《智能环保垃圾桶的设计与制作》教学案例

案例背景

本案例旨在通过信息科技与劳动教育的融合，提升学生的实践操作能力、创新思维能力以及团队合作能力，培养学生的劳动精神和科技素养。智能环保垃圾桶有以下优势：①在实行垃圾分类的过程中实现对学生的环保教育。②耗电低，密封性好，能够智能识别垃圾并进行分类处理。③工作原理简单，选择微电脑控制芯片，感应探测装置和机械传动装置。

案例分析及预设

项目主题：智能环保垃圾桶的设计与制作。

项目启动与团队组建：学生根据项目主题，自愿组建跨学科团队，其中包括信息科技组、设计组、手工制作组等。教师提供必要的指导和支持，协助学生明确项目目标和任务分工。

调研与方案设计：学生利用网络资源调研智能垃圾桶的发展现状和市场需求状况。

①智能垃圾桶的优势。不仅能提高垃圾分类的准确性，提升处理的效率，而且节能环保，在监控管理上也具有极大的优势；还可以通过物联网技术将数据传输给环卫部门，实现远程监控和管理。

②智能垃圾桶的应用场景及好处。居民区：设置智能垃圾桶，可以提高居民对垃圾分类的认识和积极性。商业区：人流量大，垃圾产生量也相对较多。引入智能垃圾桶可以提高商业区的环境卫生水平，同时也可以提高顾客对商业区的评价和满意度。学校：引入智能垃圾桶可以帮助学生养成垃圾分类的好习惯，提高环保意识。公园、广场等公共场所：引入智能垃圾桶可以方便游客进行垃圾投放，提高公共场所的环境卫生水平。学生结合调研结果，设计智能垃圾桶的功能和外观，并制订详细的制作方案。

技术学习与材料准备：信息科技组学生学习并掌握相关设备的连线和编程，准备Arduino Uno主控板、Uno扩展板、超声波传感器、舵机、RGB全彩LED模块、电池。手工制作组学生准备制作垃圾桶所需的材料和工具，包括美工刀、合页、废旧纸壳、钢尺、热熔胶等。

动手制作与调试：学生按照制作方案，分工合作，动手制作智能垃圾桶的各部分组件。手工制作组：

①把垃圾桶设计成正方体。②取废纸板并裁成6个小正方形。③把其中的5个小正方形用热熔胶热熔在一起。④制作垃圾桶盖，将盖子用合页与垃圾桶体热熔在一起。⑤在垃圾桶侧面用美工刀挖两个放超声波传感器的洞。信息科技组：负责编程和电路连接，实现垃圾桶的智能化功能。

成果展示与评价：学生展示制作完成的智能环保垃圾桶，并通过自评、互评和教师评价相结合的方式，对作品进行评价和反馈。

案例实施

1.学情分析

学生通过前面的学习，已经掌握了超声波传感器的工作原理和舵机的工作方式，有了一定的连线和编程基础。

2.教学目标

通过设计智能垃圾桶的功能和外观，参与制订详细的制作方案，培养环保意识和科学严谨的求学态度。

3.教学重点、难点

垃圾桶的设计、制作，连线和编程。

4.教学准备

壁纸刀、钢尺、热容器、热熔胶、Arduino Uno主控板、Uno扩展板、超声波传感器、舵机、RGB全彩LED模块、电池。

5.课时安排

1课时。

6.教学过程

（1）激趣导入

①教师播放PPT，介绍垃圾桶的作用及分类。

师：垃圾桶一般有蓝、红、绿、灰等颜色。蓝色的是可回收垃圾桶，用来投放被回收利用的各种垃圾。红色的是有毒有害垃圾桶，用来投放各种有毒有害的重金属或其他有毒物质。绿色的是厨余垃圾桶，存放厨房生产出来的垃圾。灰色的是其他垃圾桶，存放以上几种垃圾之外的其他垃圾。

②教师引导学生讨论有毒有害垃圾的分类和处理方式。

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师：有毒有害的垃圾有哪些？

生：废旧电池、灯管、灯泡、油漆桶以及一些过期化学品，如化妆品、药品等都属于有毒有害垃圾。

师：这些有毒有害垃圾对人体和环境都有伤害，我们能够直接用手或身体接触吗？

生：不能。

师：所以，我们需要开动脑筋，设计制作智能垃圾桶，防止有毒有害垃圾对人体和环境造成伤害。

（2）操作学习

师：首先用硬纸板手工制作垃圾桶，再把设备进行连线，最后进行编程，实现我们想要的功能。（向学生展示已制作好的垃圾桶）制作垃圾桶的基本步骤是先准备原材料，再设计制作方案。同学们可以使用不同的方法来制作一个长方体的垃圾桶。

生1：可以利用长方体的性质——对面面积相等，先裁剪3组面积相等的长方形，再用热熔胶结合，最后桶盖用合页结合。

生2：可以裁剪6个面积相等的长方形，然后再用热熔胶结合，最后桶盖用合页结合。

生3：可以利用纸板，计算好桶的周长，只热熔一条边，最后把底热熔上即可。

师：这三种方案都可以，哪种最简便？（生回答）那就开始吧。

学生按照教师的要求进行连线，连接完毕后将相应的硬件固定在垃圾桶内。（硬件包括Arduino Uno主控板、Uno扩展板、超声波传感器、舵机、RGB全彩LED模块）

师：连好线它们就可以工作了吗？还得做哪一部工作？为什么？

生：还得编程，让程序指挥垃圾桶工作。

师：怎么编程呢？是什么原理呢？

生：利用超声波传感器的原理，当垃圾靠近超声波传感器时，传感器感应到后触发舵机，打开垃圾桶盖子，放入垃圾就可以了。

（3）编程设计提示

师：当物体靠近超声波传感器时，它会感应到，那么，靠近多少它才能感应到呢？

生：我们可以设定一个数值，如10。

师：为什么是10？0可不可以？100呢？

生：0不可以，就碰着传感器了，100太远了，人从大老远经过就感应了，垃圾桶会经常开。

师：很好！有了这个数值，就有标准了。那么，垃圾桶盖张开的角度根据实际情况也应定一个标准。

生：90度。

师：既然编程的流程步骤清楚，标准也明确，各小组就开始行动吧。

（4）展示评价

①展示：学生展示制作完成的智能环保垃圾桶，并介绍其功能和特点。②评价：通过自评、互评和教师评价相结合的方式，对学生的作品进行评价和反馈。学生根据评价结果进行反思和改进，优化垃圾桶的设计和功能。

（5）拓展延伸

①引导学生回顾本次教学内容，复述垃圾桶的作用、分类以及垃圾桶的制作、连线和编程来实现功能。②鼓励学生积极参与智能设备的制作与改良。

效果与反思

通过本案例，学生不仅掌握了信息科技和劳动技能，还培养了创新思维和解决问题的能力。具体效果如下：①提升了实践操作能力。学生在动手制作智能垃圾桶的过程中，提高了实践操作能力，学会了如何将理论知识应用到实践中。②培养了创新思维能力。学生在设计智能垃圾桶的过程中，充分发挥了想象力和创造力，提出了新颖的设计方案和功能实现方式。③增强了团队合作能力。学生在团队合作中学会了分工合作、沟通协调，增强了团队合作能力。④培养了劳动精神和科技素养。通过劳动实践，学生更加珍惜劳动成果，培养了劳动精神。同时，学生在学习和应用信息科技的过程中，提高了自己的科技素养。

本案例将信息科技和劳动教育相结合，通过“智能环保垃圾桶的设计与制作”项目，实现了教学目标，取得了良好的教学效果。这种融合创新的教学方式不仅激发了学生的学习兴趣和动力，还提高了他们的综合素质和能力水平。在未来的教育实践中，笔者将继续探索信息科技与劳动教育的深度融合，为培养更多具有创新精神和实践能力的人才贡献力量。

点 评

该教学案例将信息科技与劳动教育很好地进行了融合，在日常生活劳动主题中得出了信息科技主题，在信息科技项目创造制作中实现了劳动素养与科技素养的并进发展。总结起来，该教学案例具有以下优点：第一，是融合非辅助。信息科技在与其他学科融合时很容易陷入的一个误区，那就是成为其他学科活动的技术支撑，这在整体教学活动中看似有信息科技的痕迹，但信息科技所起的作用只是辅助而已，而本教学案例在信息科技与劳动教育融合中实现了信息科技素养与劳动素养的共同发展，而非只是劳动素养的发展。第二，是创造非讲练。信息科技学科不能沿用以往的讲练结合的技能训练模式，而应让学生在理解、设计和建造一个新系统的创造性过程中进行学习，这样才能真正地培养学生的核心素养。在该教学案例中，学生在设计智能垃圾桶的过程中充分发挥了自己的想象力和创造力，提出了新颖的设计方案和功能实现方式，从而实现了信息科技素养与劳动素养的进阶发展。第三，是生本非师本。该教学案例不是以教师为中心，围绕讲授开展教学活动，而是以学生为中心，围绕学生的素养培养而设计学习活动，让学生在真实的劳动教育主题项目完成过程中，实现信息科技素养与劳动素养的并进发展。综上所述，该教学符合当前基础教育课程改革发展趋势，契合了当前学科融合教学理念，是一个较好的信息科技与劳动教育融合的教学案例。