信息技术硬件教学的实施

孙沙沙

【摘要】：新世纪，社会的迅速发展和信息技术的普及不仅给教育带来了新的机遇，同时也给教育提出了新的挑战，并且使得教育正呈现出一系列新的变革趋势。本文尝试将项目式学习融入到Scraino硬件编程教学当中，通过项目式学习的"项目背景，明确问题——明确目标规划方案，确定物料——协作搭建，编程创作——上传测试，优化改进——分享交流，拓展延伸"五个环节，探究信息技术课程中新型的教学方式，激发学生学习编程的兴趣，培养学生的逻辑思维。本文以泰山版小学信息技术第三册第二单元《指挥机器人行动》中《智能风扇新体验》一课为例，介绍硬件教学的实施过程。

一、明确问题

风扇是最常见的家用电器之一，传统电风扇最突出的缺点是它不能根据温度的变化适时调节风力大小，不能根据有没有人在风扇前灵活开关。比如：当人离开的时候，电风扇依然在工作，可是人有时忘记或者无法察觉，既浪费电资源又不安全，传统的机械定时器无法对人是否离开进行檢测。鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能超声波电风扇来解决这个问题。如果我们能用自己学到的编程知识来创作一个智能风扇，是不是很让人兴奋呢？

二、明确目标 规划方案

1.项目目标分析

通过分析真实生活中风扇的使用状况，梳理智能风扇的工作原理，培养学生分析问题的逻辑思维。

通过分析、科学合理的组装风扇，培养学生的动手能力。

通过程序设置电机转速调整风扇的速度，设计超声波传感器检测的距离，可以根据远近智能自动关或开风扇，培养学生简单的计算思维能力。

2.规划方案

整个项目对单独的学生来说存在较大难度，所以实行小组分工合作更能提高学习效率。本着“组间同质，组内异质”的基本原则，按学习成绩、认知水平、智力水平、性格特点、管理能力对全班学生进行学习小组划分，分为8个平行小组，每个组选择一名编程逻辑思维和管理能力较强的同学作为组长。另外划分小组之后需要根据项目来进行具体的分工协作。每个同学的特长不同，组内分工需要根据同学们的特点进行扬长避短。根据项目的实施主要分为指挥官（组长）、软件工程师（编写程序）、造型师（创意搭建）和金话筒（汇报）四个组员。在不断的学习积累中，同伴之间可以互相取长补短，这四个角色定期进行互换，让每个学生各方面能力都得到锻炼。

3.确定物料

（1）所需要的硬件物料清单。

学生通过微课或者导学案操作步骤，以小组为单位找出这节课要用到的硬件。

（2）认识开源硬件

小组合作完成物料清单，其中“电机”是本节需要用的新硬件，学习电机的原理及属性，方便后边硬件搭建和程序的编写。

三、协作搭建，编程创作

1.结构搭建

教师组织学生有针对性地再提出一些问题进行讨论，如什么部件可以让风扇的扇叶进行旋转？控制传感器最关键的问题是什么？以小组为单位查看微课或者导学案操作步骤合作完成风扇的搭建，也可以按照自己的想法进行搭建，但一定要注意风扇的牢固性和安全性。搭建的时候学生可以以小组为单位自由发挥想象，搭建模型。只有搭建支架是无法工作的，还需要电子模块连线与电脑连接，用程序来指挥和控制风扇工作。

2.电子模块连线与安装

扩展库（ Extension Library）集成了当前市场流行的大多数开源硬件。本节课使用的Nano控制器的核心就是Nano开发板。

下面选取Nano扩展模块：

①使用双头 5pin 连接线将电机连接到驱动板的出口端，用另一根 5pin 连接线将驱动板的对应入口端与控制板连接（1 号端口）。

②使用两头紧销将驱动板和控制板固定在搭建好的智能风扇上。

注意：选择驱动板的出入接口时，可以选择任意一对进行连接，但出口与入口的位置必须是对应的。

3.编程创作

接下来我们就需要编写程序，指挥和控制风扇运转。由于扇叶是由电机带动转动的，电机旋转时既可以顺时针又可以逆时针。电机的驱动可以根据模拟信号输出设置电机的转速，Scraino 编程设定 1—255 区间为电机的正转，数值越大，转速越快，数值为“0”时，电机停止转动。需要控制电机的转速就可以控制扇叶的转动。电机转速是由“设置电机转速”的“积木”控制的，可通过设置电机的转速数值来控制。

超声波传感器的编程命令必须与相关的【运算】、【控制】相关指令配合使用。可以用两个命令实现：①如果……那么……，否则……;②在……之前一直等待。图四实现当人与风扇的距离小于100厘米时，风扇转动，否则风扇停止。实现了自动检测距离，智能开关功能。

注意：由于超声波感应需要一定的距离，所以距离过小、物体不平、穿透力较强的物体都可能影响距离的检测，有效检测距离为 2——450cm。

四、上传测试，优化改进

我们在编程的过程中，要渗透迭代优化的思想，小组合作完成项目后要上机测试，发现问题修正程序。在这个过程中引导学生总结出核心问题，如果让整个过程不出错最重要的是什么？一是硬件连接不能出错，软件编程要正确;二是硬件需要更稳定，遇到故障，还要有预案。

五、分享交流，拓展延伸

分享之前先分好任务，每个小组都有机会分享，制定好分享原则，让分享井然有序。

拓展延伸：为了让风扇更智能，更人性化，可以加入红外线传感器，实现远程控制，加入温度传感器，根据温度变化自动调整转速等。

采用过程性评价和结果性评价相结合的方式。过程性评价包括智能风扇的搭建、编程、小组分享和合作;结果性评价包括作品的完成度和创意性两方面。

总结

本研究项目《智能风扇》来源于学生真实生活中的问题，利用 Scraino硬件模拟真实场景，设计与制作智能风扇。课堂通过真实情境的再现和小组合作的形式完成具体的任务，极大弱化学生之间的差异性，将教材中的多个相关知识点融会贯通，知识的学习也更具有连续性和实用性，学生学习成就感大大提升。在完成整个项目任务的过程中，体验程序分析员和程序员的完整工作流程：分析问题、分解任务、建立模型、优化调试的能力，潜移默化地培养了计算思维。