《智能環(huán)保垃圾桶的設(shè)計(jì)與制作》教學(xué)案例

案例背景

本案例旨在通過(guò)信息科技與勞動(dòng)教育的融合，提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力、創(chuàng)新思維能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，培養(yǎng)學(xué)生的勞動(dòng)精神和科技素養(yǎng)。智能環(huán)保垃圾桶有以下優(yōu)勢(shì)：①在實(shí)行垃圾分類的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的環(huán)保教育。②耗電低，密封性好，能夠智能識(shí)別垃圾并進(jìn)行分類處理。③工作原理簡(jiǎn)單，選擇微電腦控制芯片，感應(yīng)探測(cè)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置。

案例分析及預(yù)設(shè)

項(xiàng)目主題：智能環(huán)保垃圾桶的設(shè)計(jì)與制作。

項(xiàng)目啟動(dòng)與團(tuán)隊(duì)組建：學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目主題，自愿組建跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，其中包括信息科技組、設(shè)計(jì)組、手工制作組等。教師提供必要的指導(dǎo)和支持，協(xié)助學(xué)生明確項(xiàng)目目標(biāo)和任務(wù)分工。

調(diào)研與方案設(shè)計(jì)：學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)研智能垃圾桶的發(fā)展現(xiàn)狀和市場(chǎng)需求狀況。

①智能垃圾桶的優(yōu)勢(shì)。不僅能提高垃圾分類的準(zhǔn)確性，提升處理的效率，而且節(jié)能環(huán)保，在監(jiān)控管理上也具有極大的優(yōu)勢(shì)；還可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸給環(huán)衛(wèi)部門，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

②智能垃圾桶的應(yīng)用場(chǎng)景及好處。居民區(qū)：設(shè)置智能垃圾桶，可以提高居民對(duì)垃圾分類的認(rèn)識(shí)和積極性。商業(yè)區(qū)：人流量大，垃圾產(chǎn)生量也相對(duì)較多。引入智能垃圾桶可以提高商業(yè)區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生水平，同時(shí)也可以提高顧客對(duì)商業(yè)區(qū)的評(píng)價(jià)和滿意度。學(xué)校：引入智能垃圾桶可以幫助學(xué)生養(yǎng)成垃圾分類的好習(xí)慣，提高環(huán)保意識(shí)。公園、廣場(chǎng)等公共場(chǎng)所：引入智能垃圾桶可以方便游客進(jìn)行垃圾投放，提高公共場(chǎng)所的環(huán)境衛(wèi)生水平。學(xué)生結(jié)合調(diào)研結(jié)果，設(shè)計(jì)智能垃圾桶的功能和外觀，并制訂詳細(xì)的制作方案。

技術(shù)學(xué)習(xí)與材料準(zhǔn)備：信息科技組學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)設(shè)備的連線和編程，準(zhǔn)備Arduino Uno主控板、Uno擴(kuò)展板、超聲波傳感器、舵機(jī)、RGB全彩LED模塊、電池。手工制作組學(xué)生準(zhǔn)備制作垃圾桶所需的材料和工具，包括美工刀、合頁(yè)、廢舊紙殼、鋼尺、熱熔膠等。

動(dòng)手制作與調(diào)試：學(xué)生按照制作方案，分工合作，動(dòng)手制作智能垃圾桶的各部分組件。手工制作組：

①把垃圾桶設(shè)計(jì)成正方體。②取廢紙板并裁成6個(gè)小正方形。③把其中的5個(gè)小正方形用熱熔膠熱熔在一起。④制作垃圾桶蓋，將蓋子用合頁(yè)與垃圾桶體熱熔在一起。⑤在垃圾桶側(cè)面用美工刀挖兩個(gè)放超聲波傳感器的洞。信息科技組：負(fù)責(zé)編程和電路連接，實(shí)現(xiàn)垃圾桶的智能化功能。

成果展示與評(píng)價(jià)：學(xué)生展示制作完成的智能環(huán)保垃圾桶，并通過(guò)自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，對(duì)作品進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋。

案例實(shí)施

1.學(xué)情分析

學(xué)生通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了超聲波傳感器的工作原理和舵機(jī)的工作方式，有了一定的連線和編程基礎(chǔ)。

2.教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)設(shè)計(jì)智能垃圾桶的功能和外觀，參與制訂詳細(xì)的制作方案，培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮W(xué)態(tài)度。

3.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

垃圾桶的設(shè)計(jì)、制作，連線和編程。

4.教學(xué)準(zhǔn)備

壁紙刀、鋼尺、熱容器、熱熔膠、Arduino Uno主控板、Uno擴(kuò)展板、超聲波傳感器、舵機(jī)、RGB全彩LED模塊、電池。

5.課時(shí)安排

1課時(shí)。

6.教學(xué)過(guò)程

（1）激趣導(dǎo)入

①教師播放PPT，介紹垃圾桶的作用及分類。

師：垃圾桶一般有藍(lán)、紅、綠、灰等顏色。藍(lán)色的是可回收垃圾桶，用來(lái)投放被回收利用的各種垃圾。紅色的是有毒有害垃圾桶，用來(lái)投放各種有毒有害的重金屬或其他有毒物質(zhì)。綠色的是廚余垃圾桶，存放廚房生產(chǎn)出來(lái)的垃圾?；疑氖瞧渌埃娣乓陨蠋追N垃圾之外的其他垃圾。

②教師引導(dǎo)學(xué)生討論有毒有害垃圾的分類和處理方式。

師：有毒有害的垃圾有哪些？

生：廢舊電池、燈管、燈泡、油漆桶以及一些過(guò)期化學(xué)品，如化妝品、藥品等都屬于有毒有害垃圾。

師：這些有毒有害垃圾對(duì)人體和環(huán)境都有傷害，我們能夠直接用手或身體接觸嗎？

生：不能。

師：所以，我們需要開動(dòng)腦筋，設(shè)計(jì)制作智能垃圾桶，防止有毒有害垃圾對(duì)人體和環(huán)境造成傷害。

（2）操作學(xué)習(xí)

師：首先用硬紙板手工制作垃圾桶，再把設(shè)備進(jìn)行連線，最后進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)我們想要的功能。（向?qū)W生展示已制作好的垃圾桶）制作垃圾桶的基本步驟是先準(zhǔn)備原材料，再設(shè)計(jì)制作方案。同學(xué)們可以使用不同的方法來(lái)制作一個(gè)長(zhǎng)方體的垃圾桶。

生1：可以利用長(zhǎng)方體的性質(zhì)——對(duì)面面積相等，先裁剪3組面積相等的長(zhǎng)方形，再用熱熔膠結(jié)合，最后桶蓋用合頁(yè)結(jié)合。

生2：可以裁剪6個(gè)面積相等的長(zhǎng)方形，然后再用熱熔膠結(jié)合，最后桶蓋用合頁(yè)結(jié)合。

生3：可以利用紙板，計(jì)算好桶的周長(zhǎng)，只熱熔一條邊，最后把底熱熔上即可。

師：這三種方案都可以，哪種最簡(jiǎn)便？（生回答）那就開始吧。

學(xué)生按照教師的要求進(jìn)行連線，連接完畢后將相應(yīng)的硬件固定在垃圾桶內(nèi)。（硬件包括Arduino Uno主控板、Uno擴(kuò)展板、超聲波傳感器、舵機(jī)、RGB全彩LED模塊）

師：連好線它們就可以工作了嗎？還得做哪一部工作？為什么？

生：還得編程，讓程序指揮垃圾桶工作。

師：怎么編程呢？是什么原理呢？

生：利用超聲波傳感器的原理，當(dāng)垃圾靠近超聲波傳感器時(shí)，傳感器感應(yīng)到后觸發(fā)舵機(jī)，打開垃圾桶蓋子，放入垃圾就可以了。

（3）編程設(shè)計(jì)提示

師：當(dāng)物體靠近超聲波傳感器時(shí)，它會(huì)感應(yīng)到，那么，靠近多少它才能感應(yīng)到呢？

生：我們可以設(shè)定一個(gè)數(shù)值，如10。

師：為什么是10？0可不可以？100呢？

生：0不可以，就碰著傳感器了，100太遠(yuǎn)了，人從大老遠(yuǎn)經(jīng)過(guò)就感應(yīng)了，垃圾桶會(huì)經(jīng)常開。

師：很好！有了這個(gè)數(shù)值，就有標(biāo)準(zhǔn)了。那么，垃圾桶蓋張開的角度根據(jù)實(shí)際情況也應(yīng)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

生：90度。

師：既然編程的流程步驟清楚，標(biāo)準(zhǔn)也明確，各小組就開始行動(dòng)吧。

（4）展示評(píng)價(jià)

①展示：學(xué)生展示制作完成的智能環(huán)保垃圾桶，并介紹其功能和特點(diǎn)。②評(píng)價(jià)：通過(guò)自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋。學(xué)生根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行反思和改進(jìn)，優(yōu)化垃圾桶的設(shè)計(jì)和功能。

（5）拓展延伸

①引導(dǎo)學(xué)生回顧本次教學(xué)內(nèi)容，復(fù)述垃圾桶的作用、分類以及垃圾桶的制作、連線和編程來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。②鼓勵(lì)學(xué)生積極參與智能設(shè)備的制作與改良。

效果與反思

通過(guò)本案例，學(xué)生不僅掌握了信息科技和勞動(dòng)技能，還培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力。具體效果如下：①提升了實(shí)踐操作能力。學(xué)生在動(dòng)手制作智能垃圾桶的過(guò)程中，提高了實(shí)踐操作能力，學(xué)會(huì)了如何將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中。②培養(yǎng)了創(chuàng)新思維能力。學(xué)生在設(shè)計(jì)智能垃圾桶的過(guò)程中，充分發(fā)揮了想象力和創(chuàng)造力，提出了新穎的設(shè)計(jì)方案和功能實(shí)現(xiàn)方式。③增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作能力。學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中學(xué)會(huì)了分工合作、溝通協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作能力。④培養(yǎng)了勞動(dòng)精神和科技素養(yǎng)。通過(guò)勞動(dòng)實(shí)踐，學(xué)生更加珍惜勞動(dòng)成果，培養(yǎng)了勞動(dòng)精神。同時(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用信息科技的過(guò)程中，提高了自己的科技素養(yǎng)。

本案例將信息科技和勞動(dòng)教育相結(jié)合，通過(guò)“智能環(huán)保垃圾桶的設(shè)計(jì)與制作”項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，取得了良好的教學(xué)效果。這種融合創(chuàng)新的教學(xué)方式不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，還提高了他們的綜合素質(zhì)和能力水平。在未來(lái)的教育實(shí)踐中，筆者將繼續(xù)探索信息科技與勞動(dòng)教育的深度融合，為培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才貢獻(xiàn)力量。

點(diǎn) 評(píng)

該教學(xué)案例將信息科技與勞動(dòng)教育很好地進(jìn)行了融合，在日常生活勞動(dòng)主題中得出了信息科技主題，在信息科技項(xiàng)目創(chuàng)造制作中實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)素養(yǎng)與科技素養(yǎng)的并進(jìn)發(fā)展。總結(jié)起來(lái)，該教學(xué)案例具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，是融合非輔助。信息科技在與其他學(xué)科融合時(shí)很容易陷入的一個(gè)誤區(qū)，那就是成為其他學(xué)科活動(dòng)的技術(shù)支撐，這在整體教學(xué)活動(dòng)中看似有信息科技的痕跡，但信息科技所起的作用只是輔助而已，而本教學(xué)案例在信息科技與勞動(dòng)教育融合中實(shí)現(xiàn)了信息科技素養(yǎng)與勞動(dòng)素養(yǎng)的共同發(fā)展，而非只是勞動(dòng)素養(yǎng)的發(fā)展。第二，是創(chuàng)造非講練。信息科技學(xué)科不能沿用以往的講練結(jié)合的技能訓(xùn)練模式，而應(yīng)讓學(xué)生在理解、設(shè)計(jì)和建造一個(gè)新系統(tǒng)的創(chuàng)造性過(guò)程中進(jìn)行學(xué)習(xí)，這樣才能真正地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。在該教學(xué)案例中，學(xué)生在設(shè)計(jì)智能垃圾桶的過(guò)程中充分發(fā)揮了自己的想象力和創(chuàng)造力，提出了新穎的設(shè)計(jì)方案和功能實(shí)現(xiàn)方式，從而實(shí)現(xiàn)了信息科技素養(yǎng)與勞動(dòng)素養(yǎng)的進(jìn)階發(fā)展。第三，是生本非師本。該教學(xué)案例不是以教師為中心，圍繞講授開展教學(xué)活動(dòng)，而是以學(xué)生為中心，圍繞學(xué)生的素養(yǎng)培養(yǎng)而設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生在真實(shí)的勞動(dòng)教育主題項(xiàng)目完成過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)信息科技素養(yǎng)與勞動(dòng)素養(yǎng)的并進(jìn)發(fā)展。綜上所述，該教學(xué)符合當(dāng)前基礎(chǔ)教育課程改革發(fā)展趨勢(shì)，契合了當(dāng)前學(xué)科融合教學(xué)理念，是一個(gè)較好的信息科技與勞動(dòng)教育融合的教學(xué)案例。