宋秀双   河北省张家口市涿鹿县涿鹿中学信息技术教师，曾荣获张家口市信息技术教学新星、张家口市学科带头人等称号。所做课程荣获河北省“优秀示范课”，辅导的学生曾获“童创未来”全国青少年人工智能创新挑战赛金奖、河北省第五届中小学教育机器人暨创客竞赛创客项目高中组一等奖。

教学背景
 

公共场所有很多按钮，比如饮水机按钮、出入小区的门禁按钮等，疫情期间容易传染病毒，不利于公众卫生。针对这一问题，本课例改造一台饮水机，实现饮水机自动出水、停水（不用按“按钮”），并能通过物联网查看缺水情况，提醒人们换桶。学生在使用过程中，只需将底部贴有NFC模块的水杯放在饮水机接水处，饮水机即可自动出水；水杯抬起，饮水机自动停水。这样的饮水机既便捷又卫生。

教学目标
 

了解饮水机外观结构，并结合硬件合理设计安装位置，培养学生的动手能力和设计思维；了解NFC近场通信模块、舵机的工作原理；学会通过Mind+编程实现掌控板与物联网Easy IoT通信，让学生感知物联网技术;通过智能化改造饮水机，引导学生积极观察身边事物并发现问题、解决问题，同时教育学生在生活中养成良好的卫生习惯。
 

教学重点与难点
 

教学重点 NFC近场通信模块的工作原理及其使用方法。

教学难点 掌控板与物联网Easy IoT通信。
 

教学过程
 

一、情境导入
 

师：我们班级内饮水机上的出水按钮是高频触摸点，凡接水必用且反复触摸，容易交叉传染病菌。大家想一想有没有方法来解决这个问题呢？
 

学生思考并回答。
 

师：解决这个问题的方法很多，本节课老师就带领大家使用掌控板改造出一台智能饮水机，让它可以像自动感应门那样，自动感应，自动出水。
 

二、初识NFC，创意畅想
 

师：“刷卡”成为我们生活中的一部分，如刷门禁卡、公交卡、饭卡等。它们的工作原理是什么？其实，它们是用了近场通信技术（NFC），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。由于近场通信具有天然的安全性，NFC技术被广泛用于POS机移动支付、银行卡、门禁卡、水卡等多种场合。
 

本节课主要采用UART & I2C NFC近场通信模块。它在保留UART接口的基础上额外复合了I2C，通过开关轻松切换两种不同的接口，使用更灵活。
 

三、认识物联网，感知物联技术
 

1.讲解物联网与Easy IoT
 

师：物联网是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。Easy IoT则是典型的国际化物联网服务平台，可以对联网的传感器、执行器进行实时监控和反馈，统计和分析已经接收的数据，并向传感器、执行器发送数据，实现控制效果。
 

2.学生活动：物联网实践
 

登录http://iot.dfrobot.com.cn/，注册成为Easy IoT物联网用户；添加新的设备，记下“Iot_id(user)”“Iot_pwd(password)”“Topic”等数据。
 

学生编写程序：当检测到“NFC卡片”，向Easy IoT物联网发送“Yes”，否则发送“No”。学生在实践过程中发现问题——因程序执行速度很快，当检测到“NFC卡片”时，会多次发送“Yes”；而检测不到时，会发送更多的“No”。学生测试探究，并思考解决的方法。
 

3.解决重复提交问题
 

师：我们可以设置一个“标识”变量，实现只有当NFC模块状态发生改变时，才发送消息，如图1。

学生编写程序，并实践验证。
 

四、硬件组装
 

学生小组内明确分工，合作完成硬件组装。教师提醒学生注意以下事项：使用热熔胶将舵机粘在饮水机上，要固定牢靠，这样将来拆下时，热熔胶也易于处理；舵机需要单独供电，因电流大，不要使用充电宝，容易烧毁，且要与掌控板共用地线；为了防止被水溅到，NFC近场通信模块需密封。
 

五、测试调试
 

测试舵机的转动角度，编程实现通过控制按钮使其达到合理角度的功能。
 

师：设置“舵机角度”变量，通过掌控板上“A”按钮增加角度，“B”按钮减小角度，“A+B”按钮控制舵机转到指定角度。
 

学生在编程测试时发现这样调整角度太慢，但如果将每次变化值变大，精确度又保证不了。学生讨论，思考解决办法。
 

师：结合大家的思路，形成以下解决办法——通过“A”按钮来调整“舵机角度”的十位和百位，如图2。“B”按钮调整个位，并通过判断语句实现数字循环变化，如图3。

学生再次进行测试。然后师生共同用刻度尺将水桶等分成20份，通过一等份水的放出时间估算放出整桶水所需时间，并测试向物联网Easy IoT发送剩余水量信息。作品完整程序如图4。

六、拓展与提升
 

师：本节课通过改造饮水机，大家认识了近场通信技术的工作原理，掌握了NFC模块的使用方法。希望同学们通过今天的改造制作，能够发现更多生活用品存在的问题，然后使用掌握的技术手段去创新出更多、更优秀的创客作品。
 

教师布置课后任务：公共场所还有很多的按钮、开关、把手，如班级电灯开关、电梯按钮等，怎样让这些按钮在方便我们生活的同时，又能保障我们的卫生健康，符合防疫的要求呢？除了这些，你还发现什么生活用品存在问题？请根据本节课所学的教学内容，使用如超声波、红外线、压力等传感器改造一款生活中常见的生活用品，改进它的不足之处。
 

教学反思
 

本课通过对饮水机的智能化改造，让学生学会观察生活，发现生活用品使用中存在的问题，然后通过学习新的技术去寻找解决问题的方法。在教学方法上，本节课每个教学环节我都会提出问题，让学生在活动实践中观察思考；在制作过程中，我将任务进行分解，让学生在一个个小任务中逐步发现问题和解决问题，既培养了学生思能力，又提升了学生综合素质。（本课件由DF创客社区推荐）