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。
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YesAnd、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
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】
【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】
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
测试表：
第二阶段：植物需要一个家吗？（1课时）
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。
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）
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……）
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）
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。
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；
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。
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）
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）
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
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
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。