资源简介

普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修2
机器人设计与制作
第三章　机器人的控制器
第 二 节 Arduino控制器平台
教学设计
教学背景
党的二十大明确指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”。
机器人是20世纪人类的伟大发明，今天，它不仅能够代替人类登陆火星和潜入几千米以下的深海，还可以不知疲倦地工作在各种生产线上，并服务于我们的日常生活。
关于机器人，我国科学家认为机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。国际标准化组织认为工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。
教学目标：
知识与技能目标:
1.了解Arduino控制器平台的硬件结构。
2.掌握Arduino控制器平台的基本编程方法。
教学内容分析:
机器人是一种能够按照预先设计程序而自动执行工作的机械装置。当前机器人已经大规模地走进工业生产、军事、政府管理、商业应用等领域，它们可以帮助或代替人类完成不同的工作，在各个方面影响着人类的生活。通过本章的学习，让我们来初步了解和认识机器人吧。
控制器是机器人的大脑，它负责收集机器人周围环境及其工作对象的各种有用信息，在程序控制下进行分析判断并做出反应，控制相应执行机构完成相应动作。一般机器人的控制器都是由计算机系统组成，而简易机器人的控制器则主要由称为单片机的微型计算机系统组成。
学情分析:
生活在科技迅猛发展的21世纪，同学们有必要了解一些机器人的知识，因为未来的机器人将对我们的生活和工作产生巨大的影响。
　　自己动手制作机器人是让同学们了解机器人的最好手段。同学们一起进入机器人设计与制作的精彩世界吧。
教学重难点:
了解Arduino控制器平台的硬件结构。
掌握Arduino控制器平台的基本编程方法。
教学策略:
本节课教学主要由教师通过实物和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中发展学生核心素养、培养实践能力、提升创新意识、开阔认知视野；将自主学习、合作学习、探究学习等多种学习方式渗透进学生的学习和教师的教学当中；不断尝试现代教育技术和方法的运用。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
教学过程:
情景倒入:
老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修2第三章　机器人的控制器第 二 节 Arduino控制器平台。
情景
2005年，意大利伊夫雷亚交互设计研究所的老师为了给学生提供一套便宜易用的电子控制实验平台，联合西班牙的微控制器设计师和学生设计出来了一套控制器应用开发平台，取名为Arduino。它包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE），由于它的硬件和软件都是开放的，自问世以来经过无数次的修改和完善，成为世界各地制作爱好者的宠儿。
一、认识Arduino平台主要硬件
观察
观察老师提供的Arduino主板实物，并结合图3-9的图示，认识Arduino主板的主要硬件。
通过观察如图3-9的Arduino核心主板，芯片运行频率是16MHz。板上还有一个与PC机连接的USB接口和28个用于连接外部设备的插孔（或引脚），其中有20个专门用于输入/输出接口，这20个接口中有6个可用来作为模拟输入口，6个可以用来产生脉冲宽度调制（PWM）信号输出口。该主板可用USB接口供电，也可通过外接电源接口供电。
除了主板，Arduino还有各种功能的扩展板，如电机驱动板、各种传感器接口板等，以适应各种实际应用。
二、编写Arduino程序
Arduino的编程有以下两种方式。
1．编写代码方式
Arduino核心主板的代码编程可以利用很多种开发环境来实现，例如Arduino的官方提供的开源Arduino IDE，可以完成程序代码编写、编译和上传，它基于Processing IDE进行开发，当进入Arduino IDE界面后，选择好对应的开发板类型就可在其编程界面直接输入C语言程序并进行编译上传。
2．图形化界面方式
尽管Arduino上手非常简单，只要学一些简单的入门编程知识，就能快速使用。但是，对于初学者来说，代码编程仍然存在着一定的技术难度，所以现阶段出现了大量易学易懂的图形化编程软件，例如Google Blockly、Scratch、Ardublock、Webduino和Mixly等。
使用图形化编程环境可轻松通过程序块的拖选、连接，修改对应的参数来实现对程序的设计，完成后对程序进行“编译”就可以“上传”到Arduino开发板当中。
实践
制作一个简易流水灯
利用Arduino制作一个简单的流水灯，让3个LED灯依次亮起，形成流水的效果。使用的材料有Arduino开发板、面包板、导线、LED灯和电阻等（图3-10）。
方法指导
1．硬件的连接
如图3-11所示进行接线。把3个LED灯的负极对应接入到 Arduino 主板的2、3、4号数字输入/输出引脚中，它们的正极接在一起后通过一个300~5002的电阻接到Arduino主板的电源上（VCC）。
2．软件的分析和设计
要使3个LED灯完成流水效果， 最关键就是让LED灯按顺序依次亮起，它们的亮灭关系如表3-2所示。
表3-2 LED灯状态
状态 LED灯1 LED灯2 LED灯3
状态1 亮 灭 灭
状态2 灭 亮 灭
状态3 灭 灭 亮
利用程序分别实现这3种亮灯的状态，并使它们之间加入一点延时，以便于观察，即可完成流水灯的制作。程序设计的流程图如图3-12。
3.程序的编写
（1）方法一。根据程序流程图，利用图形化的编程环境对程序进行编写，按照硬件的连接方式，当Arduino的引脚输出低电平时，LED灯亮；当输出高电平时，LED灯灭，如图3-13所示。
（2）方法二。用编写代码方式对Arduino进行编程：
程序设计完成后需要对程序进行编译，才能上传到Arduino开发板中。上传成功后可以看到3个LED灯每隔1s依次亮起的效果，如图3-14所示。
板书设计
第 二 节 Arduino控制器平台
一、认识Arduino平台主要硬件
二、编写Arduino程序
1．编写代码方式
2．图形化界面方式
教学反思
通用技术
选择性必修2
电子控制技术
普 通 高 中 教 科 书
主 编 刘琼发
副 主 编：李 榕 周卫星 朱美健 席春玲
本 册 主 编：李 榕
本册副主编：郑永驹 钟清华
编 写 人 编：
张百睿 李 榕 郑永驹 钟清华　周 嘉 龚泽祥 胡智豪
广东教育出版社
广东科技出版社

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