超声波传感器是一种常用的传感器，在智能家居、机器人、医疗等领域有广泛应用。人们习惯长时间坐着工作，对身体健康造成很大的影响。基于这个问题，许多人有了关于坐姿提醒的需求。因此，笔者介绍基于超声波传感器应用的坐姿提醒器实现方法，并讨论图形化编程在坐姿提醒器中的应用。
1 项目研究背景和来源
教育部颁布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出，要创新教学方式，以真实问题或项目驱动引导学生历经原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，建构知识，提升问题解决能力
［1］。本研究是由电子工业出版社出版的《小学信息技术（第八册）》第三单元第11课“能感知的机器人”拓展而来。在课程结束后，学生讲述了生活中的现象：在学习过程中，经常用到台灯，由于不正确的坐姿而造成脊椎的弯曲和眼睛的近视，同时在学习结束后，时常忘记关灯，导致电能的浪费。教师在此基础上引导学生思考如何解决问题，并由此创设制作智能台灯、探究超声波传感器工作原理的实验项目。
2 项目的准备
此次项目选择的电子开源硬件为Haoda：bit主控板、RGB灯、超声波传感器、蜂鸣器、数码管和部分连接线，软件为图形化编程软件Haoda：bit。
2.1 UTBlock超声波简介
UTBlock超声波模块有效探测距离范围为4~400 cm，一个发射探头，一个接收探头。此模块只需提供一个10 μs以上脉冲触发信号，模块内部将发出8个40 kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号，回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比，由此通过发射信号到回响信号的时间间隔可以计算得到距离。建议测量周期为60 ms以上，以防发射信号对回响信号产生影响。超声波模块尺寸：56 mm×36 mm；工作电压：3.3~5.0 V；接口类型：XH-3P 2.54；引脚定义：S-信号，V-电源，G-地；接口：数字接口。超声波模块时序图如
图1所示。
2.2 使用方式
在使用UTBlock超声波模块时，将其与Haoda：bit主控板连接，如
图2所示。
2.3 示例代码
将超声波传感器模块连接到数字P0接口，下载程序。点阵屏显示超声波探头与被测物的距离值，如
图3所示。
2.4 运行图
3 项目设计与实施
3.1 教学目标
以超声波探索之旅：制作“自动感应台灯”项目为例，依据信息科技课程核心素养确定如下教学目标：培养学生形成信息意识，初步具备解决问题的能力，提高数字化合作与探究的能力，不断发扬创新精神。①培养信息意识，按照实验任务需求，能够寻求恰当算法来解决问题；②培养计算思维，在制作自动感应台灯的情境中，能对过程中出现的问题进行抽象、分解、建模，制订简单的解决方案；③数字化学习与创新，能依托智能工具开展小组交流、协同创新的活动；④培养信息社会责任，在信息分享与交流活动中，能尊重他人观点，并理性发表个人观点。
3.2 教学重难点
重点：了解超声波传感器的简单工作原理。
难点：在探究思维导向下，学生自主创新实验。
3.3 教学方法
（1） 分组实验、小组合作探究。
（2） 观察比较、反复验证。
3.4 学情分析
本项目面向的对象是小学六年级的学生，他们对智能技术的兴趣较高，思维比较活跃。这一阶段的学生对编程基础知识有一定的了解，已经掌握了有关变量、条件判断、循环、广播等相关指令的使用方法，但运用编程知识和硬件模块相结合解决问题的经验较少。
3.5 教学内容
本项目为鼓励学生“做中学”“用中学”“创中学”，凸显学生的主体性，引导学生关注生活中的常见现象并提出思考，学生通过网络搜索、观看动画、动手实验等方式，探索超声波传感器的简单工作原理。
3.6 教学创新点
事物的原理大多比较抽象，通过文字或者是视频只能帮助学生理解其表象，为了更好地帮助学生动手实验探究原理，笔者进行了以下2个创新设计：①实验工具的创新。为了辅助学生观察和体验超声波传感器的简单工作原理，初步产生学习和使用信息科技的兴趣，通过师生讨论，在探究超声波传感器测距是否准确的实验环节，用身边容易获取的直尺、货物纸箱裁剪的障碍板作为工具来辅助测量。②实验设计的创新，在学生通过实验验证超声波传感器简单工作原理的基础上，鼓励学生借助超声波传感器制作自动感应小台灯。
3.7 教学过程
引导学生历经“发现问题—场景分析—原理认知—应用迁移”的学习过程，有效发挥实验的最大效果，为此设计了如下实验教学过程。
（1） 创设情境，导入实验。引领学生分析在生活中所见现象的场景，发现问题，进而引出对超声波传感器简单工作原理的探究。
（2） 遨游网络，自主探究。为强化学生信息科技学习的认知基础，培养学生合理运用信息科技来获取、加工、管理学习资源、解决问题的能力，鼓励学生通过网络来检索传感器的种类、工作原理以及在生活中的一些应用。在这个学习环节，学生三人一组，合作交流进行网络搜索，教师引导学生分析、筛选获取的文字信息来填写实验任务单，之后，鼓励学生将所了解的知识进行信息的表达与分享。通过这一任务的践行，学生初步感知到超声波传感器与红外线传感器的区别以及简单的工作原理，最终确定本课所用到的传感器为超声波传感器。
（3） 演示动画，细说原理。为了帮助学生了解超声波传感器的简单工作原理，通过播放演示动画，将繁密复杂的文字信息演变成可视动画，可以满足学生的个性化学习和碎片化学习，能随时随地为学生提供学习资源。
（4） 动手实验，趣探原理。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。为了帮助学生了解超声波传感器的简单工作原理，开展3个层层递进的实验。
【实验1】超声波传感器能准确探测出与障碍物之间的距离吗？
学生依据实验任务，利用Haoda：bit编程软件、硬件模块和直尺等工具，通过绘制流程图、编写代码、连接Haoda：bit主控板等方式，移动障碍板，在不同位置下进行测量。结果发现，超声波传感器探测到与障碍板的距离值与直尺测量值一致，证明了超声波传感器能够准确地探测到与前方障碍物的距离。
【实验2】探究坐姿检测的超声波数值阈值和人离开时检测的超声波数值阈值。
在实验开始前，笔者引导学生思考如何判断人离开和人坐姿不正确的测试条件。学生发现超过某个值则判断为离开，低于某个值则判断为坐姿不端正。接着，引导学生结合实验1中超声波传感器能测距的原理来测量人在离开、正确坐姿和不端正坐姿时的数据，并鼓励他们绘制流程图和编写程序。同时，也让学生意识到，因为每个人的身高和坐姿不同，所以他们的测量数据也会有所差异。最终，通过取平均值的方式，学生得出以下结论：当超声波数值超过50时，即可判断人离开；当超声波数值低于30时，即可判断坐姿不正确。
【实验3】制作自动感应台灯并完成代码编写实现功能。
笔者建议学生将代码分为两个部分。第一个部分用于处理坐姿不正确时的蜂鸣器提示，第二个部分用于处理人物离开后的延时关灯。在搭建过程中，笔者建议学生基于原有台灯的样式进行设计，确保功能完整性和美观性，同时平衡结构稳定性。此外，学生还应该考虑到不同身高和坐姿的差异，可以将超声波设置为可调节角度。
（5） 实验收获，总结评价。通过3次实验，学生了解了超声波传感器的简单工作原理。在实验结束后，笔者通过与学生进行交流，使用问卷星制作评价表，让学生自主进行评价，以促进知识的复习和总结。
（6） 效果评价。
①实验器材来源于日常的学习和生活，取材方便、快捷，可在日常课堂实验教学中推广使用，实验效果明显。
②培养了学生的编程思维能力和问题解决能力，提高了学生的探索精神和逻辑探究能力。
③注重过程性评价和学生的自我评价。
④凸显学生自主探究的主体性地位，教师是思维的引领者。
4 结语
此项目介绍了基于超声波传感器应用的智能台灯的实现方法，并结合Haoda：bit软件编程来实现。超声波传感器可以简单地检测物体的距离和位置，从而实现各种各样的实际应用。同时，在图形化编程环境下，可以借助Haoda：bit平台更好地应用超声波传感器，并以智能台灯为例，完成了坐姿提醒和智能关灯的设计与实验。在未来，随着人们对健康和安全的更多关注，超声波传感器在智能家居、智能医疗等领域的应用将更加广泛。同时，基于Haoda：bit编程的运用，将会为更多初学者提供便利，从而推动超声波传感器技术的普及和应用。
京公网安备11010202008535号
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