资源简介 《信息技术-开源硬件项目设计》教案课 题 第2章开源硬件项目剖析2.3通信模块与扩展板 课 型 班课 课 时 1授课班级 高一1班学习目标 理解扩展板的功能和必要性:学生应能解释扩展板如何扩充核心板的功能和引脚数量,以及其在开源硬件项目中的重要性。 了解扩展板的兼容性和接口类型:学生应理解不同核心板和扩展板间的兼容性问题,以及如何根据核心板的引脚布局选择合适的扩展板。 认识大功率驱动模块的类型和应用:学生应能区分不同类型的大功率驱动模块(如继电器、电机驱动模块),并了解它们在开源硬件项目中的应用实例。 学习使用电机驱动模块:学生应掌握如何使用电机驱动模块(例如L298模块)来控制直流电机,包括驱动电流的理解及电路的基本配置。学习重难点 教学重点 2.3.1 通信模块 串口通信的基本概念和设置:理解串口通信作为点对点通信方式的基本原理,学习如何通过转换模块(例如蓝牙、WiFi)实现无线数据传输。 波特率的设定和编程实现:掌握如何设置串口通信的波特率以匹配不同设备间的通信需求,并能通过编程实现波特率的调整。 I2C通信的特性与应用:了解I2C接口的特点,包括单线数据发送/接收和无需设置波特率的时钟线协调机制,以及如何在开源硬件项目中利用I2C总线连接多个设备。 核心板与通信模块的连接方法:熟悉核心板上TXD和RXD引脚的使用,及其与蓝牙等通信模块的连接方式。 2.3.2 扩展板 扩展板的作用与连接方式:认识到扩展板在增加核心板功能和引脚数量方面的重要性,并学会如何将扩展板堆叠接插到核心板上。 开源硬件的规范与兼容性:理解开源硬件开发中遵循的统一规范,以及如何根据这些规范选择合适的扩展板。 大功率驱动模块的必要性和应用:明白核心板输出电流的限制,并学习使用继电器和电机驱动模块来控制高功率设备。 教学难点 2.3.1 通信模块 串口与I2C通信的区别和选择:学生可能难以理解串口和I2C两种通信方式的差异及适用场景,选择恰当的通信方式进行项目设计将是一大挑战。 波特率的编程设置:对于初学者来说,理解波特率的概念及其在串口通信中的重要性,并通过编程正确设置波特率可能会比较困难。 蓝牙模块的实际连接和配置:实际连接蓝牙模块到核心板,并进行必要的配置以实现无线通信可能会对初学者构成挑战。 2.3.2 扩展板 扩展板的引脚扩展和功能扩充理解:学生可能难以完全理解扩展板如何通过引脚扩展来实现功能的增加,尤其是在面对多样化的传感器和模块时。 兼容性问题和实际应用:选择合适的扩展板以兼容不同的核心板,并在实际项目中应用,可能会因为缺乏经验而遇到困难。 大功率驱动模块的使用和电路设计:理解和应用继电器和电机驱动模块来设计电路,以控制高功率设备,这需要一定的电路设计知识和实践经验。教学方法 理论讲解与实际案例结合:在介绍通信模块和扩展板的基本概念时,结合了具体的应用案例(如使用蓝牙模块实现手机控制开源硬件),以帮助学生更好地理解抽象概念。 图示辅助教学:通过示意图(如图2.3.2至图2.3.10)来展示模块的连接方式、电路设计等关键信息,使学生能够直观地理解教学内容。 代码示例:提供了设置串口通信波特率的示例代码,让学生不仅理解理论,还能学会如何在实际编程中应用这些设置。 比较分析法:教学中对串口通信和I2C通信进行了对比,突出它们的区别和各自的特点,这有助于学生根据实际需求选择最合适的通信方式。 问题引导法:在讲解过程中可能穿插问题,引导学生思考,例如询问学生为何需要使用扩展板以及如何选择合适的通信模块,以促进学生的主动学习和深入思考。 实操演示:虽然课程内容为理论教学,但通过详细讲解模块连接和配置步骤,为实际操作提供了清晰指导,使学生能够将理论知识应用于实践操作中。 知识归纳与总结:在每个小节的末尾,对关键点进行归纳和总结,帮助学生巩固和梳理知识点。 互动式教学:课堂上鼓励学生提问和讨论,特别是在讲解扩展板兼容性和大功率驱动模块的应用时,通过互动解决学生的具体疑惑。 逐步递进法:从基本的通信模块讲起,逐步过渡到更为复杂的扩展板和大功率驱动模块,确保学生能够跟随课程节奏,逐步构建起完整的知识体系。 跨学科教学:在讲解通信模块和扩展板的同时,融入了电子学、计算机科学和工程实践等多个学科的知识,培养学生的跨学科思维能力。课前准备 教案准备:详细编写教案,包括教学目标、教学内容、教学方法、作业布置等,确保课程结构清晰,内容完整。 教学材料和资源: 准备教学PPT,包含通信模块和扩展板的理论知识、应用案例、图示等。 收集并整理相关的代码示例,如串口通信波特率设置的代码。 准备示意图和电路图,如蓝牙模块连接图、I2C总线设备连接示意图等,以辅助讲解。 教学工具检查: 确保电脑、投影仪等教学设备功能正常,以便顺利展示电子课件。 准备白板和标记笔,用于即时绘图或强调重点。 实践演示准备: 如果课程包含实践演示,提前准备好相关的开源硬件、通信模块和扩展板。 测试所有演示用的设备和模块,确保它们在课堂上能够正常工作。 学生预备知识调研: 了解学生的基础知识水平,尤其是他们在电子学和编程方面的背景,以便调整教学内容和难度。 互动环节设计: 设计课堂问题和讨论主题,鼓励学生参与互动,提高课堂活跃度。 准备小组讨论或实验操作指导,促进学生之间的合作学习。 作业和评估准备: 设计相关的课后作业,如理论题和实践题,以巩固学生的知识。 准备评估标准,以便课后对学生的作业和课堂表现进行评价。 备份计划: 准备教学计划的备份方案,以应对突发情况,如技术故障或时间调整。 知识更新: 查阅最新的开源硬件和通信技术资料,确保教学内容紧跟技术发展。 课堂管理准备: 如果有在线教学部分,测试网络教学平台的功能,确保远程教学顺利进行。 准备课堂规则和学习指南,帮助学生快速进入学习状态。教学媒体 PPT幻灯片:包含通信模块和扩展板的理论基础、实际应用案例、电路图示和代码示例,用于在授课过程中提供视觉辅助和重点强调。 教学示意图:如蓝牙模块与核心板的连接示意图(图2.3.4)、I2C总线设备连接示意图(图2.3.5)以及电机驱动模块示意图(图2.3.10),帮助学生直观理解硬件配置和工作原理。 代码示例:提供设置串口通信波特率的示例代码,使学生了解如何在实际编程中应用所学知识。 视频或动画演示:如果有,可以展示通信模块和扩展板的实际运作,尤其是蓝牙通信和I2C通信的动态过程,以增强学生的直观理解。 实物展示:展示实际的核心板、通信模块(如蓝牙串口模块)、扩展板和大功率驱动模块(如继电器和电机驱动模块),让学生看到和触摸实物,增加实操体验。 互动工具:如使用响应系统或在线问答平台,鼓励学生提问和参与讨论,提高课堂互动性。 实验工具包:如果课程包括实验环节,需要准备相关的实验材料,如开源硬件套件、传感器、连线等,供学生实践操作。 教学手册或指导书:为学生提供详细的教学材料,包括理论知识、实验步骤和注意事项,作为课后复习和实验指导。 网络资源链接:提供相关的在线资源链接,如开源硬件社区、技术文档和教程,以便学生自主学习和深入研究。 板书:在教学过程中,使用黑板或白板记录关键点和学生提出的问题,促进学生笔记的整理和重点的回顾。教学过程教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图活动一: 创设情境 生成问题 开始课程以一个实际案例启动,如展示一个使用蓝牙模块控制开源硬件的演示视频,引起学生的兴趣。 提出引导性问题,例如:“大家觉得这个设备是如何通过手机进行控制的?” 观看视频,思考并回答教师提出的问题。 讨论可能的通信方式和模块的使用。 激发学生的兴趣,让学生在真实情境中理解通信模块的应用。 引导学生思考并识别通信技术在生活中的应用。活动二: 调动思维 探究新知 介绍串口通信的概念、特点和应用场景。 通过PPT展示串口通信的基本原理和相关电路图(如图2.3.4所示)。 解释串口通信中波特率的概念,并展示如何设置(如代码示例)。 听取介绍,参与互动提问。 观察电路图,理解串口通信的连接方式。 分析代码,理解波特率的设置方法。 提供基础知识,确保学生对串口通信有基本的了解。 通过可视化工具和代码示例,促进学生的理解和记忆。活动三: 调动思维 探究新知 详细介绍I2C通信方式,与串口通信进行对比,强调其特点和优势。 展示I2C通信的电路图(如图2.3.5和图2.3.6所示),并解释地址和时钟线的作用。 展示扩展板的应用示例,如传感器扩展板和大功率驱动模块的应用(如图2.3.7至图2.3.10所示)。 主动学习I2C通信的特点,与串口通信进行比较。 观察和分析I2C通信的电路图,了解其工作原理。 通过实例学习扩展板和驱动模块的应用。 通过对比和实例,帮助学生深入理解I2C通信的特性和应用场景。 利用具体案例提高学生的实践能力和创新思维。活动四: 巩固练习 素质提升 布置练习任务,如设计一个简单的通信系统,要求使用至少一种通信模块和扩展板。 提供实验材料,指导学生进行小组合作。 分组讨论设计方案,确定使用的模块和扩展板。 动手搭建通信系统,进行测试和调试。 通过实际操作,巩固学生对通信模块和扩展板的理解和应用能力。 培养学生的团队合作精神和解决问题的能力。课堂小结 作业布置 课堂小结 通信模块:我们学习了串口通信和I2C接口两种通信方式,了解了它们在开源硬件项目中的重要性。串口通信是一种点对点的通信方式,适用于简单数据传输。I2C接口允许多个设备在单一总线上进行通信,适合复杂设备间的信息交换。 无线通信模块:探讨了蓝牙和WiFi模块如何通过串口实现无线数据传输,为开源硬件增添远程控制功能。 扩展板:扩展板的作用是扩充核心板的功能和引脚数量,支持连接更多类型的传感器和执行器。讨论了扩展板与核心板的兼容性,以及如何通过扩展板增加核心板的功能性。 大功率驱动模块:学习了继电器和电机驱动模块的基本原理和应用,理解了它们在驱动高功率设备中的重要性。 实践应用:通过实例和演示,我们了解了如何将这些模块和扩展板应用到实际的开源硬件项目中,包括智能家居和自动控制系统。 作业布置 作业一:设计一个使用至少一种通信模块(串口或I2C)和一个扩展板的开源硬件项目方案。需包括项目的基本描述、使用的模块和扩展板类型、以及这些组件如何相互作用来实现项目目标。 作业二:编写一段代码,设置Arduino与一个蓝牙模块之间的串口通信。确保包括正确的波特率设置,并简要解释代码的工作原理。 作业三:基于今天学习的内容,找出一个实际生活中的问题,提出一个使用通信模块和扩展板解决该问题的方案。描述问题、解决方案、所需材料和预期结果。板书设计 2.3 通信模块与扩展板 2.3.1 通信模块 现代通信特点:速度快、多样化、大容量、无地域限制 串口通信方式: 点对点通信 通过转换模块实现无线传输(蓝牙、WiFi) 连接示意图(如图2.3.4) I2C通信方式: 一条线完成发送和接收 无需设置波特率,有时钟线协调数据传送 支持多达127个设备 连接示意图(如图2.3.5) 2.3.2 扩展板 作用:扩充核心板功能和引脚数量 特点: 与核心板引脚布局一致 可实现引脚扩展,连接更多设备 传感器扩展板:常用外围模块,兼容多种核心板 连接方式: 直接插拔或特殊接口连接(如图2.3.8) 大功率驱动模块 继电器: 弱电控制强电,如图2.3.9所示 电机驱动: L298电机驱动模块,驱动电流最大2A,如图2.3.10所示教学反思 2.3.1 通信模块 在本次课程中,我深入讲解了现代通信的多种方式,包括电话、电报、传真和互联网等,强调了这些通信方式速度快、信息承载多样化、传递量大且不受地域限制的特点。通过具体实例,如蓝牙和WiFi转换模块,我向学生展示了串口通信如何在开源硬件项目中实现无线数据传输,这增加了课程的实用性和互动性。 在讲述串口通信时,我详细介绍了串口的发送端(TXD)和接收端(RXD)的概念,并通过图示帮助学生理解核心板与蓝牙模块之间的连接方式。此外,我还解释了设置波特率的重要性,并提供了示例代码,让学生能够在实践中应用这些理论知识。 I2C通信部分,我指出了它与串口通信的不同点,即数据的发送和接收在一条线上完成,且无需设置波特率。通过展示I2C总线的容量和设备地址的概念,学生能够理解I2C在多设备通信中的应用。 2.3.2 扩展板 在介绍扩展板时,我强调了其扩充核心板功能和引脚数量的能力,这对于连接多个设备至关重要。通过讲解不同类型传感器的扩展板,我展示了开源硬件的灵活性和多样性。此外,我还讨论了扩展板与核心板的兼容性问题,例如虚谷号与Arduino的兼容性,这有助于学生在实际项目中选择合适的组件。 对于大功率驱动模块,我详细讲解了继电器和电机驱动模块的原理和应用,特别是如何通过这些模块来控制高功率设备。通过L298电机驱动模块的例子,学生能够了解到实际电路设计中的一些考虑因素。 教学效果与改进 整体上,学生对通信模块和扩展板的理解和兴趣较高,特别是在实际操作和示例代码演示时。然而,我也发现了一些需要改进的地方: 更多互动环节:在未来的课程中,可以设计更多的互动环节,如小组讨论或实验,让学生亲自尝试配置和使用这些模块。 深化理论与实践结合:尽管提供了代码示例,但部分学生仍然感到难以理解。因此,可以增加更多关于编程逻辑和电路设计的深入讲解。 案例研究:可以通过分析真实项目中的通信和扩展板应用案例,增强学生的应用能力。 总之,本次课程成功地介绍了通信模块和扩展板的基本概念和应用,但仍需不断优化教学方法,以更好地满足学生的学习需求。 展开更多...... 收起↑ 资源预览