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 秋季
课题 1.3 开源硬件的经典案例
教学目标
1. 了解开源硬件的四个经典案例 2. 能够列举生活中开源硬件的常见应用，并给出实例 3. 理解开源硬件对信息技术创新的意义和价值，思考开源硬件在技术发展过程中的作用及影响
教学内容
教学重点： 1. 了解开源硬件四个经典案例。
教学过程
按照教材安排，对开源硬件四个经典案例进行介绍，详案如下： 一、通过创客视频引入开源硬件的主题 （播放视频：2021上海创客嘉年华） 师：同学们，我们刚刚随着一位创客的视角参观了2021年上海创客嘉年华，在这个嘉年华中大家可以看到很多有趣新颖的创客作品，比如各种各样的3D打印模型、无人驾驶的智能小车、科技感满满的机器人等等，创作这些作品的有男生有女生，有小朋友有中年人，不拘于性别，不拘于年龄，每个人都可以参与其中。这是因为随着开源硬件的发展与普及，开源硬件项目技术开发的门槛不断降低，越来越多的人可以参与开发各种开源硬件项目。在这个过程当中，涌现出的很多优秀的案例，不仅为大众实现自己的梦想提供了可能的途径，还助推了信息技术的进步，影响了社会的方方面面。 接下来我们来了解开源硬件的四个经典案例，分别是RepRap项目、OpenPilot项目、Tabby项目和HCR项目。 二、RepRap项目 1. 介绍RepRap打印机 师：第一个项目是RepRap项目，RepRap项目属于开源3D打印项目。RepRap打印机是世界上首次出现的能够自我复制、能够打印塑料实物的3D打印机。大家请看下面的图片，这张图片中有两台3D打印机，图片右边的打印机其实是由左边的打印机复制而来的。大家可能会好奇：RepRap打印机是怎么进行自我复制的呢？其实大家可以仔细观察图中两台打印机，可以看到打印机结构当中有很多塑料部件，因为RepRap打印机具有打印塑料实物的功能，因此它们可以通过打印大部分自身需要的塑料零件实现自我复制。 2. 介绍RepRap项目的发展历程 师：RepRap项目最早是由英国巴斯大学的艾德里安·鲍耶博士提出来的。因为早期的3D打印机价格极其昂贵而且打印质量很差，所以鲍耶博士萌发了开发自我复制3D打印机的想法，并在2007年3月成功研发了第一台RepRap机器“达文”(Darwin)，随后， 鲍耶博士便把“达尔文”的安装过程和相关文件及程序源码，通过社区平台进行开源。RepRap项目先后发布了4个版本的3D打印机，分别是：2007年3月发布的 “达尔文”,2009年10 月发布的 “孟德尔”(Mendel)2010年发布的“Prusa Mendel”,以及同年发布的“赫胥黎”(Huxley)。研发者采用生物学家的名字来命名，寓意“复制和进化”，这也是RepRap打印机的实质。 3. 介绍3D打印的应用 师：得益于 RepRap项目的开源，很多人进行了3D打印机的调试和迭代实践。3D打印机的价格也越来越低，稳定性越来越好，精度越来越高，3D打印应用领域也越来越广。比如在建筑领域，传统的房屋搭建需要耗费比较长的工期，而3D打印模块搭建房屋可能从生产到搭建只需要十几天的时间，因此我们可以通过3D打印房屋进行模块化搭建，省时省力。在工业领域，3D打印可以有效减轻结构重量、提高制造效率、降低生产成本。在医疗领域，从最初的医疗模型快速制造逐渐发展到3d打印直接制造助听器外壳、植入物、复杂手术器械。从打印没有生命的医疗器械发展到打印具有生物活性的人工组织、器官，3D打印已成为医疗行业应用必不可少的部分。 三、OpenPilot项目 1.介绍OpenPilot项目 师：第二个项目是OpenPilot项目，OpenPilot项目是一个著名的开源飞控项目。那么什么是开源飞控呢？开源飞控也叫做OpenPilot，其实就是指建立在开源思想基础上的自动飞行控制器项目。OpenPilot最大的特点是硬件架构简单，且支持多种硬件，所以利用OpenPilot可以快速制作多旋翼飞行器、直升机、固定翼飞机。 2．无人机与OpenPilot项目 师：受OpenPilot影响最大的应该就是无人机了。虽然早在1935年， “蜂后”式无人机的出现已经开启了无人机时代，但是由于无人机的研发需要非常专业的知识，且无人机往往只用于军事用途，在后来很长的一段时间里，研发进展缓慢。近几年无人机之所以能快速普及, 很大程度上得益于开源飞控的发展。 3. 介绍OpenPilot应用 师：现在，从很多方面的应用中都能看到OpenPilot的影子，如供人道主义搜索和搜救使用的空中平台，供摄影师使用的航空摄影平台，用于科学探究活动的科研平台，以及航模爱好者的DIY (Do It Yourself,自己动手制作)平台。最两年无人机表演也特别火，让我们来欣赏一下吧（播放视频：无人机表演） 四、 Tabby项目 1. 介绍Tabby项目 师：第三个项目是Tabby项目，Tabby是意大利的汽车制造公司Open Source Vehicle (OSV)设计开发的全球首款开源DIY汽车，据说该车的组装无须特殊工具，无论是2轮或3轮、2座或4座，高尔夫车还是敞篷车，用户都可以按照自己的意愿组装或改装，最高时速可达 85千米。依据Tabby项目，用户只需购买一些基础零件， 根据组装指南便可以在一小时内自行组装出一辆汽车。我们来看一下它的组装过程吧。（播放视频：开源汽车Tabby） 五、 HCR项目 1. 介绍HCR项目 师：最后一个项目是HCR项目，HCR（Home Care Robot）是一款开源的家庭移动机器人。HCR最大的特点是采用Arduino开源硬件作为主控器， 硬件层面全部开源，包括机械结构设计。HCR支持高达30多种不同的传感器， 具有非常好的延展性。 2. 介绍HCR项目的发展历程 师：起初，商用移动机器人平台由于价格高昂无法让更多的爱好者进入这个领域。2008年，中国的几位创客发布了HCR（Home Care Robot，家庭移动机器人）开源项目。HCR项目通过社区的方式召集开发人员开发完成。2014年， HCR被麻省理工学院和斯坦福大学的计算机课程选为标准的开发平台。2016年, HCR被英特尔选用, 成为 Intel RealSense的第一台展示样机。HCR还广泛应用于移动机器人的学术研究和商用开发中。 六、布置课后练习 我们已经了解了开源硬件的四个经典案例，请同学们在课后进行思考与练习： 1.查阅资料，列举开源硬件项目在智能家居中的应用，并选择一个典型案例进行描述。 2.了解了这么多的开源硬件项目，你是否有创造的冲动？认真思考后说说你想做一个怎样的开源硬件项目，并说明该项目应用的具体场景。
备注：教学设计应至少含教学目标、教学内容、教学过程等三个部分，如有其它内容，可自行补充增加。

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