前的设计流程图，补充条件判断什么时候执行方向箭头进行闪烁。在学生尝试的基础上，给出参考程序（如图5）。

将程序写入Micro:bit中，转动板子，测试是否实现转向提示功能。

教师指导：在编写程序的时候往往不能一次成功，需要不断调整优化程序，可以对程序进行分步调试。在调试成功后，补充完成全部程序（如图6），再次进行测试。

在本课的程序中，需要学生将陀螺仪水平倾斜的角度，也就是加速度计X轴的角度设置为变量X，通过两个“如果……”的分支结构判断变量X的数值来进行不同图形的显示，实现警示器在不同转向状态下的工作。如果变量X的数值小于-450（根据测试得出的数值），即向左倾斜，那么在LED点阵上重复10次交替显示一个向左的箭头图形和空白图形，形成闪烁的向左箭头。同理，如果变量X的数值大于450，则重复10次显示一个向右的闪烁箭头。

对于操作较快的学生，可以给出拓展任务：在闪烁箭头警示功能的基础上，增加声音提示的功能。这样一方面能够提高安全警示的效果，另一方面也可以让使用者通过声音了解到自己的转向警示是否正常工作。

在程序开发的过程中，可以先选择“模块化”的方式进行程序编写，更加方便青少年学生的使用。模块化程序语言和代码式程序语言的对照，也让学生对程序代码有了基本的认识和对照解读。

五、3D打印外壳设计

教师提出问题：怎样把这个装置安装到智能头盔上呢？

请学生测量Micro:bit的尺寸，然后根据尺寸，使用3D建模软件为转向警示装置设计外壳。参考图7。
 

请学生思考：3D打印外壳有哪些好处？怎样安装最方便快捷？

将软件编程、智能硬件使用和3D打印设计通过项目制作的形式进行整体的教学，可以增强学生的学习兴趣，促进学生对所学知识和技术的理解。

六、整体安装展示

将编写好程序的Micro:bit装入3D打印外壳中，再将装置安装在头盔上，测试功能。

七、完善创新

请学生提出对安全警示装置的改进设想，如通过扩展接口、外接LED灯，提高箭头显示的清晰度；增加语音提示功能；等等。鼓励学生对作品进一步完善。