資源簡介

教學(xué)設(shè)計
課程基本信息
學(xué)科 信息技術(shù) 年級 高二 學(xué)期 秋季
課題 1.3 開源硬件的經(jīng)典案例
教學(xué)目標(biāo)
1. 了解開源硬件的四個經(jīng)典案例 2. 能夠列舉生活中開源硬件的常見應(yīng)用，并給出實例 3. 理解開源硬件對信息技術(shù)創(chuàng)新的意義和價值，思考開源硬件在技術(shù)發(fā)展過程中的作用及影響
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點： 1. 了解開源硬件四個經(jīng)典案例。
教學(xué)過程
按照教材安排，對開源硬件四個經(jīng)典案例進行介紹，詳案如下： 一、通過創(chuàng)客視頻引入開源硬件的主題 （播放視頻：2021上海創(chuàng)客嘉年華） 師：同學(xué)們，我們剛剛隨著一位創(chuàng)客的視角參觀了2021年上海創(chuàng)客嘉年華，在這個嘉年華中大家可以看到很多有趣新穎的創(chuàng)客作品，比如各種各樣的3D打印模型、無人駕駛的智能小車、科技感滿滿的機器人等等，創(chuàng)作這些作品的有男生有女生，有小朋友有中年人，不拘于性別，不拘于年齡，每個人都可以參與其中。這是因為隨著開源硬件的發(fā)展與普及，開源硬件項目技術(shù)開發(fā)的門檻不斷降低，越來越多的人可以參與開發(fā)各種開源硬件項目。在這個過程當(dāng)中，涌現(xiàn)出的很多優(yōu)秀的案例，不僅為大眾實現(xiàn)自己的夢想提供了可能的途徑，還助推了信息技術(shù)的進步，影響了社會的方方面面。 接下來我們來了解開源硬件的四個經(jīng)典案例，分別是RepRap項目、OpenPilot項目、Tabby項目和HCR項目。 二、RepRap項目 1. 介紹RepRap打印機 師：第一個項目是RepRap項目，RepRap項目屬于開源3D打印項目。RepRap打印機是世界上首次出現(xiàn)的能夠自我復(fù)制、能夠打印塑料實物的3D打印機。大家請看下面的圖片，這張圖片中有兩臺3D打印機，圖片右邊的打印機其實是由左邊的打印機復(fù)制而來的。大家可能會好奇：RepRap打印機是怎么進行自我復(fù)制的呢？其實大家可以仔細觀察圖中兩臺打印機，可以看到打印機結(jié)構(gòu)當(dāng)中有很多塑料部件，因為RepRap打印機具有打印塑料實物的功能，因此它們可以通過打印大部分自身需要的塑料零件實現(xiàn)自我復(fù)制。 2. 介紹RepRap項目的發(fā)展歷程 師：RepRap項目最早是由英國巴斯大學(xué)的艾德里安·鮑耶博士提出來的。因為早期的3D打印機價格極其昂貴而且打印質(zhì)量很差，所以鮑耶博士萌發(fā)了開發(fā)自我復(fù)制3D打印機的想法，并在2007年3月成功研發(fā)了第一臺RepRap機器“達文”(Darwin)，隨后， 鮑耶博士便把“達爾文”的安裝過程和相關(guān)文件及程序源碼，通過社區(qū)平臺進行開源。RepRap項目先后發(fā)布了4個版本的3D打印機，分別是：2007年3月發(fā)布的 “達爾文”,2009年10 月發(fā)布的 “孟德爾”(Mendel)2010年發(fā)布的“Prusa Mendel”,以及同年發(fā)布的“赫胥黎”(Huxley)。研發(fā)者采用生物學(xué)家的名字來命名，寓意“復(fù)制和進化”，這也是RepRap打印機的實質(zhì)。 3. 介紹3D打印的應(yīng)用 師：得益于 RepRap項目的開源，很多人進行了3D打印機的調(diào)試和迭代實踐。3D打印機的價格也越來越低，穩(wěn)定性越來越好，精度越來越高，3D打印應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。比如在建筑領(lǐng)域，傳統(tǒng)的房屋搭建需要耗費比較長的工期，而3D打印模塊搭建房屋可能從生產(chǎn)到搭建只需要十幾天的時間，因此我們可以通過3D打印房屋進行模塊化搭建，省時省力。在工業(yè)領(lǐng)域，3D打印可以有效減輕結(jié)構(gòu)重量、提高制造效率、降低生產(chǎn)成本。在醫(yī)療領(lǐng)域，從最初的醫(yī)療模型快速制造逐漸發(fā)展到3d打印直接制造助聽器外殼、植入物、復(fù)雜手術(shù)器械。從打印沒有生命的醫(yī)療器械發(fā)展到打印具有生物活性的人工組織、器官，3D打印已成為醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用必不可少的部分。 三、OpenPilot項目 1.介紹OpenPilot項目 師：第二個項目是OpenPilot項目，OpenPilot項目是一個著名的開源飛控項目。那么什么是開源飛控呢？開源飛控也叫做OpenPilot，其實就是指建立在開源思想基礎(chǔ)上的自動飛行控制器項目。OpenPilot最大的特點是硬件架構(gòu)簡單，且支持多種硬件，所以利用OpenPilot可以快速制作多旋翼飛行器、直升機、固定翼飛機。 2．無人機與OpenPilot項目 師：受OpenPilot影響最大的應(yīng)該就是無人機了。雖然早在1935年， “蜂后”式無人機的出現(xiàn)已經(jīng)開啟了無人機時代，但是由于無人機的研發(fā)需要非常專業(yè)的知識，且無人機往往只用于軍事用途，在后來很長的一段時間里，研發(fā)進展緩慢。近幾年無人機之所以能快速普及, 很大程度上得益于開源飛控的發(fā)展。 3. 介紹OpenPilot應(yīng)用 師：現(xiàn)在，從很多方面的應(yīng)用中都能看到OpenPilot的影子，如供人道主義搜索和搜救使用的空中平臺，供攝影師使用的航空攝影平臺，用于科學(xué)探究活動的科研平臺，以及航模愛好者的DIY (Do It Yourself,自己動手制作)平臺。最兩年無人機表演也特別火，讓我們來欣賞一下吧（播放視頻：無人機表演） 四、 Tabby項目 1. 介紹Tabby項目 師：第三個項目是Tabby項目，Tabby是意大利的汽車制造公司Open Source Vehicle (OSV)設(shè)計開發(fā)的全球首款開源DIY汽車，據(jù)說該車的組裝無須特殊工具，無論是2輪或3輪、2座或4座，高爾夫車還是敞篷車，用戶都可以按照自己的意愿組裝或改裝，最高時速可達 85千米。依據(jù)Tabby項目，用戶只需購買一些基礎(chǔ)零件， 根據(jù)組裝指南便可以在一小時內(nèi)自行組裝出一輛汽車。我們來看一下它的組裝過程吧。（播放視頻：開源汽車Tabby） 五、 HCR項目 1. 介紹HCR項目 師：最后一個項目是HCR項目，HCR（Home Care Robot）是一款開源的家庭移動機器人。HCR最大的特點是采用Arduino開源硬件作為主控器， 硬件層面全部開源，包括機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。HCR支持高達30多種不同的傳感器， 具有非常好的延展性。 2. 介紹HCR項目的發(fā)展歷程 師：起初，商用移動機器人平臺由于價格高昂無法讓更多的愛好者進入這個領(lǐng)域。2008年，中國的幾位創(chuàng)客發(fā)布了HCR（Home Care Robot，家庭移動機器人）開源項目。HCR項目通過社區(qū)的方式召集開發(fā)人員開發(fā)完成。2014年， HCR被麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的計算機課程選為標(biāo)準的開發(fā)平臺。2016年, HCR被英特爾選用, 成為 Intel RealSense的第一臺展示樣機。HCR還廣泛應(yīng)用于移動機器人的學(xué)術(shù)研究和商用開發(fā)中。 六、布置課后練習(xí) 我們已經(jīng)了解了開源硬件的四個經(jīng)典案例，請同學(xué)們在課后進行思考與練習(xí)： 1.查閱資料，列舉開源硬件項目在智能家居中的應(yīng)用，并選擇一個典型案例進行描述。 2.了解了這么多的開源硬件項目，你是否有創(chuàng)造的沖動？認真思考后說說你想做一個怎樣的開源硬件項目，并說明該項目應(yīng)用的具體場景。
備注：教學(xué)設(shè)計應(yīng)至少含教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程等三個部分，如有其它內(nèi)容，可自行補充增加。

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