张学  山东省淄博市周村区正阳路小学信息技术教师，一级教师。曾获“淄博市骨干教师”“周村区信息技术教学能手”称号，多次指导学生在省、市、区各类比赛中获奖。依托学校附近的千年唐槐，自主开发了基于信息技术的综合实践活动课程“魅力唐槐”，并多次在市、区各类活动中作典型发言。

学习背景
 

“魅力唐槐”是围绕我校附近的千年古槐开展的基于信息技术的综合实践活动课程，成果展示仅限于探究报告，平面单一，怎样让成果展示更生动、形象、有意义？本学期，3D打印和图形化编程走进课堂，于是有了千年古槐与3D打印、图形化编程的完美邂逅。
 

本课我们制作的魅力唐槐纪念笔筒，是利用3D软件进行槐树、唐槐亭、笔筒、底座的设计，使用Labplus编写程序控制Bluebit开源硬件给3D打印作品增添灵魂。课程设计时，将STEAM的理念融入魅力唐槐个性化成果的制作中，在探究的过程中培养了学生们的信息素养，发展了学生们的实践能力、创新能力、合作能力。
 

学习目标
 

1.组内同学分工合作，综合运用3D建模软件设计唐槐、唐槐亭、笔筒、底座模型。2.认识各种开源硬件，能说出它们的功能。组内同学分工合作，分别在Labplus中编写程序控制开源硬件，使显示屏显示温度和湿度，学习到一定时长提醒休息，土壤干时提醒浇花。3.初步培养算法意识、合作能力、空间想象能力、创新能力、动手能力。
 

教学重点与难点

教学重点：精确测量外接硬件的位置、大小，根据测量结果设计笔筒和底座；Labplus编写程序时，显示屏显示位置和显示内容的设定。
 

教学难点：完整唐槐亭的打印，程序中何时启动、注意休息的判断。
 

教学过程
 

一、创设情境引入主题
 

展示上学期各组提交的魅力唐槐探究报告。
 

存在的问题：探究报告展示成果平面单一，怎样让魅力唐槐成果展示更生动、形象、有意义？

我们曾学习了3D One和图形化编程，可不可以借助创客手段让魅力唐槐成果展现更丰富，更能体现魅力唐槐的文化底蕴？介绍3D打印与外接开源硬件结合制作魅力唐槐纪念笔筒的创意。
 

二、魅力唐槐创意笔筒设计
 

1.设计规划

外形设计（3D打印）：由四部分组成，分别为唐槐、唐槐亭、笔筒、底座；
 

功能设计（开源硬件）：唐槐纪念笔筒作为魅力唐槐活动的纪念品，除了具有观赏价值外，还要具有实用价值。笔筒可以盛笔，我们还可以利用开源硬件来让笔筒实现哪些功能？
 

认识各种Bluebit开源硬件，了解各个部件的功能。在了解功能的基础上确定我们笔筒实现的功能包括：温度、湿度显示，学习一定时间提醒注意休息，土壤干了提醒浇花。

2.外形设计（使用3DOne完成3D模型的设计）

（1）根据外形部分确定小组分工。
 

（2）根据分工设计唐槐、唐槐亭、笔筒、底座。
 

3.功能实现（程序编写与调试）
 

（1）把人体感应器、温湿度感应器、显示屏、蜂鸣器、土壤湿度传感器、电源连接到Bluebit主板；
 

（2）根据要实现的功能，集体分析编程的思路；
 

（3）组内按照要实现的三种功能进行分工；根据分工，两人一组分别在Labplus中编写程序实现显示屏显示温度和湿度、计时提醒等功能。
 

（4）程序分别调试好后合并到一起，在一个程序中实现所有功能。
 

三、展示与评价
 

各组设计好作品后，教师组织学生以小组为单位进行作品展示，各组根据评价标准进行点评，评选出优秀作品。根据大家提出的意见修改、提交。
 

案例详解
 

一、确定目标作品——要做什么
 

开始制作前，确定目标最重要。根据探究报告展示单一、平面的问题，我们想到了利用3D建模来展现魅力唐槐的成果。但是仅仅有3D模型，又显得没有生气，所以就有了开源硬件的加入，给3D模型注入活力。
 

综合唐槐的现状、功能要求，学生们分组讨论，确定魅力唐槐纪念笔筒的外形由3D打印模型和开源硬件两部分组成。3D打印模型由四部分组成，分别为唐槐（棕色）、唐槐亭（红色）、笔筒（黄色）、底座（黑色，藏住大部分的开源硬件）。开源硬件包括主板、电源、温湿度感应器、人体感应器、蜂鸣器、LCD显示屏、土壤湿度传感器几部分。

根据外接开源硬件的作用，笔筒的功能描述为：笔筒正面下方显示屏正常显示温度和湿度，当有人在笔筒前坐下超过2分钟时，开始计时，到33分钟时蜂鸣器蜂鸣，显示器显示“please rest”；外接的土壤湿度传感器检测书桌上绿植的土壤湿度，提醒我们及时“water flowers”。
 

二、3D建模与开源硬件——怎么做
 

1.3D建模
 

（1）分为4个小组，每组有6个人，1人制作唐槐树，2人制作唐槐亭，1人制作笔筒，2人制作底座。
 

（2）制作前强调注意事项。
 

唐槐组：仿照唐槐的样子绘制槐树，尤其体现槐树的枝干，高度设为8cm，直径不超过1.5cm；

唐槐亭组：利用软件中的阵列、抽壳、合并等功能设计形成亭子的样子，亭子高11cm，最宽处不超过8cm×8cm。考虑到整体的亭子柱子和盖连接的地方打印时易出错，所以亭子分三部分设计。
 

笔筒组：根据LCD显示屏的大小确定开口位置和大小，这也限制了笔筒形状选择时要选择能放下显示屏的形状，预留线口。笔筒底面不超过9cm×9cm，高度为8.5cm，可以放下笔。利用减运算添加心形装饰，减少打印材料的使用。
 

（3）学生按照分工，分别制作唐槐树、唐槐亭、笔筒，根据设计好的各部分的大小设计底座的大小、高度和开口位置。
 

（4）制作完成后保存，组内分享、交流、改进。
 

2.建模完成
 

接下来，外接开源硬件，编程、调试，完成预设的功能。
 

（1）开源硬件介绍。3D模型中外接的Bluebit开源硬件可用于编程和传感器控制的学习，可帮助我们实现一系列智能创意作品，培养我们的编程能力、创新思维能力。其中的Bluebit主控板（如图1）内置MicroUSB通信端口，包含12个数字I/O端口、4个模拟输入口、2个IIC接口，通过连接各种传感器，可以识别温湿度、光线、土壤湿度、人体感应等信号。通过USB接口连接到计算机上，在Labplus中的设备菜单中选择Bluebit，即可以调取相应模块代码。

（2）硬件连接。教师演示，将温湿度感应器、人体感应器、LCD显示屏、蜂鸣器、电源连接到Bluebit主板上。学生分组尝试连接，教师提醒学生注意线的接口两头要对应相同的插口。

（3）功能分析与程序设计。
 

第一部分为读取温湿度感应器的值，放到变量T和HUM中，然后在LCD显示屏显示T和HUM的值，完成显示当前温湿度的功能。这部分可以通过顺序结构实现，具体的程序如图2所示。

让学生尝试解释程序。分析“设置LCD屏游标位置为X 0 Y 0”中X 0 Y 0的含义，引出对LCD游标位置的认识。

第二部分提醒休息是通过两个判断来实现的。当人体感应器检测到有人（人体感应器返回值=1，第一个判断），等待2分钟，如果人还在（第二个判断），开始计时，到33分钟蜂鸣器蜂鸣，LCD显示屏显示“please rest”。（如图3、图4）

第三部分的浇花提醒需要一个判断即可实现，流程图如图5所示，程序如图6所示。

程序的三部分功能按照顺序一起放在外层的循环结构中，不停地收集周围的相关数据，根据返回的数据执行相应的功能。
 

（4）分析结束后，学生两人一组按功能分工进行编程、调试，教师巡视指导。
 

（5）所有程序调试成功后，通过QQ群共享，合并到一个程序中。
 

三、依据评价标准进行评价——做得怎么样
 

在学生制作作品前，明确评价标准，更能让学生们在制作时有准可依。
 

作品展示时，各组学生尝试对照评价标准进行评价，锻炼思维能力和语言表达能力。
 

相关作品评价量规请扫描左侧二维码。

四、完善创新
 

作品展示交流后，请各组成员根据同学和教师提出的意见完善作品并提交，择优打印。

结合该主题，还可以有哪些创意设计？学生提出创意，为进一步开展主题创客教学提供素材。