《多功能声控灯》教学设计

潘冬云

● 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。

（点评人：广东省深圳市宝安区初中信息技术兼职教研员 李佳琦）