資源簡介

教學(xué)設(shè)計(jì)
課程基本信息
學(xué)科 信息技術(shù) 年級(jí) 高二 學(xué)期 春季
課題 1.3.3開源硬件項(xiàng)目的開發(fā)平臺(tái)
教科書 書 名：信息技術(shù) 選擇性必修6 開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì) 教材 出版社：廣東教育 出版社
教學(xué)目標(biāo)
1.了解開源硬件開發(fā)平臺(tái)的組成，掌握驅(qū)程安裝、開發(fā)環(huán)境界面和基本使用。 2.增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力，強(qiáng)化計(jì)算思維，提升信息素養(yǎng)。 3.激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，理解并自覺踐行開源的理念與知識(shí)分享的精神。
教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：Arduino開發(fā)平臺(tái)的組成和使用方法。
教學(xué)難點(diǎn)：Arduino開發(fā)平臺(tái)的組成和使用方法。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師教學(xué)行為 學(xué)生學(xué)習(xí)行為 設(shè)計(jì)意圖
回顧舊識(shí) 啟發(fā)新知 演示：展示開源硬件項(xiàng)目的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)思維導(dǎo)圖。 思考：觀看課件中的思維導(dǎo)圖，回顧復(fù)習(xí)有關(guān)開源硬件項(xiàng)目的基礎(chǔ)知識(shí)。 對(duì)前面課程所學(xué)進(jìn)行梳理歸納，幫助學(xué)生形成知識(shí)體系，快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。
歸納：引導(dǎo)學(xué)生回顧之前學(xué)習(xí)的有關(guān)開源硬件項(xiàng)目組成的知識(shí)：一個(gè)開源硬件項(xiàng)目由開源硬件系統(tǒng)和制作材料組成。其中開源硬件系統(tǒng)包括輸入組件，開源硬件開發(fā)平臺(tái)和輸出組件。
回顧舊識(shí) 啟發(fā)新知 演示： 開源硬件項(xiàng)目“智能垃圾桶”工作視頻。要求學(xué)生邊觀看邊思考垃圾桶是如何工作的。 觀察：觀看視頻，總結(jié)垃圾桶的工作流程。 以“智能垃圾桶”為例分析開源硬件項(xiàng)目的組成，鞏固復(fù)習(xí)舊知識(shí)，形成新舊知識(shí)連接，引出本節(jié)課重點(diǎn)。
總結(jié)：展示“智能垃圾桶”的主要結(jié)構(gòu)圖，介紹“智能垃圾桶”的工作原理。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。
任務(wù)：布置任務(wù)，要求根據(jù)“智能垃圾桶”的工作原理完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的概念圖。 練習(xí)：完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)一”，填寫概念圖。
演示：“智能垃圾桶”各部分所對(duì)應(yīng)的開源硬件項(xiàng)目組成。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。
總結(jié)：制作材料是紙盒、棉棒、膠帶等；輸入組件時(shí)超聲波傳感器；輸出組件是舵機(jī)；開發(fā)平臺(tái)是Arduino開發(fā)平臺(tái)。提出本節(jié)課重點(diǎn)問題：開源硬件開發(fā)平臺(tái)是什么？如何使用？ 對(duì)照：觀看課件，聽教師講解，對(duì)照答案。
理論學(xué)習(xí) 自主探究 演示：三種開源硬件開發(fā)平臺(tái)圖片，分別是Arduino、Raspberry和Micro:bit。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。 通過比較不同開發(fā)平臺(tái)，了解當(dāng)下主流的開發(fā)平臺(tái)。提升學(xué)生自主探究能力，培養(yǎng)信息意識(shí)和數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。
任務(wù)：布置任務(wù)，要求自行查閱資料比較不同開發(fā)平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)，完成學(xué)習(xí)任務(wù)單。 探究：查閱資料比較不同開發(fā)平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)，完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)二”。
理論學(xué)習(xí) 自主探究 總結(jié)：相比于其他兩種開發(fā)平臺(tái)，Arduino開發(fā)平臺(tái)價(jià)格實(shí)惠，尺寸和型號(hào)多，易于與其他設(shè)備相連，編程簡易。提出本節(jié)課采用Arduino開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行體驗(yàn)。 分析：觀看課件，聽教師講解，分析不同開發(fā)平臺(tái)的比較結(jié)果。
講解：Arduino開發(fā)平臺(tái)主要包括硬件和軟件兩部分。硬件部分是電路板，軟件部分是編程環(huán)境和運(yùn)行程序。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。 了解Arduino UNO開發(fā)板結(jié)構(gòu)和三種編程環(huán)境，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。
任務(wù)：布置任務(wù)，要求學(xué)生觀察Arduino UNO開發(fā)板，結(jié)合教材和學(xué)習(xí)任務(wù)單，了解開發(fā)板各引腳功能。 探究：觀察Arduino UNO 開發(fā)板，結(jié)合教材了解開發(fā)板各引腳功能，完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)三”。
講解：介紹三種適用于Arduino開發(fā)平臺(tái)的編程語言環(huán)境，Arduino IDE，ArduBlock和米思齊（Mixly），第一種為文本編程軟件，后兩種為圖形化編程軟件。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。
實(shí)踐探索 親身感受 任務(wù)：布置任務(wù)，要求學(xué)生觀察Arduino UNO 開發(fā)板上的板載LED，使用三種編程環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)板載LED的控制。在實(shí)驗(yàn)前要首先安裝驅(qū)動(dòng)程序。 實(shí)踐：將開發(fā)板與計(jì)算機(jī)相連，使用三種編程環(huán)境控制板載LED。完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)四”。 熟悉三種編程環(huán)境的使用方法和硬件連接方式。
實(shí)踐探索 親身感受 啟發(fā)：如何控制外接LED，制作閃爍LED？從硬件和軟件兩個(gè)角度進(jìn)行分析，如何連接電路以及如何編程。 思考：觀看課件，聽教師講解，思考教師提問。 引導(dǎo)學(xué)生了解LED、面包板和杜邦線的結(jié)構(gòu)和作用，掌握使用方法。學(xué)生自主搭建電路，提升動(dòng)手實(shí)踐能力。
講解：介紹LED。LED是一種固態(tài)半導(dǎo)體器件，具有單向?qū)щ娦裕L腳為正極，短腳為負(fù)極。作為輸出設(shè)備，對(duì)其輸出高電平，則點(diǎn)亮，輸出低電平，則熄滅。 傾聽：觀看課件，觀察LED,聽教師講解。
提問：LED的工作電流最大一般不超過30毫安。在連接電路時(shí)，如何防止流過LED的電流過大？ 表達(dá)：觀看課件，回答教師提問。
總結(jié)：連接電路時(shí)串聯(lián)一個(gè)限流電阻能夠避免因電流過大而燒毀LED。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。
講解：介紹面包板和杜邦線。面包板可以使元器件相連，相互導(dǎo)通。杜邦線用于連接面包板和元器件，有公母之分，針狀為公頭，孔狀為母頭。 傾聽：觀看課件，觀察面包板和杜邦線，聽教師講解。
任務(wù)：布置任務(wù)，利用實(shí)驗(yàn)材料，將LED 與電阻串聯(lián)接入Arduino開發(fā)板，完成硬件連接。 實(shí)踐：將LED 與電阻串聯(lián)接入Arduino開發(fā)板。完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)五”的硬件搭建。
實(shí)踐探索 親身感受 任務(wù)：控制LED為高電平則點(diǎn)亮LED，為低電平則熄滅。布置任務(wù)，根據(jù)所學(xué)知識(shí)嘗試編程實(shí)現(xiàn)閃爍效果。 實(shí)踐：編程實(shí)現(xiàn)閃爍效果。完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)五”的軟件部分。 使學(xué)生掌握使用mixly編程的方法，能夠上傳和調(diào)試程序。培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和問題解決能力。
演示：小明同學(xué)編程過程視頻。要求學(xué)生思考小明同學(xué)為什么沒有實(shí)現(xiàn)閃爍效果？ 思考：學(xué)生觀看視頻，思考錯(cuò)誤原因。
講解：介紹視覺暫留現(xiàn)象。要實(shí)現(xiàn)LED閃爍效果，實(shí)際上是讓LED保持亮的狀態(tài)一段時(shí)間，再保持滅的狀態(tài)一段時(shí)間。而小明同學(xué)沒有設(shè)置亮和滅的保持時(shí)間，導(dǎo)致沒有實(shí)現(xiàn)閃爍效果。因此需要使用延時(shí)模塊進(jìn)行改進(jìn)。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。
任務(wù)：布置任務(wù)，要求學(xué)生使用延時(shí)模塊改進(jìn)閃爍外接LED的程序，實(shí)現(xiàn)效果。 實(shí)踐：使用延時(shí)模塊改進(jìn)程序，編程實(shí)現(xiàn)閃爍效果。完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)五”的軟件部分。
啟發(fā)：閃爍的LED在生活中處處可見，交通信號(hào)燈也是閃爍LED。要求學(xué)生觀察交通信號(hào)燈變化過程。 觀察：觀察交通信號(hào)燈變化過程。 以常見的生活應(yīng)用為例，幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握開源硬件平臺(tái)的使用方法，知識(shí)來源于生活，應(yīng)用于生活，鼓勵(lì)學(xué)生多觀察，勤思考，敢探究。 面對(duì)復(fù)雜的程序編寫，引導(dǎo)學(xué)生回顧相關(guān)知識(shí)，提升學(xué)生的遷移能力和知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。
講解：交通信號(hào)燈不是一直的快速切換。紅燈即將亮起時(shí)，綠燈閃爍后熄滅，黃燈閃爍后熄滅，之后紅燈亮起。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。
實(shí)踐探索 親身感受 任務(wù)：布置任務(wù)，要求學(xué)生參考閃爍LED實(shí)驗(yàn)，結(jié)合交通信號(hào)燈特點(diǎn)，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，完成硬件連接。 實(shí)踐：準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)六”的硬件連接。
任務(wù)：必修一已經(jīng)學(xué)過如何使用流程圖描述算法。布置任務(wù)，要求學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，繪制交通信號(hào)燈流程圖。根據(jù)流程圖，編寫程序。 實(shí)踐：復(fù)習(xí)繪制流程圖的方法，繪制交通信號(hào)燈流程圖。根據(jù)流程圖，編寫程序，完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“學(xué)習(xí)任務(wù)六”的軟件部分，實(shí)現(xiàn)最終效果。
反思總結(jié) 經(jīng)驗(yàn)提升 總結(jié)：開源硬件開發(fā)平臺(tái)包括硬件部分和軟件部分。其實(shí)，制作開源硬件項(xiàng)目并不困難。使用簡單的模塊指令就可以控制LED。 傾聽：觀看課件，聽教師講解。 梳理歸納本節(jié)課重點(diǎn)。提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，防止學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。
能力遷移 舉一反三 作業(yè)：布置作業(yè)，要求學(xué)生課后仔細(xì)觀察身邊使用了LED 的裝置，利用本節(jié)課所學(xué)知識(shí)，嘗試結(jié)合相關(guān)硬件進(jìn)行模擬。 傾聽：觀看課件，了解作業(yè)要求。 以作業(yè)形式，復(fù)習(xí)鞏固本節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容，提升學(xué)生的遷移能力和知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

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