#赛事案例分享#第一届掌控板教学应用设计大赛--给植物一个温暖的家--植物生长室

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本文摘自第一届掌控板教学应用设计大赛-教学设计类一等奖《给植物一个温暖的家--植物生长室》，作者：林世向

给植物一个温暖的家--植物生长室

【项目背景】

随着科技的发展，电子设备已离不开我们的生活，很多人会在家里或办公室种植一些花花草草以净化空气。

但是很多养花的人会因为出差、旅游或者一些其他的原因，不能及时照料它们，短时间可能会影响其正常生长，长时间甚至会死亡。

基于上述情况，设计了“给植物一个温暖的家”这么一个PBL项目，面向小学五年级已入门编程的学生，通过本次项目的探究学习，激发学生思考和学习，提升发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力，能用创新的方法科学有效的解决生活中的实际问题，提高动手操作能力和编程能力。

【项目简介】

【核心知识与能力】

知识与技能：

1、了解植物的生长条件

2、认识生活中常见的工具并知道其使用方法

3、掌握编程语句的三大结构：顺序结构、循环结构和分支结构

4、学会使用Mind+的上传模式，独立地或协作地（如:结对编程）完成任务，包括顺序，事件，循环，条件，并行、变量和函数

4、学会掌控板、各种传感器（如：土壤湿度传感器、温湿度传感器、水滴传感器、光线传感器）和执行器（舵机、电机、LED、蜂鸣器）的使用，采用协助地方式完成项目的制作

5、了解激光切割机的切割原理

过程与方法：

1、应用协作策略（如Yes And、结对编程、同理心地图）以支持项目设计周期内的问题解决，

2、使用PBL工具（韦恩图、画廊漫步、气泡图等）进行碰撞，创建外观草图，结构设计图，流程图，伪代码等来支持项目设计和迭代

3、独立地或在协作小组中将较大的问题分解为较小的子问题，尝试模拟计算机系统的工作方式去设计项目（仅包括计算机系统的基本元素，例如输入，输出，处理器，传感器和存储）

4、项目设计中实现多学科交叉融合

情感态度与价值观：

1、当作品的设计想法借用或改编自其他人的作品时，请使用适当的引述和文档加以说明（例如：使用他人创建的图片、音乐、代码改编）

2、培养包容的计算文化，如寻求并比较不同角度、同步或异步，以改进项目

【项目实施】

一、 项目导入活动

孩子们分享家庭里每一个成员的角色分工，说说是谁在生活中照顾了自己，总结出自己能够健康成长所需要的条件，迁移到植物想要健康成长，又是谁来“照顾”它们的呢

二、项目实施过程

第一阶段：是谁在照顾植物，帮助它健康成长的？（2课时）

【阶段目标】

了解植物生长所需的条件；能倾听不同的观点意见，并主动学习相关资料，帮助团队成员解决问题和处理冲突，达成共识，得出结论；会使用韦恩图和气泡图

【阶段内容】

1、 课前准备的实验： 教师提前将小葱/豆芽种在不同的环境中：

A 栽种在土里

B 放在土上

C 裹上湿纸巾

D 罩在黑色袋子里

E 随便放在办公室一角的地上

2、学生分组讨论： 我们要健康成长需要什么？ 通过讨论结果延伸到， 那植物生长所需与我们是否一样？ 完成韦恩图。 【项目工具 1： 韦恩图】

3、用画廊漫步的方式， 让学生分小组观察实验结果，讨论并进行图文记录。（若条件许可， 可将不同环境中小葱，在7天当中的变化，用视频方式提前记录下来，学生可以回看以进一步观察）。【项目工具 2： 画廊漫步】

4、小组讨论后， 派代表分享观察结果，在教师的引导下得出小葱/豆芽生长所需要的条件。 【项目工具 3： 气泡图】

5、通过小葱/豆芽实验，配合图片，学生能更加直观了解大部分植物生长所需要的

条件： 阳光、 空气、 水、 土壤。

观看视频进行总结和测验

【工具】：

老师在以下网址进行绘制，导入模板，编辑文字，截图就可以生成

https://www.canva.cn/

测试表：

第二阶段：植物需要一个家吗？（1课时）

【阶段目标】

认识生活中不同的室内植物，知道室内植物的重要性；了解室内植物的生存处境与环境变化对植物的影响；能进行组内分工；能使用适当的术语讲述观察结论，并与同学交流、讨论。

【阶段内容】

1、观看视频和图片，学生描述四季气温状况，以及所看到植物的状态。

2、小组分工，用图文形式分别绘出植物在四季中的状态。【项目工具4：植物四季图】

3、观察记录生活中室内植物的生存处境

4、头脑风暴：怎么能24小时全方位的照料室内植物？——用气泡图，归纳总结孩子们各种使照料植物的方法，引导出“给植物一个温暖的家”

【工具】

第三阶段：给植物的温暖的家是什么样的？（1课时）

【阶段目标】

知道生长室的特点和功能，并能找到对应的传感器和执行器来完成功能；在讨论前，会学习相关资料，并在讨论时，利用这些资料提出创意；能认真倾听他人意见，并清晰地表达自己的观点。

【阶段内容】

1、学生完成器件-编号表的填写 ，查找掌控板相关资料【项目工具4：互联网】

2、观看视频，认识传感器、执行器、主控；教师分发硬件套件，学生按传感器、执行器、主控进行分类

3、生长室是什么？ 根据上节课头脑风暴的结果，并让学生用“Yes, and…” 的方式说一说， 自己想象中能自动根据环境情况照顾植物的生长室长是什么样的？ 需要使用什么传感器和执行器来完成任务？【项目工具5 ： Yes, and…】

4、 头脑风暴： 搭建一个生长室， 我们需要有哪些资源？（如： 需要材料、 工具、 设计图……）

【工具】

器件-编号表：

分类表：

第四阶段：我们怎么给植物搭建温暖的家？（6课时）

【阶段目标】

能够进行功能分解与实现方案规划；能够完成外观草图设计，并根据设计图选出合适搭建成长室的材料和工具；能够发现他人作品中的亮点，也能向他人提出对其有帮助的反馈；能按时完成项目工作；能利用他人的反馈来改进自己的工作。

【阶段内容】

1、对项目进行功能分解，并选择相应器件完成功能设计；【项目工具 气泡图】

2、梳理子功能编程思路，采用PPT绘制电路连线图；【项目工具6 ：编程思路梳理表】

3、根据组内成员优势，进行组内分工，分为硬件搭建、软件编写和过程记录；通过Mind+实现子功能的编程；

4、按照外观草图设计要求，画出自己想要生长室的设计图1.0版。组内分享，作者说说自己的设计思路，组员找出其设计中的一个优点，同时提出一条建议。综合考虑其他同学所给的意见，完成个人设计图2.0版。【项目工具7 外观草图设计要求】

5、小组内进行讨论，对最终的设计图达成共识。可以选择采用其中一人的设计图，也可以选取两张设计图中的优点，绘制设计图3.0版

6、根据设计图，选择所需的器件与材料，并说出理由。同时再设计图上的不同结构处添加器件与材料，完成设计图4.0版

7、打开工具箱，认识各种常见工具，能用准确的术语描述工具和要完成的任务。

【工具】

功能分解：

编程思路梳理表：

外观草图设计要求：

过程记录表：

第五阶段：我们一起动手搭建温暖的家吧！（2课时）

【阶段目标】

在项目制作过程中，能对过程、方法和结果进行反思、评价与改进；能创建一个详细的任务列表，该列表将项目工作公平地分配给团队成员；能制定时间表，并跟进目标的完成和进展情况，以确保在截止日期之前完成工作；能利用好时间并主持好会议，有条理地保存材料，草稿和笔记。

【阶段内容】

1、按此前的外观设计图、编程思路梳理表、电路连线图、过程记录表进行组内职责分工，制定任务表和时间表。

2、了解激光切割机的工作原理。

3、记录好过程中遇到的问题，进行反思复盘，并进行调试验证，对项目进行迭代。

第六阶段：成果展——我制作的温暖的家合格吗？（2课时）

【阶段目标】

对植物的生长条件有更清晰的认识；能使用适当的术语、清晰的、有逻辑的描述生长室的工作原理；能进行合理的角色分工，并完成成果展

【阶段内容】

1、找几个养花的朋友体验一下生长室，看看能不能满足需求，让体验过的人完成下面的问卷表

2、根据问卷反馈，对项目进行最终的迭代

3、布置成果展，对来访者进行解说和答疑

【工具】

小组分工表：

问卷调查表：

【项目总结】

【功能实现】

【初始化设置】

【滴灌系统】

通过土壤湿度传感器实时采集植物的土壤湿度情况，并把数据发送到掌控板上，如果需要浇水，水池里的水泵就会将水池里的水抽出来滴灌植物，水泵的水管放置在顶部，这样能够用滴灌的形式浇水，更加节省水资源。

【光照系统】

为了让植物有更加充足的光照，通过光线传感器实时监测周围环境的光亮度，并把数据发送到掌控板上，当环境的光照不满足植物的需求时，会打开LED对植物进行补光，让植物更加茁壮成长

【通风系统】

在墙壁上有一个温湿度传感器，它的作用是检测当前环境的温度和湿度，当温度或湿度高于一定值，风扇会启动同时窗户也会打开，对生长室进行通风。

【储水系统】

通过蓄水池来完成水的收集，经过问卷调查的反馈，给蓄水池增加了盖子，通过水滴传感器实时监测是否下雨，并把数据发送到掌控板上，如果有下雨，掌控板告诉舵机打开盖子，来完成水的收集。

【信息采集系统】

把收集到的土壤湿度，周围光强度，环境的温度和湿度，显示在OLED显示屏上，能够让人更加方便的知道植物所处的环境。

【主程序】

【功能演示】

https://www.bilibili.com/video/BV1Qg4y1z7un

【参考文献】

《哈佛创意计算》

《PBL行动者手册》  PBL 行动者团队/著

《CSTA K–12 CS Standard 》