智能小台灯创意设计与制作

课程背景

2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》强调普及中小學阶段人工智能、编程教育。《中小学综合实践活动课程指导纲要》也指出，要设置从学生真实生活和发展需要出发的课程，培养学生问题解决、创意物化等能力。

我校的教育理念是“生长教育”，该理念是由美国著名教育家杜威提出的，倡导通过生活化的教学实践活动，促进学习者的个性展示和能力发展。从2016年开始，我校开设了创客课程和STEAM课程，以这些课程为载体，培养学生的问题解决能力、创新能力、合作能力等21世纪技能。

本课程内容在建构主义认识论、生长教育理念以及新课程标准的指导下，以学生为中心，从生活实际出发，确立了“智能小台灯”项目主题，融合了编程、开源硬件、搭建等知识内容。学生在发现问题、集思广益、设计方案、制作小台灯的过程中，不断进行思考、建构、创新、合作，不断发现问题、解决问题，从而提升了问题解决能力和合作、创新能力。本项目内容包括六课时，本课时主要是让学生根据设计方案，编程、搭建，实现智能小台灯的预设效果并测试、修改、完善。

教学目标

知识与技能

1.了解光敏传感模块和红外传感模块的功能。

2.理解选择程序结构的流程图，并能根据流程图编写程序，实现预设效果。

过程与方法

1.体验设计、制作（编程、创意搭建）智能小台灯的过程。

2.在交流合作中提升发现问题、解决问题的能力和协作沟通能力。

情感态度与价值观

在设计、制作和分享的过程中，体验利用信息技术等数字化工具进行“创意表达”的乐趣以及合作、分享的乐趣。

教学准备

PPT课件、KenBlock主板及配套开源硬件（LED模块、光敏传感模块、红外传感模块）、KenBlock图形化编程平台。

教学重点与难点

教学重点：1.利用光敏传感器，编程实现光线控制灯的亮灭——自动感应光纤功能。2.利用避障传感器、光敏传感器，编程实现预设效果——有人且光线暗点亮，否则熄灭。

教学难点：制作出兼具“智能判断”功能和外形美观的智能小台灯，实现创意物化和创意表达。

教学过程

一、课程导入

师：同学们，在前面的学习中，我们发现并确立了问题——如何制作一个自动感应光线的节能小台灯，每个小组形成了设计方案。这节课我们就利用传感器，通过编程、搭建，来制作这样一盏智能台灯。

二、探究操作

1.提出问题

师：我们先来实现“自动感应光线变化”的效果，要实现这个效果，应该用到哪些模块？

学生思考，从材料盒里找到所需模块。教师介绍光敏传感器的功能——可以自动感应光线强度的变化。

2.画流程图

教师带领学生一起分析欲实现效果：光线控制——当光线变暗时自动点亮，光线变亮时自动熄灭，引导学生画出流程图，并用“如果……那么……”句式说一说。

设置意图：分析程序实现方法，通过画流程图帮助学生理清思路，熟悉巩固，选择结构程序。

3.编程、测试、改进

（1）编程

教师提出问题，引导学生根据流程图编写程序脚本，实现LED灯跟随光线变化自动点亮或熄灭。学生完成计算机、控制板、光敏传感器、LED灯的连接。（提示注意事项：要与编程平台图中连接端口对应）

完成主控板连接之后，学生根据流程图编写脚本，上传程序并测试，改进程序。

（2）改进

师：为了让我们的智能小台灯更加节能环保，我们如何改进？

学生思考并阐述思路。如：加入能够识别是否有人的传感器，实现“当有人在灯前面且光线低于某一值时自动打开，否则关闭”。教师引出红外传感器。

（3）画流程图，编程

学生画流程图，根据流程图，学生写一写脚本，实现效果“当光照强度小于30且检测到有人时灯点亮，当无人时灯熄灭;当光线强度大于30时，灯熄灭”。（提示：红外传感器的状态对比之前学习使用过的按钮传感器的状态，当检测到有人时，值为FALSE，当无人时，值为TRUE。）最后将程序上传到控制板，测试程序效果。

三、搭建制作

师：我们实现了智能部分的效果，接下来同学们就根据本组的台灯设计草图，共同制作你们的智能小台灯。

教师提出搭建制作过程中的要求：1.使用工具的过程中，注意安全;2.有分工、有合作，积极主动参与;3.维护小组内良好秩序。教师巡视、指导、帮助学生分析问题并解决问题，为表现好的小组发“创客币”。“创客币”可以让学生换取更多的材料，激发学生参与竞争意识，在良好的秩序的基础上进行创意制作。搭建灯的过程中教师提示学生思考：如何确定光敏传感器和LED灯的相对位置？如果把光敏传感器放在LED灯下会存在什么问题？

四、分享交流

小组展示、介绍自己的作品，阐述“制作过程中的问题，如何解决”等，说一说“我对自己的作品最满意的地方，我认为作品的特点以及下一步想改进的地方”。

设置意图：通过展示与发言，拓展思路，激发学生持续不断地进行思考与创新。

实践反思

本课是“智能小台灯”项目中的一课时，主要让学生认识利用开源硬件，通过编写程序实现功能，通过搭建，把想法变为作品。通过本课的实践，学生不断思考、沟通合作，动手能力和合作能力都有一定的提升。由于是大班授课，每组是6～7人，需要多关注一下参与度不是很高的学生，促进积极合作。在搭建部分，应该给予更多时间，让学生去测试、修改、完善作品。