《智慧停车场道闸系统——自动感应停车杆》教学设计
整个教学活动是基于PBL教学模式进行设计的，按照教学的“六步法”即为结构进行内容的填充。《智慧停车场道闸系统——自动感应停车杆》的教学过程主要包括情景导入，明确任务、搜集资料，制定方案、自主协作，具体实施、点拨引导，过程检查、展示成果，修正完善和评估监测，拓展升华六个基本环节。每一个环节都是以学生活动为主，教师活动为主导的思想进行设计的，环环相扣，层层递进完成教学任务，通过探究真实的、复杂的问题，从中获得知识和技能。
本项目将这种传统的艺术形式融入到科技的力量中，利用计算机编程和Arduino控制板以及舵机、传感器、LED灯等常见的电子元件，并结合STEAM教育中的各种不同元素，使同学们制作出了新形态的科学艺术品。
基本信息
姓 名 王贤丽 学 校 西安高新区第十初级中学
学 科 信息 年 级 八年级
学习领域/模块 STEAM/人工智能
课时教学设计
课题 智慧停车场道闸系统——自动感应停车杆
课型 新授课 章/单元复习课 专题复习课□ 习题/试卷讲评课 学科实践活动课 其他□
学习者分析 学生初步知道人工智能的各大技术。 学生已经掌握Mind+的基本用法，包含运动模块、外观模块、逻辑模块等等。 学生具备一定的逻辑推理能力，知识迁移能力，对人工智能的技术有较强的学习兴趣。
学习目标确定 通过情景动画视频导入，激发学生的学习兴趣。 通过演示制作案例，帮助学生理解传感技术的核心原理。 通过完成作品案例，体验现代信息技术的不同应用。
学习重点难点 教学重点：1.理解红外避障传感器、舵机的基本原理和技术； 2.掌握Arduino uno开发板的物理连接，以Arduino开源硬件中的舵机作为核心，充分发挥了其角度可以由编程控制的功能； 3.学会利用Mind+软件循环、选择语句； 教学难点：1.能够阐述自动感应停车杆的基本制作步骤； 2.灵活运用Mind+软件完成案例的制作。
教学方法：项目学习法、小组讨论法
学习活动设计 教师活动学生活动环节一：情景导入，明确任务教师活动1 播放“小小观察员”视频，了解到如今越来越多的停车场出现道闸系统的身影，不仅智能化程度越来越高，也给人们的生活带来了便捷。在西安高新区新建学校中还是存在停车难问题。引出本节课主题制作《智慧停车场道闸系统——自动感应停车杆》。学生活动1 观看视频，联系现实生活，发现校园门口每进一辆车都需要门卫师傅通过自身拉开或遥控的方式打开推拉门这造成了极大地麻烦，明白此次项目的重要性。 活动意图说明： 通过视频吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，导入本节课的内容。环节二：硬件学习，掌握原理教师活动2 在这个项目中，我们将利用Arduino开源硬件与Mind+软件结合，设计一款可交互的停车场道闸系统——自动感应停车杆，从而可以实现入口无人化管理，提高管理效率降低人工成本。 观察并思考动态图片中自动感应停车杆的工作过程是什么样的？ 教师说明：一个简单自动控制的装置，通常会有三个元素，输入、控制和输出。类似学过的计算机对信息处理的过程：输入设备来搜集信号，控制器对接收到的信号进行处理，最后再由输出设备输出信号。 在创客项目中，问题谁做感应？谁控制？谁反应？ 一、传感器 （1）传感器定义、分类。 传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。类比人体器官，比如:热敏传感器类似我们的皮肤,颜色识别传感器就是我们眼睛帮助我们辨别物体表面的颜色，声敏传感器就是我们的嘴巴发出声音，化学传感器是对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器等。 问题：那请同学想想感应车辆是否经过，我们需要哪一类的传感器？ （2）红外避障传感器 （型号：E18-D80NK） 它又叫接近开关、红外开关、光电开关；输入电压：5V DC（直流电） ；测量范围：3-80cm（可调） 引脚接线： 棕色VCC- +5V；蓝色GND-地； 黑色OUT-信号 教师播放其工作原理视频。 靠近灯亮，输出低电平0 移开灯灭，输出高电平1 二、执行器 （1）定义 如何使物体能够将需要的信息传达出来，就需要执行器。最常见的是“动”好比人的动作，有了电机才能让东西“ 动”起来。其他的还有“声音”，“光”如led灯表现形式，蜂鸣器和喇叭就可以实现声音的输出。 问题：在这个项目中请同学思考我们所需要的是什么样的执行器？ （2）舵机 （型号：Micro seveo 9g） 定义：又称伺服电机，是一种可以指定控制位置（角度）的电机，舵机控制很简单适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。 本节中使用的是 180°舵机。 引脚连线： 棕色地 GND 红色VCC +5v 橙色信号 引脚9 教师播放舵机的控制原理视频 布置小组任务一： 合作完成《智慧停车场道闸系统——自动感应停车杆》项目实施表前三点，并通过USB连接线将Arduino主板和电脑连接，完成物理接线。学生活动2 聆听、学习、思考 生答：检测、抬杆、等待、降杆... 回顾初一所学计算机处理信息的过程，联系创客项目中感应、处理、反应所需元件。 聆听、学习 思考问题感应车辆是否经过，我们需要哪一类的传感器？ 生答：射线类传感器，测距。 学习红外避障传感器的特征、连线方式 观看、学习红外避障开关工作原理视频 聆听、学习 思考并回答：能动的电机。 学习舵机的特征、连线方式 观看、学习舵机的控制原理视频 小组合作填写《智慧停车场道闸系统——自动感应停车杆》项目实施表前三点，并完成物理接线。活动意图说明 学习传感器、执行器的定义及其分类； 了解红外避障开关的特征及其工作原理； 了解舵机的特征及其控制原理； 通过小组任务1测试学生学习硬件连接掌握情况。环节三：程序设计，逻辑带入教的活动3 请用逻辑化语言描述红外避障开关与舵机运作的关系？ 如果红外避障传感器发出低电平信号0， 那么舵机带动升降杆旋转90度并保持当前状态2秒。（填空）有车靠近 否则，舵机带动升降杆在自动校准到0度。没车靠近 教师演示：打开Mind+软件编写程序代码。 （1）点击左下角“扩展”，进入后选择主控板——Arduino UNO （2）点击“执行器”，选择——舵机模块 布置小组任务二： 合作完成编写代码，并上传程序进行调试。 教师巡视提供帮助，并随时记录各个小组的问题。学的活动3 学生回答问题：用语言描述红外避障开关与舵机运作的关系 如果...那么...否则...（填空） 学生观看老师的程序演示操作。 小组合作完成编写代码，并上传程序进行调试。活动意图说明 教师演示代码操作，让学生直观学习编程过程，掌握逻辑结构，培养学生的逻辑思维能力。 在这一过程中，小组学生分析题目，根据自动感应停车杆的过程原理梳理程序的逻辑，借助图形化编程软件进行编程，从而实现项目效果。环节四：外观构造，场景搭建教的活动4 外观构造示例 所需元件： 播放视频：观看教师基础制作视频给学生提供搭建帮助。 布置小组任务三 合作完成：硬件组装，并完成模型场景设计。 教师巡视提供帮助，记录优秀小组。学的活动4 学生观看并学习基础制作视频 小组合作完成硬件组装，并创造性完成高新十初停车场模型设计。 活动意图说明 外观构建培养学生的动手制作能力和创造力，提高学生的参与感。环节五：评估监测，拓展升华教的活动5 教师评价+学生小组推送的方式评选最佳实力组和最佳创意组，并颁奖。 思考：利用红外开关和舵机的运动装置生活中还有哪些应用？举例说明。 总结、升华主题： 在本次制作智慧停车场项目中，是单一智能的体现，我们可以连接物联网加入：车牌识别、车辆智能化管理等功能，使学校的停车场更具智能化，期待同学们后期项目的改善。学的活动5 小组填写评价表，并描述自己的作品（优点：创意点、设计；不足及改善的地方） 生答：感应门、自动感应洗手液、婴儿摇椅、无线车载充电器活动意图说明 1.通过教师评价与学生评价相结合的形式，推出优秀小组，从而能够激发学生的学习积极性； 2.思考同类型的生活应用，开发学生的发散思维，结合生活实际，让学生可以更直接的体验物联网技术，感受人工智能。
板书设计 智慧停车场道闸系统 ——自动感应停车杆 硬件学习 红外避障开关、舵机 程序设计 如果...那么...否则... 外观构造
教学反思与改进
