【教育教学】物联网课程活动设计

物联网课程活动设计

——打造一家24h无人超市

无锡市侨谊实验中学 杨贤

在以素质教育为大背景的教育改革中，提出如何减负增效的问题。笔者以为要提升教学质量，实现减负增效，促进学校内涵发展，走向以学生发展为本的学校新教育哲学观，这与当前创客教育理念不谋而合。学校鼓励教师创造适合学生的教育，让学生“做最好的自己”，提供满足学生个体差异性发展需求的教育资源作为学校发展的方向。未来世界变化的速度越来越快，未来的景象会是怎样？科技将在人类社会中扮演越来越关键的角色，未来世界将会超出常人的想象。引导学生关注前沿科技，关注社会的发展，打开眼界，增长知识，这将有助于培养学生将来能够沿着正确的方向先行出发。随着人工智能，大数据，物联网技术的发展，越来越多的无人技术应用于生活，我们开展了利用物联网技术来研究”打造一家24h无人超市”的项目活动。

一、 以学生小品的形式情景引入，提出项目问题

如何将不同学生关注的问题引入课堂？设计富有启发性的体验活动？这些问题是我开展这堂课前一直在思考的。将大家提出的超市问题编成一个简短的小品，通过表演的形式阐述目前无人超市存在的问题。这种形式极大的增加了学生的参与热情和关注度，学生处于轻松、生动、开放的学习环境中引燃互动火花。

例1：无人超市小品剧

学生自编自导自演小品，主要演绎顾客体验无人超市购物遇到的一些问题，如：着急的顾客，想要快速找到一杯无糖饮料；无人超市空间小、商品种类少；小偷有机可乘；70岁的老人不会用智能手机，无法体验无人超市；老板发愁无人超市生意不加。

二、 以项目驱动设计方案流程，体现工程思想

工程设计是一种综合性很强的能力，如何进行工程设计，需要经历工程师们必经的过程。我让每个学生都来体验工程师这一职业，先明确顾客商家需要解决的问题，掌握必要的信息，学生们就能开动脑筋进行头脑风暴尽可能的提出一些解决问题的方法。在经过头脑风暴之后，选择一种最好的解决方案，然后用信息丰富这个方案。最后将方案设计简单的画出来。在做方案的过程中，要关注建造过程中可能会出现问题，想到方法去解决问题。最后一步就是打造无人超市的模型，这只是一个雏形，此时需要关注的是还有哪些方面需要进一步完善，搜集信息进一步完善自己的设计方案。

例2：设计方案流程图

师：针对小品中所反映的问题，大家如何来解决？可以将小组讨论的解决方案流程图画出来。

思维导图

三、关注学生作品的创意和深度，解决项目问题

每个小组在体验和研究无人超市时关注点可能不同，比如无人超市如何进入、货物如何实现合理的摆放，顾客结账如何更加便捷等。学生利用双休日体验身边的无人便利超市并借助传感器、编程等技术做了智能设备系统安装在搭建好的无人超市模型中进行测试。因此，课堂设计流程主要围绕各小组的作品展示：从外观    进门    货架    出门，以人们走进无人超市的顺序为一条主线，并从顾客和经营者两个方面进行展示和讨论。目的是解决目前无人超市存在的问题。

例3：进门设计

师：要走进一家无人超市，对于顾客来说第一个碰到的问题，进门身份的识别，大家可以想到哪些身份识别方式？

同学1：我们想到了很多身份信息的识别的方法：人脸识别、微信、支付宝、身份证、手环、购物卡等。

同学2：我们想到超市是面向所有人，考虑到游客、老人、小孩，我们还是选择人脸识别的方式。

师：大家考虑的很到位，还结合刚才的小品，考虑到老人小孩没有智能手机，用人脸识别的方式。大家体验过人脸识别吗？我们现场可以来体验一下。

（学生活动）体验人脸识别技术

师：完成了身份确认后，我们可以进门了，门如何打开，第二小组的同学先来展示一下他们的作品。

主创1：我们设计的是一扇平开门，演示通过红外感应和电机驱动来实现，当红外感应到有人靠近，就会触发电机转动将门打开。

主创2：在此之前我们考虑到不同开门的方式，比如手拉门、快速卷帘门、舵机开门，考虑到坐轮椅的残疾人，我们认为平开移门设计更加安全、合理。

师：大家真不简单，对于一扇门就有这么多研究。运用到的知识和技术有：人工智能，大数据分析、人体红外、电机驱动门、舵机开门。

关于进门识别方式的讨论，学生的思维被很好地调动起来，学生有很多想法，教师要及时判断、筛选、提炼、重组。本堂课中，由于学生在课前做了很充分的体验，考虑得比较多，才有了出彩的回答，比如：关注到老人和小孩不会使用智能手机的问题。身份识别完成后自然引出开门的设计展示，在这一环节，笔者惊喜的发现：学生们已经学会筛选技术，将真正需要的技术应用于作品。虽然将门打开的方式有很多，但有些不符合实际的情况，哪怕可以应用的技术很炫，学生也不会盲目使用。

四、引导学生创意编程设计，进一步改进项目作品

学生的每一件作品虽然可以解决部分项目问题，但作品本身还不够完善，STEAM教学设计通过发问，思考，设计，智造，评估改良，是一个循环体系，促进学生进一步改进项目作品，这是整个教学设计环节最重要的部分。因此，我在课中设计了这一改进超市门的设计，主要围绕防止违规闯入现象这一问题展开讨论和设计。

例4：现场改造超市门“防止违规闯入现象”

师：大家请看这扇道具门，这上面什么也没有，我想让大家来现场改