資源簡介

第三課 《搭建魚菜共生開源系統》 教學設計
教學時間 教學班級 五年級
課程名稱 搭建魚菜共生開源系統 課時 1課時
教學目標 一、知識與技能 （一）理解過程與控制系統 （二）能夠用流程圖表示控制實現的過程 （三）能夠設計程序并搭建硬件環境實現魚菜共生開源系統 二、過程與方法 （一）通過講授和展示的方式，讓學生了解過程與控制系統。 （二）通過讓學生畫流程圖理解控制實現的過程 （三）通過讓學生設計程序并搭建硬件環境，鍛煉學生的動手操作能力、計算思維能力以及解決實際問題的能力。 三、情感態度與價值觀 （一）通過本節課學習，使學生認識到創客文化的科學魅力，開源軟件支撐的創客文化。
重點 （一）能夠用流程圖表示控制實現的過程 （二）能夠設計程序并搭建硬件環境實現魚菜共生開源系統
難點 能夠設計程序并搭建硬件環境實現魚菜共生開源系統
教具 WPS軟件，主控板、各類傳感器與執行器
教學方法 教學展示、小組討論、實踐探究。
教學過程 教師 學生
一、導入（6分鐘） （提問）同學們，想一想，你們認為制作魚菜共生開源系統項目需要哪些環節呢。快和組內的小伙伴們一-起討論交流一下吧 小組討論
知識講解（15—20分鐘） （一）過程與控制——系統中的反饋機制 開源硬件組成的控制系統也需要遵循“過程與控制”的系統模式，包含“輸人一控制一輸出”三個環節:輸人設備從外界獲得輸入信號，經過控制設備計算處理后產生一個命令，讓輸出設備來進行執行。 這個過程就好比上課前，當耳朵聽到“起立”時，大腦接收到這個信號并理解后，控制身體從座位上站起來。這個過程中，耳朵接收外界信息相當于輸人，大腦進行理解處理相當于控制，身體執行大腦發送過來的命令相當于輸出。 2.課堂活動 根據本節課所學內容，請同學們想一想你們要制作的魚萊共生開源系統想要實現什么功能，并上網查找資料需要哪些輸入模塊和輸出模塊，把想法記錄在下表中! 學生思考、小組討論并完成相關實踐活動
項目實踐（10—15分鐘） （一）項目準備——用流程圖表示控制實現的過程 1.繪制邏輯流程圖 項目作品的每個功能有輸人、輸出、完整的邏輯線，而流程圖能夠讓我們清晰地了解作品的功能和邏輯。例如，魚菜共生開源系統項目中給農作物澆水的功能就可以用邏輯流程圖來描述，如下圖所示。 2.了解硬件編輯環境 硬件編程環境包括硬件環境和軟件環境兩大部分。在制作項目中需要的硬件環境:主控板、各類傳感器與執行器、硬件連接計算機的驅動程序和端口號;在制作項目中需要的軟件環境:編程語言環境、在主控板上運行的程序。 項目制作——實現控制邏輯 厘清了項目實現功能的邏輯流程圖，了解了硬件編程環境后，進人項目制作的環節。 制作內容:魚菜共生開源系統。 制作準備:硬件、軟件、其他物品。 制作過程:程序設計、硬件設備系統的搭建、項目測試和結構設計。 1.程序設計 根據項目要實現的功能和繪制的邏輯流程圖，將作品的程序編寫出來，下圖所示是魚菜共生開源系統項目中農作物自動澆灌的程序設計。 （備注：教材中用的傳感器版本較早，新版本測量范圍不同，對應的請參考實際程序） 2.硬件設備系統的搭建 “輸人一控制一輸出”系統 “輸人一控制一輸出”系統是制作項目時根據實現的功能搭建出的一個完整的硬件設備系統，它包括能夠輸人信息的多個傳感器、存儲和處理信息的開源硬件主控板，以及執行控制命令的各個執行器。這個系統除了能夠對主控板的外部連接設備進行控制，還能控制輸人、輸出設備和主控板之間的數據交換。它的功能主要是發送設備控制命令、檢測外部設備狀態和控制數據的輸人、輸出，如圖所示。 硬件引腳連接 將各個輸入的傳感器、輸出的執行器與主控板連接起來。在開源硬件項目中，主控板與傳感器和執行器的連接主要通過輸入、輸出引腳實現。一些主控板內有已定義好的引腳，這些引腳與主芯片連接，傳感器和執行器一旦通過輸入、輸出引腳與主控板連接，就能實現數據傳輸。一般的數據傳輸時由三條線進行控制，分別是接地的地線(G)， 數據傳輸線(AO、AI、DO、DI)和電源線(V)。 課堂活動 請同學們完成魚菜共生開源系統項目的程序編寫，并搭建魚菜共生開源系統項目的硬件設備系統，連接主控板與計算機，并單擊軟件中的刷入，將程序刷在主控板中，運行并查看程序效果。 項目制作——實現控制邏輯 1.項目測試 完成基本的制作環節后，我們還要對編寫完成的程序和搭建好的硬件進行測試，不斷調整，使程序能夠正常運行、硬件電路能夠正常工作，從而實現作品的功能。例如，魚菜共生開源系統中，將土壤濕度傳感器插到干燥的土壤中，測試水泵是否開始工作進行抽水等，如圖所示。 2.結構設計 最后，還要結合外觀結構才能制作出作品的原型。在開源硬件的項目中，會采用幾種工藝來進行外觀的制作，包括3D打印、激光切割和其他數字化加工工具等。在魚菜共生開源系統項目中，可以利用身邊的一些物體和工具，輔助一種或幾種工藝手段來完成作品，下圖所示為魚菜共生開源系統項目中采用激光切割制作的菜盆支架。 實踐 1.請同學們對項目作品進行測試與調整，并對問題與解決辦法進行記錄。 2.請同學們自己選擇制作外觀結構的材料，完成魚菜共生開源系統的項目原型。 學生查閱相關資料并完成問題 小組與個人探究完成開源硬件系統的設計
四、課堂總結（5分鐘） 老師看了同學們的活動以及實踐，都很棒，看來大家今天都收獲滿滿。 （提問）最后，請一位同學總結一下，我們今天這節課，都學習到了哪些知識點呢？ 不錯，大家都學習得很認真，掌握了今天這節課的知識。 在課程最后，同學們還有哪些知識沒有明白嗎？ （有不明白的老師進行講解） （沒有不明白的）同學們在課下可以瀏覽一下拓展閱讀，同時也要好好復習今天學習到的知識；下節課，老師會進行提問。 今天這節課就到這里了，同學們再見！ 老師加以引導學生，自行總結
教學 反思

展開更多......

收起↑