资源简介

《基于Arduino的智能化应用》教学设计
【教学目标】
1.经历智能温湿度检测装置设计的过程，能提出符合设计原则且有一定创造性的构思方案，能用技术语言实现有形与无形、抽象与具体的思维转换。
2.经历智能温湿度检测基本电路搭建的过程，选择Arduino主控板、面包板和DHT11温湿度传感器、LED小灯和蜂鸣器，制作智能监测装置，并进行测试和优化，选择相应的技术试验方法开展试验。
3.经历Arduino图形化编程工具Mixly的设计与运用过程，尝试提出多种智能化应用方案，体悟和谐的人机关系，形成合理、规范的技术意识。
【教学策略设计】
教学情境贴近学生生活实际，通过Arduino技术设计实现智能化控制，采用分组实践的形式，用Arduino主控板、DHT11温湿度传感器、LED小灯和蜂鸣器制作智能温湿度监测装置的设计，开展项目探究，让学生合作探究，通过项目的创意、设计、实践、展示、优化完成知识构建和技术应用。项目实践的过程可以采用“总-分-总”的方式进行。
【教学过程】
环节一：情境导入
教师：学校网络核心机房是学校服务器设备和网络管理保障的重要场所，环境温度上升后，导致电子设备失灵。服务器等设备需要保持制造商规定的温度/湿度范围（22℃、50％），请大家思考如何制作一个简易的温湿度检测及报警装置？?
教师展示学校网络核心机房照片，创设真实的生活场景，引发学生思考如何利用己学知识，实现实际需求。教师引导学生分析温湿度检测的设计原理，思考需要用哪些器材？如何实现？
学生：认真听讲、积极思考、回答问题
【设计意图】
通过创设真实的教学情境，引出本节课的教学内容，激发学生兴趣。结合夏季温湿度环境，让学生发现技术问题的重要性，思考技术在案例中的需要的器材和基本技术应用原理，培养学生的信息和技术意识。
【过渡】
从PPT中的学校智能化环境检测系统，我们发现了温湿度传感器在生活中的应用。接下来，我们一起通过开源硬件Arduino主控板来实现类似的智能化应用吧。
环节二：分析思考教师：大家按照3人小组为单位，结合下发的任务单材料，讨论怎样设计实现智慧环境检测系统的效果，可以画出设计草图，确定本小组的创意设计。
教师参与部分小组的讨论，引导学生合理分工，鼓励学生发散思维，思考新颖的广告灯设计，激发学生对创客学习的兴趣和学习动机，并且以此来培养学生的创新意识。
学生：认真听讲、积极思考、小组合作、讨论交流、画出设计草图
【设计意图】
学生通过小组合作，思考、讨论、交流小组的设计方案，提出符合设计原则且有一定创造性的构思方案，培养学生的工程思维、创新设计能力。
环节三：动手实践
任务一：小试牛刀：点亮一盏小灯
教师：演示Arduino主控板、面包板和LED连接及调试。
学生：分组连接电路、编译程序、调试，初步实现自己的创意。?
教师：在学生实践过程中，进行巡视指导，加强对电路连接、程序编写、调试进行适当的指导，培养学生动手实践能力。
【设计意图】
在项目作品制作过程中，通过观察、实验等方法，学生通过Arduino主控板知识和LED小灯来完成作品的制作，完成技术的掌握和使用，初步培养学生的物化能力。
任务二：动手实践温湿度检测
教师：演示Arduino主控板、面包板和DHT11温湿度传感器连接及调试。
学生：分组连接电路、编译程序、调试。?
教师：在学生实践过程中，进行巡视指导，加强对电路连接、程序编写、调试进行适当的指导，培养学生的计算思维和动手实践能力。
【设计意图】
学生根据之前的设计思路，将创意由思路设计变成现实模型，逐步实现自己的创意。
环节四：分享交流
教师：组织各小组展示、介绍项目创作及功能演示。
学生：各小组选派代表进行班级展示，交流作品创作过程。
教师：对各小组进行评价，包括创意思路、流程图、系统搭建、元器件使用、程序编译，尤其是使用到的相关编程语句。
【设计意图】
通过小组展示，激发学生小组的荣誉感和归属感，强化小组合作的意识和团结。同时结合项目创作过程的介绍，为学生知识构建提供认知来源。
环节五：知识构建
教师：引导学生分析、归纳智能温湿度检测的实施步骤、技术应用，并在黑板上适当板书。
学生：积极思考、进行归纳
【设计意图】
以学生合作探究为载体，结合项目式学习的实施过程，引导学生对项目创意、途径、方法进行内化，完成知识的建构，进一步培养学生的工程思维。
环节六：拓展提升
教师：温湿度检测后，如何实现报警？教师展示PPT，引导学生分析、改进，如增加蜂鸣器、手机短信通知等方式。
学生：在原来基础上继续完善作品或者进行新的创意探究。
【设计意图】
大家通过刚才的小组展示和归纳，了解项目的基本技术和原理以及其他小组的亮点，请继续完善本小组的项目。通过知识构建和小组合作，进一步培养学生的技术设计和物化能力。
环节七：课堂小结
教师：通过本节课的学习，请问你有了什么收获？
学生：积极思考、讨论、回答问题
教师：提炼、总结本节课的重难点，PPT展示基本知识框架。?
【设计意图】
检验本节课课堂教学效果和目标达成情况，让学生明确本节课的基本知识和技术应用。
教学反思：
本课教学设计的情境任务来源于生活，通过任务分析，引导学生讨论温湿度检测工作原理，并思考如何结合Arduino和温湿度传感器的使用进行设计应用，培养学生的信息意识和技术思维。
在教学任务设计时，考虑学生认知和差异，进行分层设计，对Arduino编程由简到难，引领学生尝试从单一小灯到选择判断语句，培养学生的计算思维。通过延时、变量及循环控制的应用，让学生逐步加深对程序设计的认知和理解，提升学生的计算思维和工程思维。
在任务实践方面，引导学生从点亮一盏小灯、温湿度传感器使用、添加蜂鸣器报警，逐步拓展，完成项目，培养学生的物化能力。
存在的问题：合理把控时间，让学生任务实践更充足；任务拓展时可以启发学生，让学生大胆想象、动手实践自己的创意方案。

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