王元生   安徽省蚌埠市第一实验学校城南校区信息技术教师，2018年全国青少年信息学奥林匹克竞赛指导教师，先后多次参加省级、国家级骨干教师培训。2012年被推荐为“校级教坛新秀”。2018年在蚌埠市初中信息技术教师基本功竞赛中荣获一等奖，在全国初中信息技术优质课展评中获一等奖。2019年指导学生创客作品获得二等奖。

教学背景
 

2019年政府工作报告中明确指出“发展‘互联网+教育’，促进优质资源共享”。教育部将实施学生信息素养培育行动，完成义务教育阶段学生信息素养评价指标体系，建立评估模型，启动中小学生信息素养测评；并推动在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育；同时推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中深入应用。
 

本课教学案例来源于学生参加青少年科技创新比赛中的科技创新成果“智能台灯”。整个项目采用项目式的学习方式，教学流程遵循著名认知心理学家赫伯特·西蒙的“问题解决”基本过程，即发现问题、分析问题、提出假设、校验假设，项目实施共分为三个阶段：发现问题、探究问题、解决问题。本课的学习目的主要是让学生了解传感器的功能与应用场景，学会通过探究的方式发现和解决问题，在感受人工智能对生活影响的同时培养核心素养。

教学目标
 

知识与技能  认识Arduino主控模块及超声波、温湿度等传感器的工作原理和工作过程；通过智能台灯的制作，可以熟练掌握不同功能传感器的应用和Mixly编程。

情感态度与价值观  让学生体会到创客在生活中的应用，以此激发学生对科技创新的热爱与对创客“智造”的向往。

教学重点与难点

教学重点  Arduino主控模块不同功能的了解与掌握。

教学难点  智能台灯的各个功能控制的编程方法。
 

教学准备

PPT课件、Arduino主板、温湿度传感器、音乐播放器、按钮指示灯、旋钮电位器、OLED液晶显示器、扬声器、蜂鸣器、杜邦线、USB连接线。

教学过程
 

一、发现问题

近年来，我国中小学生学习任务重，加上手机、电脑等电子产品的普及，导致我国青少年近视率居高不下、不断攀升。教育部高度重视青少年学生近视眼防控工作。2018年8月30日，教育部、国家卫生健康委员会等八个部门联合印发《综合防控儿童青少年近视实施方案》。
 

21世纪是人工智能的时代，如何利用人工智能给每个学生提供更好的学习环境呢？学生用眼过度或者坐姿不端正是导致近视的重要原因之一，那么能不能在学习过程中尽量避免这种现象的发生呢？

二、探究问题
 

实验一 数字化控制温湿度
 

教师通过图示讲解Arduino主板的结构、原理、注意事项、接线用法等知识点。（如图1）

通过已学知识，启发学生完成控制温湿度传感器并将所测量的数值显示到OLED液晶显示器上的方案。（如图2）

学生总结：“8”引脚获取湿度和温度数值，分别赋值给“S”和“W”两个不同的变量，通过OLED液晶显示器显示出来。
 

实验二 通过超声波距离控制，实现距离矫正
 

1.教师通过图示先为学生讲解超声波模块的工作原理和模块的接线用法，使用注意事项等问题，再结合超声波模块的工作原理给学生分析如何编写程序。（如图3）

2.自主探究使用超声波测距，实现距离矫正。（如图4）

教师总结：如果超声波距离小于15cm，引脚“4”输出高电平，蜂鸣器发出提示声音，否则蜂鸣器不做出任何提示。学生可以根据自身差异，对距离数据进行微量调整，完成“私人定制”。
 

实验三 定时温馨提醒，防止用眼过度
 

1.通过图示向学生介绍语音播报模块和扬声器模块的用法，并指导学生完成模块之间的连接和主板的连接。（如图5）

2.完成控制音乐播放器模块与扬声器传感器的编程，定时提醒学生用眼过度需要休息，根据音乐提示做眼保健操。（如图6）

小组总结：当程序运行时（也就是台灯开始工作时），定时器开始计时，每过90分钟通过串口向音乐播放器模块发送播放做眼保健操的信号。
 

三、总结提升
 

教师展示学生的实验成果，分小组提交编程测试数据，并填写实验报告单。
 

学生在所有硬件连接完成后上传程序时，遇到上传失败，导致智能台灯无法正常工作的问题。教师提出问题：为什么程序编写正确，但是无法上传Arduino主板？
 

学生分组讨论。教师最后汇总学生讨论的结果：由于音乐播放器模块开始默认了D0和D1引脚，但是USB上传程序时也需要通过这两个引脚，所以导致上传失败。
 

教师汇总学生解决问题的方法：1.可以先上传程序，待上传结束时再连接音乐播放器模块；2.重新定义两个不同的引脚，避免与USB冲突（如图7）。

四、课后总结
 

师生共同回顾本节课所学内容，拓宽学生思维：超声波、温湿度等传感器还可以使用在生活中的哪些方面？如何与其他开源硬件更好地进行匹配？
 

五、作品展示
 

本节课是智能台灯的“智造”中的程序控制，这个作品的创客理念是让学生动手操作，利用所学知识解决生活中的问题。整个过程学生了解和掌握了不同传感器的功能及其应用，制作过程中学生还了解了激光切割机的工作原理，做出了作品的外观。（如图8）

教学反思
 

本节课主要是智能台灯中的程序控制部分的教学，让学生学以致用，将创客融入每个人的生活中去，用自己所学技能去解决生活中的一些问题，改善自己学习生活环境。

专家点评
 

创客教育的作品会有一个从教具到文具的过程，教具是教师用，文具是学生用。教具是上课的时候用，文具是天天用。DIY创意智能台灯是一个很好的从教具到文具的桥梁，该作品已经有初步的雏形，但在真实应用的过程中还有一些具体的细节要修改。这是一个既复杂又简单的过程。做真正能用的东西，做很酷的东西，做团队协作的东西。（点评人：吴俊杰，北京景山学校信息技术教师，创客教育普惠课程创始人）