基于计算思维培养的智能图书管理实验系统

陈江

摘要：通过刷校园卡借阅书籍的形式可以防止书籍的丢失。只有在刷卡成功后才能借书，用户的各种操作都会记录下来，包括借阅的书籍和对应的用户以及借阅书籍的量。通过传感器感受书的存在，通过NFC贴片可以准确识别出书的ID，取走每一本书都会与相应的用户对应起来记录下来，还书时借阅者只需把书放进出入口，系统会自动识别出书的ID并判断是否属于该书柜的书籍，书柜通过物联网把变化信息实时发送到网络，可以远程进行查询，还可以查询到每个同学的借阅情况和每种图书的借阅量，通过这些可以分析学生的阅读情况和喜欢的书籍为后续采购图书提供参考。

关键词：计算思维;智能图书管理;实验系统

一、创意来源

在进行辅导学生创作作品，学生往往不知如何下手，更不知道能实现些什么功能，最终的效果怎么样，于是结合学校图书管理实际帮助学生学生。

二、基本思路

该实验资源包括三方面，结构设计，电子元件的用法和示例程序，书柜采用透明设计，学生很清楚地看到每个元件和结构，更方便学生观察各部分是怎么样工作，帮助理解学习过的知识，学生可以使用示例程序或者自己编写程序来完成实验，该书柜用刷卡来打门，所以只要拿走书籍就一定会留下记录，消除了“自觉登记”对大家自觉性的依赖。记录的信息不仅有借书的用户和数量，还书时必须要还到指定的书柜，从而保证了书籍位置的有序。设有书籍专用出入口，不用去记书的位置。显示屏时时显示书柜内的书本量，不存在找书难的情况。

三、实验设备描述

整个书柜由有机板拼接制成，大致两个空间，一边用来存放书籍，一边用来放存放相关电子元器件，保证了整体的美观。每一个放书的位置下都是一个轻触开关，可以精确地感受书的拿取。且每一本书具有唯一的ID号，书籍的借阅情况与ID号绑定，还书时的用户必须把书放在指定的书柜。刷卡接收模块读取所用磁卡的用户账号，以及对应信息，从而判断卡的合法性，借书记录，书柜内是否有书可借，再综合判断给予提示。刷卡后，用户可以通过按钮对显示屏上显示的菜单进行操作，每一步都有详细的操作说明，所以只要拿走书籍就一定会留下记录，消除了“自觉登记”对大家自觉性的依赖。记录的信息不仅有借书的用户和数量，有专用图书出入口，借书还书都在出书口操作，极大地方便用户，也给管理员的管理带来了方便。

四、实验导学

1.实验定位：是面向编程零基础的高中生，开展基于开源电子的科技创新活动，这里需要说明的是，针对有基础的学生也是可以使用的，可以把学过的内容进行组合再进行实验。

2.实验目标：通过实验活动，掌握简单的编程方法和作品制作的过程与方法，培养学生的计算思维和工程思维。

3.实验教学时间安排：实验教学活动共计12周，每周教学时间1课时，练习时间2课时。

4.实验内容：从硬件知识到编程设计到功能实现的完整实践过程。

5.考核形式：能让智能图书管理系统正常运行。

五、实验内容安排

本实验包含的一系列子实验由易到难，循序渐进，实验过程中需要配合使用实验手册，学生在做实验的过程是需要完成实验手册的填写，实验内容在硬件的学习时，首先学习的是Arduino控制器，再由简单的传感器认识与使用，如按钮，到复杂传感器的使用，如射频卡读卡器，NFC读卡器等，再到传感器之间的协同工作，如在图书的检测需要NFC读卡器和触碰开关的协同工作。在程序的编写首先选择图形化的编程软件，本实验选择的是Mind+编程软件，学生易上手，易掌握，当学生具有一定的编程基础后，引入了代码编程，这样能够紧扣信息技术的课程目标，为了培养学生的计算思维，在实验中引入了流程图，在编写程序之前都要求学生完成流程图的绘制，这样能帮助学生更好的理解程序逻辑;在实验中还引入了函数，让学进行程序的封装以便以后调用，培养了学生的工程思维。在实验中引入了目前流行的物流网、语音模块，增强了实验内容的时代性。在每一单元的内容中设置了自学内容（主要是为了培养学生获取信息的能力），教师的讲解，分组实践探究内容（主要培养学生发现问题解决问题的能力）。前面的每个单位都是在为实现整体实验目标做准备。

六、创新点

1.基于项目式探究实验，激发学生学习兴趣，培养 学生的计算思维和工程思维。

2.学习者通过该作品不仅可以学习传感器基础知识，还能学习一些常用结构设计。

3.搭配示例程序，方便学习者快速上手，可以学习到从想法到作品制作的全过程。

4.该作品采用透明设计，方便使用者观察学习。

七、总结与反思

本实验属于项目式探究实验，是基于真实问题情境，给学生提供 一个贴近生活实际的驱动问题，把核心问题转化为一系列的学习任务，使学生在解决这个核心问题的过程中尝试探索、学习和应用相关的多门学科知识。从而激发学生学习兴趣，培养 学生的计算思维和工程思维。

不足之處：本实验包含一系列内容，如果学生不能按时完成或者教师管理不严时，会影响后续实验甚至影响整个实验目标实现。

参考文献：

[1]罗卫敏，吴元斌，刘雨露.基于OBE培养计算思维能力的实践探索——以“大学计算机基础”课程实验教学为例[J].科技风，2021（36）：121-123..