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《智能环保垃圾桶的设计与制作》教学案例

本案例旨在通过信息科技与劳动教育的融合，提升学生的实践操作能力、创新思维能力以及团队合作能力，培养学生的劳动精神和科技素养。智能环保垃圾桶有以下优势：①在实行垃圾分类的过程中实现对学生的环保教育。②耗电低，密封性好，能够智能识别垃圾并进行分类处理。③工作原理简单，选择微电脑控制芯片，感应探测装置和机械传动装置。

案例分析及预设

项目主题：智能环保垃圾桶的设计与制作。

项目启动与团队组建：学生根据项目主题，自愿组建跨学科团队，其中包括信息科技组、设计组、手工制作组等。教师提供必要的指导和支持，协助学生明确项目目标和任务分工。

调研与方案设计：学生利用网络资源调研智能垃圾桶的发展现状和市场需求状况。

①智能垃圾桶的优势。不仅能提高垃圾分类的准确性，提升处理的效率，而且节能环保，在监控管理上也具有极大的优势；还可以通过物联网技术将数据传输给环卫部门，实现远程监控和管理。

②智能垃圾桶的应用场景及好处。居民区：设置智能垃圾桶，可以提高居民对垃圾分类的认识和积极性。商业区：人流量大，垃圾产生量也相对较多。引入智能垃圾桶可以提高商业区的环境卫生水平，同时也可以提高顾客对商业区的评价和满意度。学校：引入智能垃圾桶可以帮助学生养成垃圾分类的好习惯，提高环保意识。公园、广场等公共场所：引入智能垃圾桶可以方便游客进行垃圾投放，提高公共场所的环境卫生水平。学生结合调研结果，设计智能垃圾桶的功能和外观，并制订详细的制作方案。

技术学习与材料准备：信息科技组学生学习并掌握相关设备的连线和编程，准备ArduinoUno主控板、Uno扩展板、超声波传感器、舵机、RGB全彩LED模块、电池。手工制作组学生准备制作垃圾桶所需的材料和工具，包括美工刀、合页、废旧纸壳、钢尺、热熔胶等。

动手制作与调试：学生按照制作方案，分工合作，动手制作智能垃圾桶的各部分组件。手工制作组：

①把垃圾桶设计成正方体。②取废纸板并裁成6个小正方形。③把其中的5个小正方形用热熔胶热熔在一起。④制作垃圾桶盖，将盖子用合页与垃圾桶体热熔在一起。⑤在垃圾桶侧面用美工刀挖两个放超声波传感器的洞。信息科技组：负责编程和电路连接，实现垃圾桶的智能化功能。

成果展示与评价：学生展示制作完成的智能环保垃圾桶，并通过自评、互评和教师评价相结合的方式，对作品进行评价和反馈。

1.学情分析

学生通过前面的学习，已经掌握了超声波传感器的工作原理和舵机的工作方式，有了一定的连线和编程基础。

2.教学目标

通过设计智能垃圾桶的功能和外观，参与制订详细的制作方案，培养环保意识和科学严谨的求学态度。

3.教学重点、难点

垃圾桶的设计、制作，连线和编程。

4.教学准备

壁纸刀、钢尺、热容器、热熔胶、ArduinoUno主控板、Uno扩展板、超声波传感器、舵机、RGB全彩LED模块、电池。

5.课时安排

6.教学过程

（1）激趣导入

①教师播放PPT，介绍垃圾桶的作用及分类。

师：垃圾桶一般有蓝、红、绿、灰等颜色。蓝色的是可回收垃圾桶，用来投放被回收利用的各种垃圾。红色的是有毒有害垃圾桶，用来投放各种有毒有害的重金属或其他有毒物质。绿色的是厨余垃圾桶，存放厨房生产出来的垃圾。灰色的是其他垃圾桶，存放以上几种垃圾之外的其他垃圾。

②教师引导学生讨论有毒有害垃圾的分类和处理方式。

师：有毒有害的垃圾有哪些？

师：这些有毒有害垃圾对人体和环境都有伤害，我们能够直接用手或身体接触吗？

师：所以，我们需要开动脑筋，设计制作智能垃圾桶，防止有毒有害垃圾对人体和环境造成伤害。

（2）操作学习

师：首先用硬纸板手工制作垃圾桶，再把设备进行连线，最后进行编程，实现我们想要的功能。（向学生展示已制作好的垃圾桶）制作垃圾桶的基本步骤是先准备原材料，再设计制作方案。同学们可以使用不同的方法来制作一个长方体的垃圾桶。

生1：可以利用长方体的性质——对面面积相等，先裁剪3组面积相等的长方形，再用热熔胶结合，最后桶盖用合页结合。

生2：可以裁剪6个面积相等的长方形，然后再用热熔胶结合，最后桶盖用合页结合。

生3：可以利用纸板，计算好桶的周长，只热熔一条边，最后把底热熔上即可。

师：这三种方案都可以，哪种最简便？（生回答）那就开始吧。

学生按照教师的要求进行连线，连接完毕后将相应的硬件固定在垃圾桶内。（硬件包括ArduinoUno主控板、Uno扩展板、超声波传感器、舵机、RGB全彩LED模块）

师：连好线它们就可以工作了吗？还得做哪一部工作？为什么？

生：还得编程，让程序指挥垃圾桶工作。

师：怎么编程呢？是什么原理呢？

生：利用超声波传感器的原理，当垃圾靠近超声波传感器时，传感器感应到后触发舵机，打开垃圾桶盖子，放入垃圾就可以了。

（3）编程设计提示

师：当物体靠近超声波传感器时，它会感应到，那么，靠近多少