《多功能声控灯》教学设计

发布时间:2021/6/3 21:16:00 编辑:goodook 手机版
 
  ● 教材与学生情况分析
  《多功能声控灯》一课是初中信息技术教材粤教版七年级下第二章第4节的内容,是智能机器设计制作的发展阶段,经过前几节课的学習,学生已对智能机器的组成、编程、仿真有了一定的了解,可以进行简单的机器人程序设计。教材配套的诺宝机器人套件多数学校没有配齐,学生只能进行仿真测试,无法真实体验智能硬件效果,诺宝RC软件虽具多个传感器模块,但在运算、逻辑控制、变量处理方面还有较多功能欠缺,无法实现更多复杂功能。很多初一学生刚开始接触智能机器设计,对智能设备很有兴趣,但仅靠教材的内容和仿真实验无法给学生留下深刻印象,时间一长便失去学习兴趣。因此,笔者结合教材内容,引入了开源硬件Micro:bit,结合图形化编程软件Mind+,对本节的内容进行重新设计,除让学生学习原有的变量、直到型循环、防抖处理等知识外,还引入了模拟传感器、变量处理、创意设计等内容,通过软硬件结合的方式,模拟真实情景,激发学生学习兴趣。
  ● 教学目标
  ①了解智能机器程序设计的特点。②通过编写多功能声控灯程序,响声时LED灯亮,再响时灯灭,理解变量的引入和作用。③了解软件防抖的处理方式,学习直到型循环在智能机器程序设计中的应用。④体验交互式智能机器程序设计和调试的一般过程。⑤激发对智能技术的兴趣,启发创意思维。
  ● 教学重难点
  重点:变量的引入及在智能机器程序设计中的作用。
  难点:使用声控开关灯时产生抖动(闪烁)的原因及软件防抖处理方法。
  ● 教学流程
  1.复习旧知,引入新课
  师:上节课我们学习了楼道感应灯,同学们很好地完成了课后作业,分别用多分支条件语句和复合型条件语句制作楼道感应灯,上传了程序截图和仿真视频,还有的同学做出了感应风扇,值得表扬。本节课,我们不用光线传感器,只用声音传感器,制作声控灯,声音响时灯亮,再次响声时灯灭,请同学们观看演示视频,想想这个声控灯如何实现?(出示课题:多功能声控灯)
  设计意图:复习上节内容为新知学习做准备,展示优秀作业,鼓励学生课后自学,出示任务视频,激发学生学习兴趣。
  2.教学新课
  (1)选材说明
  师:老师选用的实验器材都是大家最容易找到的,用计算机自带拾音器代替声音传感器模块,用Micro:bit LED灯组及软件舞台画面实现灯光效果。
  设计意图:用开源硬件代替诺宝RC,让尽量多的学生体验真实的智能机器设计和制作。需要利用网课平台提前为学生布置预备任务,观看微视频了解Mind+安装和Micro:bit连接。
  (2)任务分析
  ①变量。
  师:决定开关灯的因素有哪些?
  生:声音。
  师:声音可决定开灯,也可以决定关灯,因此,仅有声音还不能完成本节任务,还需要看什么因素?
  生:听到声音时灯是开的还是关的。
  师:对,还要看灯原来的状态,那么由谁来记录灯原来的状态呢?
  生:计算机。
  师:计算机中又是用什么来记录状态?
  生:……
  师:用变量,变量是程序设计中非常重要的要素,相当于数据盒子、数据抽屉,用来保存程序运行中的数据,如输入信息、得分、成绩、坐标等。变量要取有意义的名字,初学者可以用中文,为本节中需要用的变量取个名。另外,还可以引入“响声次数”,一是方便调试程序,二是响声计数和状态变量之间也有内在关系。
  设计意图:用提问引导的方式讲解本课需用到的知识。
  ②流程设计。
  教师活动:展示主流程,分析循环体内的处理过程,要求学生在学案上绘制循环体内程序处理过程,课堂巡视,并展示学生绘制的流程图。
  学生活动:在学案上画流程图。学生代表上台绘制流程图,然后对设计流程和流程图规范做讲解。
  设计意图:强调在设计前绘制流程图,培养学生程序设计的思维习惯。
  ③检测声音方法说明。
  教师活动:明确Mind+内置监测模块“响度”可显示计算机拾音器采集的音量大小,可用于声音检测,播放响度调用视频,声音检测使用“响度>( )语句”,同时提醒学生观察记录拍手后响度的大小。
  (3)任务一:在Mind+打开“声控灯-0.sb3”文件,设计响声时房间灯亮、再次响声时房间灯灭的程序,依据流程图编写声控灯程序(如图1)
  ①学生编写程序,教师巡查。
  ②教师及时提示学生在编程中出现的常见问题
  ③效果测试。
  师:编好程序后做响声测试,在测试中发现什么问题?
  生:一次拍手后舞台背景闪烁,响声计数一次增加多位,响声结束后灯的状态不确定。
  设计意图:让学生试错,发现实际问题,思考解决方法。
  (4)声控开关抖动问题及处理
  提问:为什么一次响声后,舞台背景闪烁,响声计数一次增加多位,声音消失后灯光状态不确定?
  设计意图:对初学者来说,没有设计硬件开关程序的经验,此问题需要教师进行详细分析。
  分析:视频播放一次拍手的响度时间图,指出一次拍手过程响声有一定时长,大于设定的响度值的声音也有一定时长,在这段时间内, 循环体执行了多少次呢?
  教师活动:在流程图上作图,解释在这段时间内开关灯动作执行了多次的过程。
  学生活动:理解造成一次响声多次执行开关灯动作的原因。
  师:如何解决一次拍手引起多次开关灯动作的问题?(引导回答:每次开灯/关灯动作后,要等待一段时间,等声音“完全消失”才进行下一次开关灯的声音检测)
  学生上台演示,给出等待(延时)模块放入位置。
  设计意图:重点帮助学生理解通过在适当位置加入等待模块,可消除开关过程中的抖动现象。
  (5)任务二:改进程序,設计更稳定的声控灯
  ①通过刚才的分析可知,可以在开关灯动作后加入延时来处理开灯过程中的抖动现象,但有时响声过长,不知道设延时时音多长该如何处理?提示:有没有办法做个等待,声音高时一直停在原地等待,直到声音变小才退出等待?引入直到型循环的处理过程:重复检测响度值,直到响度小于设定的“声音消失”时响度值。
  ②参考程序如图2所示。(将等待声音消失的直到型循环加入原程序)
  设计意图:用直到型循环代替普通等待模块,可以适应不同长度的响声情况,这是本节的重点和难点。
  ③师:测试程序,制造一些声音,不管声音长短,舞台灯光都可以在声音的控制下稳定地开关了吗?如果可以,说明你的程序设计已经达到任务要求,较好地消除了声音开关抖动现象,实现了软件防抖。
  ④接下来,可在程序中加入硬件模块(Micro:bit),通过响声同时实现对硬件灯光控制(如图3)。
  设计意图:在软件成功的基础上,加入硬件模块,可以降低程序调试的难度,方便找出问题。
  ⑤学生在程序中加入Micro:bit图案显示,测试真实场景下响声开关效果。
  ⑥教师巡查展示学生作品,同时提示:现在同学们已做出具有两种功能的声控灯,还可以继续设计,做出更多效果、更多功能的声控灯,如颜色、亮度等效果变化等。有兴趣的同学可以继续尝试。
  设计意图:鼓励学有余力的学生进行扩展和创作,基础一般的学生完成两种状态切换的声控灯即可。
  3.课堂总结
  这节课学习了只用声音传感器实现多种灯光功能控制,在这个过程中,状态变量的引入起了关键作用,根据状态变量的不同值,可设计出不同灯光效果。进一步实验发现,声控灯在开关灯时会出现抖动现象,这是由于声音和机器的特点造成的(在其他类型的开关上也存在这个问题,如按钮),但可以通过软件防抖技巧来处理,使用直到型循环就是一种常见的消抖方法。
  4.课后任务
  ①在家完成一个多功能声控灯程序,上传测试视频。
  ②思考响声次数的状态变量之间的数学关系,进一步优化程序。
  ③可以采购硬件,利用简单事物,做出创意作品。
  ● 教学反思
  本课作为一节信息技术研讨课,旨在研究和探讨如何使用身边的软件和器材更新教材内容,上好智能机器设计与制作课。学生经历了新冠疫情期间的网课学习,已具备一定的网络学习能力,所以笔者可以充分利用网课平台继续开展线上教学。因此,课前笔者准备和制作了学习资料,通过雨课堂平台下发任务,让学生在家先进行自主学习,将学习延伸到课外。另外,在学习器材的选择上,不局限于教材使用的软硬件,引入了流行的开源硬件,根据教学内容对课堂内容进行了重新设计,既保留了原有的知识点,又能让每个学生用实物进行操作,体验真实效果,提升了学习兴趣。课堂上重点讲解智能设备工作特点、遇到问题的处理方法、软硬件的编程调试,展示更多功能,扩展程序思路,让学生体会智能设备编程的魅力。在课堂上,使用了随机点名、学案教学、绘制流程,交互白板操作、手机投屏、小组协作、共同测试等方式,活跃了教学气氛,激发了学生兴趣。经课后反馈可知,很多学生完成了自己的创意设计,利用声音或按钮作为开关,实现多功能软硬件控制。
  本课需要完善的地方在于:教学环节的设计需要更加精简和连贯,注意内容的取舍,不要面面俱到;语言表达还可以更精练;课堂时间的把控需要加强,应花更多的时间来扩展学生思路,指导学生编程和纠错。
  点评
  新冠疫情改变了信息技术课常在计算机室上课的模式,如何在新形势下上好信息技术课?潘老师做了很好的示范:①录微课,做翻转。将本节课要学的知识点以微课的形式提前录制下来,用线上平台推送给学生,让学生对新课的内容有所准备。②利用学案,任务驱动教学。目标明确,环环相扣,层层推进。③课堂上着重讲解本节课的重难点,加深学生对重难点的理解。④实验操作与演示,利用现有器材,以2人小组为单位,让每个学生都参与操作和实践,在真实环境中发现问题和解决问题。⑤利用教学平台布置课后任务,教师线上批改加课堂点评,将学习延伸到课外,弥补信息课教学时间的不足,选拔优秀的学生苗子。
  在信息技术课上,如何调动学生的积极性是一个需要关注的问题,教师可在上课前展示与本节课有关的小程序或者小活动,以此来调动学生的积极性,让他们对本节课的学习更感兴趣。