资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 信息技术 年级 高二 学期 春季
课题 1.3.3开源硬件项目的开发平台
教科书 书 名：信息技术 选择性必修6 开源硬件项目设计 教材 出版社：广东教育 出版社
教学目标
1.了解开源硬件开发平台的组成，掌握驱程安装、开发环境界面和基本使用。 2.增强动手实践能力，强化计算思维，提升信息素养。 3.激发学生创新的兴趣，培养学生创新意识，理解并自觉践行开源的理念与知识分享的精神。
教学重难点
教学重点：Arduino开发平台的组成和使用方法。
教学难点：Arduino开发平台的组成和使用方法。
教学过程
教学环节 教师教学行为 学生学习行为 设计意图
回顾旧识 启发新知 演示：展示开源硬件项目的基础知识点思维导图。 思考：观看课件中的思维导图，回顾复习有关开源硬件项目的基础知识。 对前面课程所学进行梳理归纳，帮助学生形成知识体系，快速进入学习状态。
归纳：引导学生回顾之前学习的有关开源硬件项目组成的知识：一个开源硬件项目由开源硬件系统和制作材料组成。其中开源硬件系统包括输入组件，开源硬件开发平台和输出组件。
回顾旧识 启发新知 演示： 开源硬件项目“智能垃圾桶”工作视频。要求学生边观看边思考垃圾桶是如何工作的。 观察：观看视频，总结垃圾桶的工作流程。 以“智能垃圾桶”为例分析开源硬件项目的组成，巩固复习旧知识，形成新旧知识连接，引出本节课重点。
总结：展示“智能垃圾桶”的主要结构图，介绍“智能垃圾桶”的工作原理。 倾听：观看课件，听教师讲解。
任务：布置任务，要求根据“智能垃圾桶”的工作原理完成学习任务单上的概念图。 练习：完成学习任务单上的“学习任务一”，填写概念图。
演示：“智能垃圾桶”各部分所对应的开源硬件项目组成。 倾听：观看课件，听教师讲解。
总结：制作材料是纸盒、棉棒、胶带等；输入组件时超声波传感器；输出组件是舵机；开发平台是Arduino开发平台。提出本节课重点问题：开源硬件开发平台是什么？如何使用？ 对照：观看课件，听教师讲解，对照答案。
理论学习 自主探究 演示：三种开源硬件开发平台图片，分别是Arduino、Raspberry和Micro:bit。 倾听：观看课件，听教师讲解。 通过比较不同开发平台，了解当下主流的开发平台。提升学生自主探究能力，培养信息意识和数字化学习能力。
任务：布置任务，要求自行查阅资料比较不同开发平台的优缺点，完成学习任务单。 探究：查阅资料比较不同开发平台的优缺点，完成学习任务单上的“学习任务二”。
理论学习 自主探究 总结：相比于其他两种开发平台，Arduino开发平台价格实惠，尺寸和型号多，易于与其他设备相连，编程简易。提出本节课采用Arduino开发平台进行体验。 分析：观看课件，听教师讲解，分析不同开发平台的比较结果。
讲解：Arduino开发平台主要包括硬件和软件两部分。硬件部分是电路板，软件部分是编程环境和运行程序。 倾听：观看课件，听教师讲解。 了解Arduino UNO开发板结构和三种编程环境，为后续实验做准备。培养学生自主学习的能力。
任务：布置任务，要求学生观察Arduino UNO开发板，结合教材和学习任务单，了解开发板各引脚功能。 探究：观察Arduino UNO 开发板，结合教材了解开发板各引脚功能，完成学习任务单上的“学习任务三”。
讲解：介绍三种适用于Arduino开发平台的编程语言环境，Arduino IDE，ArduBlock和米思齐（Mixly），第一种为文本编程软件，后两种为图形化编程软件。 倾听：观看课件，听教师讲解。
实践探索 亲身感受 任务：布置任务，要求学生观察Arduino UNO 开发板上的板载LED，使用三种编程环境实现对板载LED的控制。在实验前要首先安装驱动程序。 实践：将开发板与计算机相连，使用三种编程环境控制板载LED。完成学习任务单上的“学习任务四”。 熟悉三种编程环境的使用方法和硬件连接方式。
实践探索 亲身感受 启发：如何控制外接LED，制作闪烁LED？从硬件和软件两个角度进行分析，如何连接电路以及如何编程。 思考：观看课件，听教师讲解，思考教师提问。 引导学生了解LED、面包板和杜邦线的结构和作用，掌握使用方法。学生自主搭建电路，提升动手实践能力。
讲解：介绍LED。LED是一种固态半导体器件，具有单向导电性，长脚为正极，短脚为负极。作为输出设备，对其输出高电平，则点亮，输出低电平，则熄灭。 倾听：观看课件，观察LED,听教师讲解。
提问：LED的工作电流最大一般不超过30毫安。在连接电路时，如何防止流过LED的电流过大？ 表达：观看课件，回答教师提问。
总结：连接电路时串联一个限流电阻能够避免因电流过大而烧毁LED。 倾听：观看课件，听教师讲解。
讲解：介绍面包板和杜邦线。面包板可以使元器件相连，相互导通。杜邦线用于连接面包板和元器件，有公母之分，针状为公头，孔状为母头。 倾听：观看课件，观察面包板和杜邦线，听教师讲解。
任务：布置任务，利用实验材料，将LED 与电阻串联接入Arduino开发板，完成硬件连接。 实践：将LED 与电阻串联接入Arduino开发板。完成学习任务单上的“学习任务五”的硬件搭建。
实践探索 亲身感受 任务：控制LED为高电平则点亮LED，为低电平则熄灭。布置任务，根据所学知识尝试编程实现闪烁效果。 实践：编程实现闪烁效果。完成学习任务单上的“学习任务五”的软件部分。 使学生掌握使用mixly编程的方法，能够上传和调试程序。培养学生的计算思维和问题解决能力。
演示：小明同学编程过程视频。要求学生思考小明同学为什么没有实现闪烁效果？ 思考：学生观看视频，思考错误原因。
讲解：介绍视觉暂留现象。要实现LED闪烁效果，实际上是让LED保持亮的状态一段时间，再保持灭的状态一段时间。而小明同学没有设置亮和灭的保持时间，导致没有实现闪烁效果。因此需要使用延时模块进行改进。 倾听：观看课件，听教师讲解。
任务：布置任务，要求学生使用延时模块改进闪烁外接LED的程序，实现效果。 实践：使用延时模块改进程序，编程实现闪烁效果。完成学习任务单上的“学习任务五”的软件部分。
启发：闪烁的LED在生活中处处可见，交通信号灯也是闪烁LED。要求学生观察交通信号灯变化过程。 观察：观察交通信号灯变化过程。 以常见的生活应用为例，帮助学生进一步掌握开源硬件平台的使用方法，知识来源于生活，应用于生活，鼓励学生多观察，勤思考，敢探究。 面对复杂的程序编写，引导学生回顾相关知识，提升学生的迁移能力和知识的综合应用能力。
讲解：交通信号灯不是一直的快速切换。红灯即将亮起时，绿灯闪烁后熄灭，黄灯闪烁后熄灭，之后红灯亮起。 倾听：观看课件，听教师讲解。
实践探索 亲身感受 任务：布置任务，要求学生参考闪烁LED实验，结合交通信号灯特点，准备实验材料，完成硬件连接。 实践：准备实验材料，完成学习任务单上的“学习任务六”的硬件连接。
任务：必修一已经学过如何使用流程图描述算法。布置任务，要求学生复习相关内容，绘制交通信号灯流程图。根据流程图，编写程序。 实践：复习绘制流程图的方法，绘制交通信号灯流程图。根据流程图，编写程序，完成学习任务单上的“学习任务六”的软件部分，实现最终效果。
反思总结 经验提升 总结：开源硬件开发平台包括硬件部分和软件部分。其实，制作开源硬件项目并不困难。使用简单的模块指令就可以控制LED。 倾听：观看课件，听教师讲解。 梳理归纳本节课重点。提升学生的学习兴趣，防止学生产生畏难情绪。
能力迁移 举一反三 作业：布置作业，要求学生课后仔细观察身边使用了LED 的装置，利用本节课所学知识，尝试结合相关硬件进行模拟。 倾听：观看课件，了解作业要求。 以作业形式，复习巩固本节课重点内容，提升学生的迁移能力和知识的综合应用能力。

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