资源简介

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设计无线报警器
教学内容分析
本课通过动手实践“设计超温报警器”和“设计无线报警器”，让学生真切感受开源硬件在生活中的应用。在课堂上通过micro：bit硬件和MakeCode编程，设计并测试生活中的报警设备。报警器涉及诸多器件，包括micro：bit外部接口、蜂鸣器、鳄鱼夹、温度传感器、按钮、无线通信等器件与编程，编程又用到赋值、循环、判断、变量等多种程序设计知识，相比于前两课的内容，设计报警器是更深层次的开源硬件应用。
在设计超温报警器时，要利用有源蜂鸣器，这是第一次让micro：bit与外部硬件相结合的应用，编程时要先将micro：bit外部接口与有源蜂鸣器连接，再连接micro：bit与计算机，进入MakeCode编程界面进行编程。学生要事先掌握整个报警器的运作过程。无线报警器的实现难度较大，需要两块micro：bit硬件合作完成，学生要先学会编写程序实现无线通信及报警功能，再结合温度传感器做进一步功能提升。
通过本课的学习，掌握有关 micro：bit传感器的使用方法，学会编写简单的控制程序，体验无线通信和报警设备的设计过程，有助于培养学生深人学习开源硬件的兴趣，进一步提升学生计算思维能力及动手能力。
教学对象分析
学生在现实生活中已接触过报警器的发声情况，这对他们理解开源硬件执行指令发声的工作原理有一定的帮助。通过前面两节课的学习，学生也已了解micro：bit硬件与计算机的连接方式以及MakeCode编程界面各模块的常用指令及其用法，掌握MakeCode编程的基本方法和步骤，会编写简单的程序。这些经验、技能的积累，有助于学生更快地投入新一课的学习。
虽有相应的学习经验，但本节课实践性较强，涉及内容较多，包括micro：bit外部接口、蜂鸣器、鳄鱼夹、温度传感器、按钮、无线通信等器件的介绍与编程。编程时又用到赋值、循环、判断、设置标志变量等多种程序设计技巧，这对开源硬件刚入门的学生来说，难度较大。教学时，建议从生活中的报警实况入手，让学生先理解报警器的工作原理，再过渡到micro：bit与蜂鸣器的功能。在进行micro：bit无线通信实验时，重在让学生理解发送端和接收端的运作方式，要引导学生合作完成。
通过本课的学习，能帮助学生将生活经验与编程思想进行结合，提升学生动手能力和信息素养，进一步感受开源硬件给我们生活带来的变化。
教学目标
1.知道蜂鸣器的分类及作用，了解有源蜂鸣器的使用方法。
2.学会应用micro：bit微处理器检测周围环境温度。
3.利用有源蜂鸣器和micro：bit设计超温报警器。
4.会编写程序实现无线通信及报警功能。
教学重点和难点
1.教学重点。
有源蜂鸣器的使用方法、micro：bit的无线通信功能。
2.教学难点。
会编写程序实现通信及报警功能。
教学方法
1.比较观察法：展示蜂鸣器、micro：bit的图片，让学生认识设计报警器所需要的硬件，初步了解蜂鸣器的分类和报警器的工作原理。
2.讲授法：讲述蜂鸣器的分类和作用，以及micro：bit“引脚”模块的应用。
3.任务驱动法：以教材内容为主题，根据任务的具体要求，开展小组合作的探究性学习，通过层层递进的任务，最终完成教材中的范例。
4.交流、评价法：展示学生的活动成果，鼓励学生参与评价。
教学准备
1．教学环境：计算机网络教室、互联网环境、转播控制系统。
2．资源准备：资源包（视频：《超温报警器》《无线报警器》课件）。
3．实验器材准备：micro：bit板若干块；数据线若干条；有源蜂鸣器若干个；鳄鱼夹若干根。
教学过程
第1课时
教学环节
教学活动
学生活动
设计意图
创设情境，导入新课
1．播放《超温报警器》视频。这是技术人员研发的红外线测量体温的报警装置。当人体温度过高时，报警器会自动响起，这极大地提高了测量体温效率。在现实生活中，我们还有烟雾报警器、声光报警器等等，因为有了它们我们才能及时对险情进行处置。
2．提问：报警器报警的原理是什么？为什么会这么智能？
3．请小组长分发micro：bit，每人或两人一块，一根数据线、一个有源蜂鸣器，两根鳄鱼夹。
认真观看视频。
聆听老师介绍报警器，思考报警器为什么能根据外界变化发声。
情景导入，激发学生的学习兴趣。
利用现实生活中的事物对学生进行问题引导，水到渠成地引出本节课的任务。
认识蜂鸣器和micro：bit处理器
1．展示蜂鸣器的图片，介绍蜂鸣器，按其驱动方式不同可分为：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器只要为它接上直流电就可以发声，但只有一个单音；无源蜂鸣器必须用2K～5K不同频率的方波去驱动它，控制声音频率，可以发出“多来米发索拉西”的声音效果。这节课主要利用有源蜂鸣器作为报警器的硬件。
2．介绍温度传感器，micro：bit主控板上没有真正的温度传感器，但有一块能检测温度变化的微处理器，打开MakeCode，在“输入”模块里找到“温度（℃）”指令，编写简单程序检测当前的温度，通过用手按住微处理器或嘴巴吹气的方法使处理器周围的温度升高，观察LED数值的变化。
认真听讲，观察教师介绍的硬件，归纳提炼出蜂鸣器的特点，拿出分到的有源蜂鸣器，思考应该如何连接。
找到 micro：bit的处理器位置。模仿老师编写简单的测试温度程序，并试着加热改变温度。
通过展示多张图片，让学生从中找出蜂鸣器的共同点，加深对蜂鸣器的感观认识。
通过编程实践，检测温度变化，养成拿到任何传感器先测试功能的良好习惯。
动手实践：设计超温报警器
1．按照教材P28图3-5演示 micro：bit和有源蜂鸣器的连接操作。提醒学生：连接蜂鸣器与micro：bit时，要先断开 micro：bit与计算机相连的USB数据线，保护micro：bit板的安全，待检查电路连接正确无误后再用USB数据线将 micro：bit与计算机相连，micro：bit有25个外部连接板的边缘连接器，我们称之为“引脚”。PO一般情况下接蜂鸣器，GND表示接地。完成电路连接，巡视指导。
倾听讲解，拿出鳄鱼夹，参照教材完成 micro：bit和有源蜂鸣器的连接。
让学生自己动手接线，提醒学生操作时要断开电源，养成良好的安全操作规范。
2．参照教材图3-9讲解程序功能，按下按钮，蜂鸣器发出2秒的响声。数据口PO作为数字端口使用。当向这个端口输出数字1时，表示将会在PO端口输出一个3V的电平，给蜂鸣器供电；当输出数字0时，没有电平（OV）输出，蜂鸣器断电不工作。通过不断向PO端口写入1和0，就可让蜂鸣器鸣响或静音。
3．演示超温报警器的效果，并对超温报警器的硬件需求、工作原理进行分析。通过micro：bit读取处理器周围温度，如果温度值（模拟量或数字量）超过预先设定的报警值，蜂鸣器就会发出报警声。
4．指导学生参考教材 P30的操作步骤，完成程序的编写。提醒学生在这过程中要先测得当前的温度，把这个温度＋1设为报警阈值。程序编写后，可以通过用手加热或用嘴巴吹气来改变温度，直至蜂鸣器发出报警。
5．请一组学生代表演示，教师总结。
倾听老师讲解蜂鸣器发声原理，动手实践，编写程序让蜂鸣器发出声音。
倾听讲解，了解作品最终形式，理解超温报警器的工作原理，思考如何实现。
动手实践，编写程序，并学会调试。
观看演示。
通过实践，掌握编写蜂鸣器发声程序的基本方法和步骤。
检测蜂鸣器是否能正常工作。
演示实验，分析程序的算法设计原理，为下一步编程做准备。
演示与模仿相结合，理清学生思路，提高作品的成功率，激发学生学习开源硬件的积极性。
让学得比较好的学生上台展起鼓励引领作用。
实践创新
1． 布置任务，思考并讨论：让蜂鸣器根据不同温度发出不同时长的响声，提示：响声时长取决于暂停时间，把暂停时间用温度与某个数字的乘积代替。
2．表小组长回收 micro：bit主板，整理清单。
同学间交流讨论，实践操作。
整理实验器材，清点数量。
教师对课堂内容进行升华，引导学生开拓思路，巩固新知。
第2课时
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
1．展示上节课的学生作品：超温报警器。
2．提问：这样的报警器安装在家里的某一个房间里，人在另外一个房间里，就可能听不到报警声，怎么办？提示：无线门铃。
3．引出本节课教学任务“无线报警器”的设计。介绍无线通信技术：无线通信是指多个节点间不经由导体或缆线传播的一种传输通信方式。如2.4G或蓝牙，无线蓝牙耳机，2.4G的WiFi路由器。
4．请小组长分发 micro：bit，每人或两人一块，以及一根数据线，一个蜂鸣器，两根带鳄鱼夹的导线。
认真观察，欣赏。
回答问题：利用无线通信技术。
认真倾听。
领取实验器材。
通过观看上节课自己或同学完成的作品，感受成功的体验，继续引发学生学习兴趣和热情。
提出问题，激发思考，促进学生积极参与课堂。
配置并测试无线发送与接收功能
1．提醒学生在micro：bit中，有2.4G和蓝牙通信功能，但两者不能同时使用，一般使用默认的2.4G功能。
2．按照教材P32的内容，讲解在MakeCode编程界面中，如何配置发送和接收功能：
（1）设置通信组，提醒学生只要在同一个组里的所有 micro：bit都可以互相通信；
（2）设置要发送的内容；提醒学生发送的内容有类型之分：数字、键值和字符串；
（3）设置接收到信息时要执行的操作。根据发送的数值类型，选择相应的接收模块。
演示配置发送和接收功能的整个过程。
3．指导学生用两块 micro：bit组成一个小组，合作完成无线发送、接收的测试工作。
认真倾听。
观看演示，与老师一起学习新模块，学习无线通信模块的程序编写。
两人一组，合作完成无线发送信息的任务。
教师演示整个过程，提出易错点，让学生少走弯路，增加成功的可能性，为后续学习提升自信心。
学生通过分工合作，进行发送端和接收端程序测试，既能提高学生应用信息技术能力，又能培养学生团结合作的精神。
动手实践：设计无线报警器
1．讲解无线报警器的工作原理，并演示程序：一块 micro：bit用来检测环境温度，当温度超过某一限度时，向另一块micro：bit发送超温信息。
2．引导学生阅读教材P33～35，自行完成教材的范例，范例程序分三个部分：
（1）初始化程序，设定通信组和结束报警标志变量；
（2）采集温度数据，发送超温报警信息；
（3）接收报警信息，实现即时报警。测试时，提醒学生将一块 micro：bit当发送端，另一块micro：bit当接收端；程序的第一部分是发送端和接收端公共部分，第二部分和第三部分要分别下载到发送端和接收端。
3．请小组长上台展示。
认真观察和聆听。
两人一组，阅读教材，互相合作完成无线报警器的设计。
组长上台展示。
这部分内容实践性较强，学生在听讲后先有一个感性的认识，之后再结合教材合作完成任务，降低学习难度。
让先做好的学生上台演示，可以锻炼学生主动上台展示自我的胆量，提高自信心，同时形成良性竞争，帮助遇到问题的学生发现问题。
实践创新
1．改装以上实验装置，在两块micro：bit板上都连接蜂鸣器，修改相应程序，实现两块 micro：bit板都能检测周围环境温度，并具有超温报警功能。
2． 请小组长回收 micro：bit主板，整理器材。
学生先交流讨论，找到解决问题的方法后，再编程验证。
组长清点清单。
开拓思路，加深理解无线通信的应用。
教学反思方向
1．课堂的引入能否调动学生的学习兴趣。
2．教师能否利用过程性评价引导学生积极参与到学习活动中。
3．学生是否掌握无线通信发送与接收的方法。
4．学生是否理解程序的标志变量。
5．学生是否能顺利完成任务，是否有自己的创新点。

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