资源简介

(共42张PPT)
《创意无限——认识开源电子平台》
河北大学版初中版第二册
内容总览
教学目标
01
学习任务
02
任务分析
03
操作指南
04
任务小结
05
知识链接
06
目录
08
07
课堂练习
课堂总结
09
板书设计
10
课后作业
教学目标
1.信息意识：建立将学习Arduino开源电子平台的方法应用到学习中的意识；
2.计算思维：培养使用传感器技术解决机器人的实际问题的思维方式；
3.数字化学习与创新：增强使用信息技术制作机器人及其相关知识技能；
4.信息社会责任：在信息社会学习中，提高道德文化素养。
新知导入
Web2.0时代，开放和开源软件与硬件成为创客推动物联网和智能硬件发展的巨大动力。个性化、定制化及时尚化的智能设备已经成为人们日常生产、生活中的重要组成部分。我们比较熟悉的智能手机、平板电脑的Android系统就是开源软件之一。目前比较流行的开源硬件有很多，如Arduino、Raspberry Pi、Beagle Bone等。
新知讲解
随着机器人技术的飞速发展，以研究、开发、制造、应用机器人为核心，融合机械工程、电子工程、计算机科学、传感与控制等学科的机器人教育便应运而生，成为现代科技领域又一个重要的研究分支。
新知讲解
机器人的研发领域是非常广泛的，人们正在不断开拓思路，将各种形式的机器人应用到各种不同的领域和行业中。
机器人分拣
新知讲解
拓展延伸
机器人的种类：
1.工业机器人
2.服务机器人
3.并联机器人
4.智能机器人
5.娱乐机器人
6.搬运机器人
7.焊接机器人
8.感觉控制型机器人
9.医疗机器人
10.适应控制机器人
新知讲解
开源机器人（Open Source Robotics)是以开放形式为主体提供设计主题的物理工件。这类机器人利用的是开源硬件和免费开源软件提供的范本和源代码。Arduino就是拥有便捷灵活、简单易用的硬件和软件系统，通过主机板采集到不同传感器输入的信息后，触发编制的程序，控制声音、光源、电机等设备进行相应工作的开源电子原型平台。
在本章，我们来一起认识一下Arduino UNO，了解常见的传感器，通过简单的编程设计能完成简单任务的机器人，感受科技发展对社会生活的影响。
新知讲解
学习任务
开源软、硬件平台是制作创意产品离不开的工具。本节，我们一起来了解，要设计一个简单的机器人需要用到哪些器材或者哪些开源的电子平台和器件；以Arduino开源电子平台为依托进行产品创意，并说明基本模块应用在你的产品上可以解决什么问题。
新知讲解
拓展延伸
开源软件：
开源软件 (OSS) 是一种去中心化的开发模型，它公开分发源代码以进行开放式协作和对等生产，称为“开源方式”。 开源软件与闭源软件 开源方式是在开源社区内进行思考和协作的一种形式。
新知讲解
拓展延伸
开源硬件：
开源硬件 ，即Open Source Hardware，是一个指有形的造物：机器、设备或者其它物理东西的术语——其设计向公众发布，任何人可以制造、修改、分发并使用那些造物。 ” 随着物联网和电子技术的发展，现在越来越多的硬件开始开源了，也许在你身边用到的某一块主控板就是开源硬件。
新知讲解
任务分析
时下创客们可用的开源软、硬件非常多，同学们可以利用网络了解一下，并整理一份可选清单。
开源软、硬件种类虽多，但有其共同的特点。我们可以选择一款便捷、易学的开源电子平台，如Arduino，来认识和体验一下。Arduino现在主要应用于智能家居、智能能源、智能交通、智能医疗、智能楼宇及智能农业等多个领域。
新知讲解
它能通过各种传感器来感知环境，并根据环境的变化来控制灯光、马达和其他装置。由于Arduino是开源的，针对它的编程平台有很多，如官方网站（http://www.arduino.cc)的Arduino IDE、在Arduino IDE环境下的可视化编程插件ArduBlock教育版、Mixly图形化编程软件、Linkboy图形化编程软件等。这里，我们选择了Linkboy编程软件，主要看中其具有计算机模拟仿真功能，对于没有实际器材或器材较少的情况，也可以实现仿真体验。
新知讲解
使用Linkboy，可以在编程平台模拟实物连接控制板及相应的输入模块和输出模块，并针对各部分进行程序设计，然后在计算机上模拟仿真程序运行状态。如果一切按设计要求运行正常，即可将程序下载到控制板中，完成真实控制板，输入模块和输出模块的连接；如果程序未能按设计要求运行，可针对问题进行完善，直至问题得到解决。
新知讲解
操作指南
1.器材准备
Arduino UNO控制板及相应功能模块、Linkboy软件。
2.产品创意简单说明
对产品的创意进行简单说明，也可以画图进行说明。
新知讲解
3.认识Arduino的基本构成部件
开源Arduino家族通常划分为输入、控制器、输出三部分。Arduino UNO是Arduino系列中的主要开发板，适用于不同级别的用户。
新知讲解
（1）控制器是开源Arduino的核心部分，就像人体的大脑，可以通过编写程序赋予它思维能力。如图所示，为Arduino UNO控制板。
新知讲解
（2）输入部分包括按钮和各种传感器，传感器可以检测温度、火焰、声音等，就像人体的眼睛、皮肤等器官，可以感受到某些信息。通过产品说明或网络搜索相关信息完成表。
新知讲解
输入部分传感器模块功能及其应用
设备或器材 名称 功能 应用（产品创意）
MIC声音传感器模块 可以将声音大小转换成相应的模拟信号输出, 录音机、声控照明灯
火焰传感器模块 搜寻火源 消防、工业等方面
气体传感器模块 将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。 微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术等。
整齐传感器模块 多功能检测 环境检测
温湿度传感器模块 将温度和湿度信号采集出来，最后输出。 工业湿度传感器等。
新知讲解
(3）输出部分主要有显示、发声、电动机和舵机四大类，主要通过LED灯、点阵、数码管、液晶显示屏进行显示，通过蜂鸣器发出声音，通过控制器控制电动机、舵机的运行。通过产品说明或网络搜索相关信息完成表。
新知讲解
输出部分模块功能及其应用
设备或器材 名称 功能 应用（产品创意）
液晶显示模块 可显示图像、文字或其他信息 液晶电视
LED数码管模块 可显示图案及文字，并可播放不同格式的视频文件。 可用大楼，道路，河堤轮廓亮化
发光二极管模块 可以用于指示、显示、通信、辐射图形、吸收光等。 照明、电子显示，信号指示灯。
蜂鸣器模块 对显示对象选择模块的显示数据输出信号进行数码管显示。 计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具。
舵机、电动机模块 可以控制电机的旋转角度,并通过反馈信号来保持稳定的位置。 机器人模型控制
新知讲解
(4)输入/输出扩展板，如图所示。
新知讲解
4.安装Linkboy软件
(1)下载编程平台。
访问http://www.linkboy./index.html官网平台，在主页中选择“软件下载”链技，选择与计算机操作系统相匹配的软件版本下载即可。
新知讲解
(2)启动软件。
解压后，打开软件文件夹，如图所示，无须进行安装操作，直接双击Linkboy图标 即可启动软件。
新知讲解
(3）Linkboy软件启动成功后，便进入了编辑环境。Linkboy的编辑环境分为标题栏、标签栏和编程区三个功能区域如图所示。
新知讲解
①标题栏。在标题栏区域，包含针对文件操作、窗口调整及系统设置等内容的快捷图标，如图所示。
新知讲解
②标签栏。鼠标单击相应标签，如图1所示，会弹出对应的内容列表信息，分别是:控制指令标签、元素标签、传感器模块标签。如图2所示。
图1
图2
新知讲解
控制指令标签：包含了逻辑流程类指令及条件判断、数学运算、模块功能等指令，通过拖拽这些指令可以组合实现各种复合功能。
元素标签：包含了注释框各数值量、条件量、图量、音乐量等变量，通过这些变量可以存储一些临时数据以及打开系统预定义音乐文件、自定义图片等。
传感器模块标签:这是该款软件最重要的部分，包含有大量的电子模块、软件功能模块，拖拽所需要的模块，然后使用指令序列控制这些模块，可以轻松做出各类互动作品。
新知讲解
③编程区。启动软件后，界面的中间部分就是编程区，在其中可以完成内置硬件拖拽、连接、编写程序和仿真模拟操作。
5.软件体验
按照最初的创意，试一试拖动相应的模块进入编程区，尝试仿真模拟程序设计。
新知讲解
任务小结
生活中我们会遇到各种各样的机器人，它们给我们的学习和生活带来了极大的方便与乐趣。本节，我们认识了用来按照自己的想法设计机器人的器材。为了进一步拓展我们的创意空间，我们再来讨论一下:
（1）我们能遇到什么样的机器人 它们各自具有什么功能？
（2）这些机器人都使用了哪些传感器，能完成哪些特定的任务？
新知讲解
生活中我们最常见到的机器人有扫地机器人、送餐机器人、早教机器人等，这些机器人大大提高了人们生活的便捷程度。也让我们深深感受到科技的力量！
新知讲解
接下来，我们一起观看视频，认识一下机器人都使用到哪些传感器，以及它是如何工作的。
新知讲解
知识链接
1.什么是机器人
机器人一词首次出现是在1920年捷克剧作家卡雷尔·恰佩克发表的科幻剧《罗萨姆的万能机器人》中，意思是“强制性劳动”。如果它存有自动控制的程序，还有一定的结构形态，且具有完成一定动作的能力，那么这个“它”已经具备了机器人的基本特征。
新知讲解
2.什么是Arduino
Arduino是一款便捷灵活的开源电子原型平台。它主要包括一系列各种型号的Arduino控制板及基于控制板相关电子设备模块的硬件。Arduino IDE是官方开发的软件，不仅提供了基础功能库，还备有海量的项目资源。
新知讲解
3.数字输入/输出信号
所谓数字输入/输出信号是指，接收和发送的信号只能是0或1，这两种信号代表截然相反的两种状态。如LED灯亮和灭的两种情况这样的信息，就可以用1来表示亮，0来表示灭。Arduino UNO控制板上的0~13、A0-A5端口可以进行数字信号的输入、输出。
新知讲解
4.模拟输入/输出信号
它与数字输入/输出信号不同的是，模拟输入用0~1023共1024个级别来表示信号的输入状态，如音量从无声到最大音量的变化过程。模拟输出也类似，它是用0~255共计256个级别来表示信号的输出状态，如一盏LED灯由灭逐渐变亮直到最亮的变化效果。Arduin UNO控制板上A0~A5端口可以接收模拟信号的输入，提供PWM(脉冲宽度调制）功能的数字端口3、5、6、9、10、11也可以输出模拟信号。
课堂练习
基于以上的学习内容，同学们请以“扫地机器人”为例，说说“扫地机器人”都运用了哪些传感器，这些传感器是如何运作的。
课堂总结
1.学习了机器人是由软件和硬件共同构成；
2.下载学习Arduin软件，了解机器人所使用到的各种类传感器；
3.能够利用所学的知识，分析生活中机器人使用的传感器。
板书设计
认识机器人
机器人使用的传感器
Arduin软件的学习使用
作业布置
请同学们回去搜集资料，深入学习一下机器人除了使用传感器来控制，还使用到哪些软件或硬件，下节课一起跟同学们分享你的学习成果。
谢谢
21世纪教育网（www.21cnjy.com)
中小学教育资源网站
兼职招聘：
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin中小学教育资源及组卷应用平台
信息技术《创意无限——认识开源电子平台》教学设计
课题 《创意无限——认识开源电子平台》 单元 四单元 学科 信息技术 年级 八年级
教材分析 《创意无限——认识开源电子平台》这一主题活动来自学生对机器人制造的了解和学习，不仅使用硬件也使用软件，学习使用Arduino开源电子平台学习各种传感器，了解了机器人制作是由各种传感器所形成，也学会分析一种机器人的组成和作用，这对于提高学生知识技能有很大帮助。
学习目标 1.信息意识：建立将学习Arduino开源电子平台的方法应用到学习中的意识；2.计算思维：培养使用传感器技术解决机器人的实际问题的思维方式；3.数字化学习与创新：增强使用信息技术制作机器人及其相关知识技能；4.信息社会责任：在信息社会学习中，提高自己的道德文化素养。
重点 掌握机器人制作的各种传感器
难点 利用所学的知识分析，任意种类机器人的组成和作用
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 导入：师：Web2.0时代，开放和开源软件与硬件成为创客推动物联网和智能硬件发展的巨大动力。个性化、定制化及时尚化的智能设备已经成为人们日常生产、生活中的重要组成部分。我们比较熟悉的智能手机、平板电脑的Android系统就是开源软件之一。目前比较流行的开源硬件有很多，如Arduino、Raspberry Pi、Beagle Bone等。 学生了解开源软件和硬件是推动网络发展的重要部分 增加学生知识技能
讲授新课 随着机器人技术的飞速发展，以研究、开发、制造、应用机器人为核心，融合机械工程、电子工程、计算机科学、传感与控制等学科的机器人教育便应运而生，成为现代科技领域又一个重要的研究分支。机器人的研发领域是非常广泛的，人们正在不断开拓思路，将各种形式的机器人应用到各种不同的领域和行业中。 拓展延伸机器人的种类：1.工业机器人2.服务机器人3.并联机器人4.智能机器人5.娱乐机器人6.搬运机器人7.焊接机器人8.感觉控制型机器人9.医疗机器人10.适应控制机器人开源机器人（Open Source Robotics)是以开放形式为主体提供设计主题的物理工件。这类机器人利用的是开源硬件和免费开源软件提供的范本和源代码。Arduino就是拥有便捷灵活、简单易用的硬件和软件系统，通过主机板采集到不同传感器输入的信息后，触发编制的程序，控制声音、光源、电机等设备进行相应工作的开源电子原型平台。在本章，我们来一起认识一下Arduino UNO，了解常见的传感器，通过简单的编程设计能完成简单任务的机器人，感受科技发展对社会生活的影响。学习任务开源软件、硬件平台是制作创意产品离不开的工具。本节，我们一起来了解，要设计一个简单的机器人需要用到哪些器材或者哪些开源的电子平台和器件；以Arduino开源电子平台为依托进行产品创意，并说明基本模块应用在你的产品上可以解决什么问题。拓展延伸开源软件：开源软件 (OSS) 是一种去中心化的开发模型，它公开分发源代码以进行开放式协作和对等生产，称为“开源方式”。 开源软件与闭源软件 开源方式是在开源社区内进行思考和协作的一种形式。开源硬件：开源硬件 ，即Open Source Hardware，是一个指有形的造物：机器、设备或者其它物理东西的术语——其设计向公众发布，任何人可以制造、修改、分发并使用那些造物。 ” 随着物联网和电子技术的发展，现在越来越多的硬件开始开源了，也许在你身边用到的某一块主控板就是开源硬件。任务分析时下创客们可用的开源软、硬件非常多，同学们可以利用网络了解一下，并整理一份可选清单。开源软、硬件种类虽多，但有其共同的特点。我们可以选择一款便捷、易学的开源电子平台，如Arduino，来认识和体验一下。Arduino现在主要应用于智能家居、智能能源、智能交通、智能医疗、智能楼宇及智能农业等多个领域。它能通过各种传感器来感知环境，并根据环境的变化来控制灯光、马达和其他装置。由于Arduino是开源的，针对它的编程平台有很多，如官方网站（http://www.arduino.cc)的Arduino IDE、在Arduino IDE环境下的可视化编程插件ArduBlock教育版、Mixly图形化编程软件、Linkboy图形化编程软件等。这里，我们选择了Linkboy编程软件，主要看中其具有计算机模拟仿真功能，对于没有实际器材或器材较少的情况，也可以实现仿真体验。使用Linkboy，可以在编程平台模拟实物连接控制板及相应的输入模块和输出模块，并针对各部分进行程序设计，然后在计算机上模拟仿真程序运行状态。如果一切按设计要求运行正常，即可将程序下载到控制板中，完成真实控制板，输入模块和输出模块的连接；如果程序未能按设计要求运行，可针对问题进行完善，直至问题得到解决。操作指南1.器材准备Arduino UNO控制板及相应功能模块、Linkboy软件。2.产品创意简单说明对产品的创意进行简单说明，也可以画图进行说明。3.认识Arduino的基本构成部件 开源Arduino家族通常划分为输入、控制器、输出三部分。Arduino UNO是Arduino系列中的主要开发板，适用于不同级别的用户。（1）控制器是开源Arduino的核心部分，就像人体的大脑，可以通过编写程序赋予它思维能力。如图所示，为Arduino UNO控制板。（2）输入部分包括按钮和各种传感器，传感器可以检测温度、火焰、声音等，就像人体的眼睛、皮肤等器官，可以感受到某些信息。通过产品说明或网络搜索相关信息完成表。(3）输出部分主要有显示、发声、电动机和舵机四大类，主要通过LED灯、点阵、数码管、液晶显示屏，进行显示，通过蜂鸣器发出声音，通过控制器控制电动机、舵机的运行。通过产品说明或网络搜索相关信息完成表。(4)输入/输出扩展板，如图所示。4.安装Linkboy软件(1)下载编程平台。访问http://www.linkboy./index.html ( http: / / www.linkboy. / index.html )，官网平台，在主页中选择“软件下载”链接，选择与计算机操作系统相匹配的软件版本下载即可。(2)启动软件。解压后，打开软件文件夹，如图所示，无须进行安装操作，直接双击Linkboy图标 即可启动软件。(3）Linkboy软件启动成功后，便进入了编辑环境。Linkboy的编辑环境分为标题栏、标签栏和编程区三个功能区域如图所示。①标题栏。在标题栏区域，包含针对文件操作、窗口调整及系统设置等内容的快捷图标，如图所示。②标签栏。鼠标单击相应标签，如图1所示，会弹出对应的内容列表信息，分别是:控制指令标签、元素标签、传感器模块标签。如图2所示。控制指令标签：包含了逻辑流程类指令及条件判断、数学运算、模块功能等指令，通过拖拽这些指令可以组合实现各种复合功能。元素标签：包含了注释框各数值量、条件量、图量、音乐量等变量，通过这些变量可以存储一些临时数据以及打开系统预定义音乐文件、自定义图片等。传感器模块标签:这是该款软件最重要的部分，包含有大量的电子模块、软件功能模块，拖拽所需要的模块，然后使用指令序列控制这些模块，可以轻松做出各类互动作品。③编程区。启动软件后，界面的中间部分就是编程区，在其中可以完成内置硬件拖拽、连接、编写程序和仿真模拟操作。5.软件体验按照最初的创意，试一试拖动相应的模块进入编程区，尝试仿真模拟程序设计。任务小结生活中我们会遇到各种各样的机器人，它们给我们的学习和生活带来了极大的方便与乐趣。本节，我们认识了用来按照自己的想法设计机器人的器材。为了进一步拓展我们的创意空间，我们再来讨论一下:（1）我们能遇到什么样的机器人 它们各自具有什么功能？（2）这些机器人都使用了哪些传感器，能完成哪些特定的任务？生活中我们最常见到的机器人有扫地机器人、送餐机器人、早教机器人等，这些机器人大大提高了人们生活的便捷程度。也让我们深深感受到科技的力量！接下来，我们一起观看视频，认识一下机器人都使用到哪些传感器，以及它是如何工作的。知识链接1.什么是机器人机器人一词首次出现是在1920年捷克剧作家卡雷尔·恰佩克发表的科幻剧《罗萨姆的万能机器人》中，意思是“强制性劳动”。如果它存有自动控制的程序，还有一定的结构形态，且具有完成一定动作的能力，那么这个“它”已经具备了机器人的基本特征。2.什么是Arduino Arduino是一款便捷灵活的开源电子原型平台。它主要包括一系列各种型号的Arduino控制板及基于控制板相关电子设备模块的硬件。Arduino IDE是官方开发的软件，不仅提供了基础功能库，还备有海量的项目资源。3.数字输入/输出信号所谓数字输入/输出信号是指，接收和发送的信号只能是0或1，这两种信号代表截然相反的两种状态。如LED灯亮和灭的两种情况这样的信息，就可以用1来表示亮，0来表示灭。Arduino UNO控制板上的0~13、A0-A5端口可以进行数字信号的输入、输出。4.模拟输入/输出信号 它与数字输入/输出信号不同的是，模拟输入用0~1023共1024个级别来表示信号的输入状态，如音量从无声到最大音量的变化过程。模拟输出也类似，它是用0~255共计256个级别来表示信号的输出状态，如一盏LED灯由灭逐渐变亮直到最亮的变化效果。Arduin UNO控制板上A0~A5端口可以接收模拟信号的输入，提供PWM(脉冲宽度调制）功能的数字端口3、5、6、9、10、11也可以输出模拟信号。作业布置请同学们回去搜集资料，深入学习一下机器人除了使用传感器来控制，还使用到哪些软件或硬件，下节课一起跟同学们分享你的学习成果。 学生了解机器人制作所使用的工程，初步对机器人有一个了解学生了解机器人的种类学生了解开源机器人的组成学生了解开源的软件和硬件学生了解本节课的学习任务学生认识了解Arduino开源软件的基本构件，了解输入、输出部分都有哪些学生通过下载安装学习Linkboy软件学习机器人组成的传感器学生了解各种指令标签的含义及作用学生观看视频学生掌握“知识链接”的学习内容学生完成课后作业 增加学生知识技能拓展延伸学生知识，让学生了解更多种类的机器人增加学生知识技能拓展延伸学生知识引出接下来的学习内容增加学生知识技能，为实践操作铺垫知识点提高学生知识技能铺垫学生实践的知识通过观看视频，学习机器人所使用到的传感器，学会分析任意种类的机器人增加学生知识技能巩固所学知识
课堂练习 基于以上的学习内容，同学们请以“扫地机器人”为例，说说“扫地机器人”都运用了哪些传感器，这些传感器是如何运作的。 学生完成课堂练习 巩固所学知识
课堂小结 学生总结概括本节课的学习内容 总结概括本节课的学习内容
板书 认识机器人机器人使用的传感器Arduin软件的学习使用
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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