第4章開源硬件項目制作4.1實現(xiàn)功能-高中教學(xué)同步《信息技術(shù)人工-開源硬件項目設(shè)計》教案（人教-中圖版2019）

第4章開源硬件項目制作4.1實現(xiàn)功能-高中教學(xué)同步《信息技術(shù)人工-開源硬件項目設(shè)計》(教案）（人教-中圖版2019）學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點教具教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容選自《信息技術(shù)人工-開源硬件項目設(shè)計》第4章“開源硬件項目制作”中的4.1節(jié)“實現(xiàn)功能”。內(nèi)容緊密聯(lián)系學(xué)生在先前的信息技術(shù)課程中所學(xué)的電子元件知識、編程基礎(chǔ)以及項目設(shè)計流程。具體包括：了解開源硬件如Arduino的基本結(jié)構(gòu)和功能，運用編程技能實現(xiàn)對硬件功能的控制和調(diào)試，以及根據(jù)實際需求設(shè)計簡單的開源硬件項目。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將把之前學(xué)到的知識綜合運用到開源硬件項目制作中，實現(xiàn)理論與實踐的有效結(jié)合。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)致力于培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維和問題解決能力。學(xué)生將通過實際操作開源硬件項目，深化對信息技術(shù)知識的理解，提高運用電子元件和編程解決問題的實踐技能。在此基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，設(shè)計獨特的項目，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和團(tuán)隊協(xié)作能力。通過項目制作的整個過程，學(xué)生將學(xué)會分析問題、制定方案、實施并優(yōu)化項目，全面提升信息素養(yǎng)和綜合實踐能力，與《信息技術(shù)人工-開源硬件項目設(shè)計》課程的核心素養(yǎng)要求緊密相連。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已掌握相關(guān)知識：學(xué)生在先前的信息技術(shù)課程中，學(xué)習(xí)了電子元件的基本知識、電路原理、編程基礎(chǔ)以及項目設(shè)計的基本流程。他們對Arduino等開源硬件有初步了解，能進(jìn)行簡單的編程和電路連接。

2.學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：高中生對科技類課程興趣較高，喜歡動手實踐和探索新知識。他們在邏輯思維和創(chuàng)新能力方面具備一定基礎(chǔ)，善于從實踐中學(xué)習(xí)和總結(jié)。學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格多樣，部分學(xué)生喜歡獨立探索，部分學(xué)生則更傾向于團(tuán)隊合作。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：在開源硬件項目制作過程中，學(xué)生可能面臨以下困難和挑戰(zhàn)：電子元件的選用和連接方面的問題，編程語言的理解和運用，以及項目設(shè)計中遇到的實際問題。此外，部分學(xué)生在團(tuán)隊協(xié)作中可能存在溝通不暢、分工不合理等問題。

針對以上學(xué)習(xí)者分析，本節(jié)課將注重引導(dǎo)學(xué)生運用已有知識，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力，并提供針對性的指導(dǎo)，幫助學(xué)生克服困難和挑戰(zhàn)，提高開源硬件項目制作的能力。教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：

1.講授法：針對開源硬件的基礎(chǔ)知識和項目設(shè)計原理進(jìn)行講解，為學(xué)生提供清晰的理論框架。

2.討論法：鼓勵學(xué)生就項目設(shè)計中的問題進(jìn)行小組討論，促進(jìn)思維碰撞，共同解決問題。

3.實驗法：指導(dǎo)學(xué)生動手實踐，通過實際操作來加深對開源硬件的理解和運用。

教學(xué)手段：

1.多媒體設(shè)備：利用投影、電腦等設(shè)備展示項目案例，直觀展示開源硬件項目的制作過程。

2.教學(xué)軟件：運用編程軟件和模擬工具，輔助學(xué)生編程學(xué)習(xí)和電路設(shè)計，提高學(xué)習(xí)效率。

3.網(wǎng)絡(luò)資源：引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，拓展知識視野，激發(fā)創(chuàng)新靈感。教學(xué)過程設(shè)計本節(jié)課的教學(xué)過程設(shè)計共計45分鐘，具體安排如下：

1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）

-創(chuàng)設(shè)情境：展示一個簡易的智能燈控系統(tǒng)，通過手機(jī)APP控制燈光開關(guān)和亮度，引起學(xué)生對開源硬件項目的興趣。

-提出問題：詢問學(xué)生“如何設(shè)計一個智能燈控系統(tǒng)？”引導(dǎo)學(xué)生思考并激發(fā)求知欲。

2.講授新課（15分鐘）

-介紹開源硬件：講解Arduino的基本結(jié)構(gòu)和功能，強(qiáng)調(diào)其在項目制作中的應(yīng)用。

-編程控制：講解如何使用編程軟件（如ArduinoIDE）對開源硬件進(jìn)行編程控制，實現(xiàn)具體功能。

-項目設(shè)計流程：介紹項目設(shè)計的基本流程，包括需求分析、方案設(shè)計、硬件連接、編程調(diào)試等。

3.鞏固練習(xí)（10分鐘）

-小組討論：學(xué)生分組討論如何實現(xiàn)一個簡易的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，每組選出一個代表分享討論成果。

-動手實踐：學(xué)生根據(jù)討論成果，開始動手實踐，連接電子元件、編寫程序，實現(xiàn)溫度監(jiān)測功能。

4.課堂提問（5分鐘）

-提問：教師針對項目制作過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行提問，檢查學(xué)生對知識的理解和掌握程度。

-解答：學(xué)生回答問題，教師進(jìn)行點評和解答，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

5.雙邊互動環(huán)節(jié)（5分鐘）

-創(chuàng)新設(shè)計：鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，對溫度監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，如增加報警功能、數(shù)據(jù)可視化等。

-交流分享：學(xué)生展示自己的創(chuàng)新設(shè)計，分享制作過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，其他學(xué)生提問和討論。

6.解決問題及核心素養(yǎng)能力拓展（5分鐘）

-識別問題：引導(dǎo)學(xué)生識別在項目制作過程中遇到的問題，分析問題產(chǎn)生的原因。

-解決問題：教師指導(dǎo)學(xué)生如何解決問題，提供相關(guān)學(xué)習(xí)資源和技巧。

-核心素養(yǎng)能力拓展：強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊合作、創(chuàng)新思維、問題解決能力等核心素養(yǎng)在項目制作中的應(yīng)用。

7.總結(jié)與反思（5分鐘）

-學(xué)生總結(jié)：學(xué)生總結(jié)本次課程所學(xué)知識和技能，分享自己的收獲和感悟。

-教師反思：教師對本次課程的教學(xué)效果進(jìn)行反思，為后續(xù)教學(xué)提供改進(jìn)方向。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-相關(guān)書籍：《Arduino實戰(zhàn)》、《電子制作入門》等，這些書籍可以為學(xué)生提供豐富的開源硬件項目制作案例和技巧。

-技術(shù)論壇：參加技術(shù)論壇，如Arduino中文社區(qū)、電子制作愛好者論壇等，了解行業(yè)動態(tài)，交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗。

-視頻教程：觀看Arduino編程和開源硬件項目制作的視頻教程，如“Arduino基礎(chǔ)教程”、“電子制作實戰(zhàn)”等，幫助學(xué)生更直觀地學(xué)習(xí)相關(guān)知識。

-開源項目案例：研究國內(nèi)外優(yōu)秀的開源硬件項目案例，如智能家居、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等，借鑒經(jīng)驗，激發(fā)創(chuàng)新靈感。

2.拓展建議：

-鼓勵學(xué)生在課余時間自主研究開源硬件項目制作，不斷提高實踐能力。

-建議學(xué)生關(guān)注行業(yè)動態(tài)，了解新興技術(shù)和應(yīng)用，拓寬知識視野。

-組織學(xué)生參加校內(nèi)外電子制作比賽、創(chuàng)新大賽等活動，鍛煉團(tuán)隊合作和問題解決能力。

-鼓勵學(xué)生分享自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和項目成果，提高溝通和表達(dá)能力。

-定期組織研討會，讓學(xué)生就感興趣的開源硬件項目進(jìn)行交流，共同探討技術(shù)難題和解決方案。典型例題講解例題1：設(shè)計一個簡單的自動澆水系統(tǒng)，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定值時，自動開啟水泵澆水。

答案：使用Arduino、土壤濕度傳感器和水泵。編程時，設(shè)定一個濕度閾值，當(dāng)檢測到土壤濕度低于該閾值時，通過Arduino控制水泵開啟澆水。

例題2：使用Arduino和溫濕度傳感器設(shè)計一個簡易的智能家居系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時，自動打開風(fēng)扇降溫。

答案：連接Arduino、溫濕度傳感器和風(fēng)扇，編寫程序監(jiān)測室內(nèi)溫度。當(dāng)溫度高于設(shè)定值時，通過Arduino控制風(fēng)扇開啟。

例題3：設(shè)計一個基于Arduino的紅外遙控器，實現(xiàn)對電視機(jī)的開關(guān)、音量調(diào)節(jié)等功能。

答案：使用Arduino、紅外接收器和紅外發(fā)射器。學(xué)習(xí)紅外編碼，編寫程序模擬遙控器按鍵，實現(xiàn)對電視機(jī)的控制。

例題4：利用Arduino和超聲波傳感器設(shè)計一個停車場車位檢測系統(tǒng)，當(dāng)檢測到車位被占用時，點亮LED燈。

答案：連接Arduino、超聲波傳感器和LED燈。編程實現(xiàn)當(dāng)超聲波傳感器檢測到距離小于設(shè)定值時，判斷車位被占用，點亮LED燈。

例題5：設(shè)計一個基于Arduino的智能門禁系統(tǒng)，通過密碼輸入或刷卡驗證身份，控制門鎖的開關(guān)。

答案：使用Arduino、鍵盤、RFID模塊和繼電器。編寫程序?qū)崿F(xiàn)鍵盤輸入密碼和RFID刷卡功能，驗證身份后通過繼電器控制門鎖。

1.自動澆水系統(tǒng)：

-補充說明：設(shè)定濕度閾值時，需要考慮實際植物的需求和土壤特性。

-舉例：設(shè)定濕度閾值為40%，當(dāng)濕度低于此值時，開啟水泵澆水。

2.智能家居系統(tǒng)：

-補充說明：可以增加溫度范圍設(shè)定，如25℃~28℃為舒適溫度，超過28℃時開啟風(fēng)扇。

-舉例：當(dāng)溫度達(dá)到30℃時，自動開啟風(fēng)扇降溫。

3.紅外遙控器：

-補充說明：學(xué)習(xí)紅外編碼規(guī)律，如NEC編碼，實現(xiàn)不同按鍵的功能模擬。

-舉例：按下電源鍵時，發(fā)送對應(yīng)紅外編碼，實現(xiàn)電視機(jī)的開關(guān)。

4.停車場車位檢測系統(tǒng)：

-補充說明：可以通過調(diào)節(jié)超聲波傳感器的檢測距離，適應(yīng)不同停車場環(huán)境。

-舉例：設(shè)定檢測距離為0.3米，當(dāng)距離小于此值時，點亮LED燈表示車位被占用。

5.智能門禁系統(tǒng)：

-補充說明：增加密碼和RFID卡片驗證，提高安全性。

-舉例：輸入正確密碼或刷卡，繼電器吸合，門鎖開啟；否則，門鎖保持關(guān)閉狀態(tài)。板書設(shè)計①重點知識點：

-開源硬件項目制作流程

-Arduino編程控制

-傳感器應(yīng)用與電路連接

-項目創(chuàng)新設(shè)計與實現(xiàn)

②關(guān)鍵詞：

-開源硬件

-Arduino

-編程

-傳感器

-創(chuàng)新設(shè)計

-項目實現(xiàn)

③藝術(shù)性與趣味性：

-使用不同顏色的粉筆，突出重點知識。

-采用圖示、流程圖等形式，直觀展示項目制作流程。

-板書布局合理，字體工整，保持簡潔明了。

-結(jié)合實際案例，以趣味故事或情境引入知識點，激發(fā)學(xué)生興趣。

板書設(shè)計示例：

```

一、開源硬件項目制作

1.流程：需求分析→方案設(shè)計→硬件連接→編程調(diào)試

2.Arduino編程控制

-控制語句：if-else、for、while

-函數(shù)：setup()、loop()

3.傳感器應(yīng)用與電路連接

-溫濕度傳感器

-超聲波傳感器

4.項目創(chuàng)新設(shè)計與實現(xiàn)

-自動澆水系統(tǒng)

-智能家居系統(tǒng)

-紅外遙控器

-停車場車位檢測系統(tǒng)

-智能門禁系統(tǒng)

```作業(yè)布置與反饋1.作業(yè)布置：

-要求學(xué)生結(jié)合本節(jié)課所學(xué)知識，設(shè)計一個簡單的開源硬件項目，如自動澆水系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等。要求學(xué)生撰寫項目報告，包括需求分析、方案設(shè)計、硬件連接和編程實現(xiàn)等。

-鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新思維，在項目設(shè)計中融入自己的創(chuàng)意，提高項目的實用性和趣味性。

-學(xué)生可以小組合作完成作