第二單元第九課-認(rèn)識開源硬件-教學(xué)設(shè)計(jì)2023—2024學(xué)年粵教版（2019）初中信息技術(shù)八年級下冊主備人備課成員設(shè)計(jì)思路本課設(shè)計(jì)緊密結(jié)合粵教版（2019）初中信息技術(shù)八年級下冊第二單元第九課“認(rèn)識開源硬件”的內(nèi)容，旨在幫助學(xué)生了解開源硬件的基本概念、特點(diǎn)和分類，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識。通過實(shí)際操作，讓學(xué)生體驗(yàn)開源硬件的便捷與趣味，激發(fā)他們對信息技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)應(yīng)用意識，提升信息獲取、處理和創(chuàng)造能力；增強(qiáng)問題解決和創(chuàng)新思維，通過開源硬件實(shí)踐，鍛煉動(dòng)手操作和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；樹立科學(xué)精神，理解開源硬件在科技進(jìn)步中的作用，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感和創(chuàng)新意識。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

-開源硬件基本概念的理解：使學(xué)生能夠準(zhǔn)確理解開源硬件的定義、發(fā)展歷程以及與封閉硬件的區(qū)別。

-開源硬件的分類與應(yīng)用：指導(dǎo)學(xué)生識別不同類型的開源硬件，如Arduino、RaspberryPi等，并了解它們在不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

2.教學(xué)難點(diǎn)

-開源硬件工作原理的掌握：理解開源硬件的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理，例如Arduino的ATmega328P微控制器如何與外部設(shè)備交互。

-編程基礎(chǔ)的應(yīng)用：學(xué)生需要掌握基本的編程技能，能夠編寫簡單的程序來控制開源硬件。

-實(shí)踐操作中的問題解決：在實(shí)際搭建和編程過程中，學(xué)生可能會(huì)遇到電路連接錯(cuò)誤、程序編寫不當(dāng)?shù)葐栴}，需要學(xué)生具備分析和解決問題的能力。例如，學(xué)生可能需要識別電路圖中的錯(cuò)誤并修正，或者調(diào)試程序以實(shí)現(xiàn)特定功能。學(xué)具準(zhǔn)備Xxx課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源-軟硬件資源：Arduino開源硬件套件、RaspberryPi微型計(jì)算機(jī)、面包板、電阻、電容、LED燈、傳感器等。

-課程平臺：學(xué)校信息技術(shù)教學(xué)平臺、在線編程學(xué)習(xí)平臺（如Scratch、Python編程環(huán)境）。

-信息化資源：開源硬件相關(guān)教學(xué)視頻、電子教材、電路圖設(shè)計(jì)軟件（如Fritzing）。

-教學(xué)手段：實(shí)物展示、多媒體教學(xué)、小組合作學(xué)習(xí)、在線討論區(qū)。教學(xué)實(shí)施過程1.課前自主探索

教師活動(dòng)：

發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過在線平臺或班級微信群，發(fā)布預(yù)習(xí)資料（如PPT、視頻、文檔等），明確預(yù)習(xí)目標(biāo)和要求，例如“請同學(xué)們預(yù)習(xí)Arduino的基本組成部分和它們的功能”。

設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：圍繞“開源硬件的基本概念”，設(shè)計(jì)問題如“為什么開源硬件受到歡迎？”和“與傳統(tǒng)硬件相比，開源硬件有哪些優(yōu)勢？”。

監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：利用平臺功能或?qū)W生反饋，監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)進(jìn)度，確保預(yù)習(xí)效果。

學(xué)生活動(dòng)：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：按照預(yù)習(xí)要求，自主閱讀預(yù)習(xí)資料，理解Arduino的基本組成部分和功能。

思考預(yù)習(xí)問題：針對預(yù)習(xí)問題，進(jìn)行獨(dú)立思考，記錄自己的理解和疑問。

提交預(yù)習(xí)成果：將預(yù)習(xí)成果（如筆記、思維導(dǎo)圖、問題等）提交至平臺或老師處。

教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主思考，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。

信息技術(shù)手段：利用在線平臺、微信群等，實(shí)現(xiàn)預(yù)習(xí)資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

幫助學(xué)生提前了解開源硬件的基本概念，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考能力。

2.課中強(qiáng)化技能

教師活動(dòng)：

導(dǎo)入新課：通過展示開源硬件的實(shí)際應(yīng)用案例，如智能機(jī)器人，引出“認(rèn)識開源硬件”課題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

講解知識點(diǎn)：詳細(xì)講解開源硬件的組成、工作原理以及編程基礎(chǔ)，結(jié)合Arduino的簡單示例。

組織課堂活動(dòng)：設(shè)計(jì)小組討論，讓學(xué)生分享預(yù)習(xí)中的疑問，并分組完成簡單的Arduino項(xiàng)目。

解答疑問：針對學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的疑問，如“如何連接電路？”或“如何編寫控制LED閃爍的程序？”進(jìn)行及時(shí)解答和指導(dǎo)。

學(xué)生活動(dòng)：

聽講并思考：認(rèn)真聽講，積極思考老師提出的問題。

參與課堂活動(dòng)：積極參與小組討論，嘗試完成Arduino項(xiàng)目，如制作一個(gè)能夠響應(yīng)按鈕的燈光控制裝置。

提問與討論：針對不懂的問題或新的想法，勇敢提問并參與討論。

教學(xué)方法/手段/資源：

講授法：通過詳細(xì)講解，幫助學(xué)生理解開源硬件的基本原理和編程基礎(chǔ)。

實(shí)踐活動(dòng)法：設(shè)計(jì)Arduino項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握開源硬件的使用。

合作學(xué)習(xí)法：通過小組討論和項(xiàng)目合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識和溝通能力。

作用與目的：

幫助學(xué)生深入理解開源硬件的知識點(diǎn)，掌握Arduino的基本使用技能。

通過實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問題的能力。

通過合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動(dòng)：

布置作業(yè)：布置一個(gè)基于Arduino的課后項(xiàng)目，如設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

提供拓展資源：提供相關(guān)的書籍、在線教程和開源社區(qū)鏈接，供學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

反饋?zhàn)鳂I(yè)情況：及時(shí)批改作業(yè)，給予學(xué)生反饋和指導(dǎo)，例如“你的項(xiàng)目想法很好，但在電路連接上可以這樣做”。

學(xué)生活動(dòng)：

完成作業(yè)：認(rèn)真完成老師布置的課后項(xiàng)目，鞏固學(xué)習(xí)效果。

拓展學(xué)習(xí)：利用老師提供的拓展資源，進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和思考，例如研究不同類型的傳感器。

反思總結(jié)：對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)，提出改進(jìn)建議。

教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。

反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)。

作用與目的：

鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的開源硬件知識點(diǎn)和技能。

通過拓展學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的知識視野和思維方式。

通過反思總結(jié)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進(jìn)建議，促進(jìn)自我提升。學(xué)生學(xué)習(xí)效果六、學(xué)生學(xué)習(xí)效果

1.知識掌握方面

-學(xué)生能夠準(zhǔn)確理解開源硬件的基本概念，包括其定義、發(fā)展歷程以及與封閉硬件的區(qū)別。

-學(xué)生掌握了開源硬件的分類，如Arduino、RaspberryPi等，并了解了它們在不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

-學(xué)生學(xué)習(xí)了開源硬件的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理，例如Arduino的ATmega328P微控制器如何與外部設(shè)備交互。

2.技能提升方面

-學(xué)生通過實(shí)際操作，掌握了Arduino的基本使用方法，包括電路搭建、編程控制等。

-學(xué)生能夠編寫簡單的程序來控制開源硬件，如實(shí)現(xiàn)LED燈的閃爍、按鈕的響應(yīng)等。

-學(xué)生在小組合作中，鍛煉了團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力，學(xué)會(huì)了如何分工合作完成項(xiàng)目。

3.思維能力方面

-學(xué)生在解決實(shí)際問題時(shí)，能夠運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行分析和判斷，提高了解決問題的能力。

-學(xué)生在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目時(shí)，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和發(fā)散思維，能夠提出獨(dú)特的解決方案。

-學(xué)生在反思總結(jié)過程中，學(xué)會(huì)了從不同角度思考問題，提高了自我提升的能力。

4.實(shí)踐能力方面

-學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐，掌握了開源硬件的搭建和編程技巧，提高了動(dòng)手操作能力。

-學(xué)生在完成項(xiàng)目過程中，學(xué)會(huì)了查閱資料、分析問題、解決問題，提高了實(shí)踐能力。

-學(xué)生在項(xiàng)目展示和交流中，鍛煉了表達(dá)能力和溝通能力，提高了實(shí)踐成果的展示效果。

5.學(xué)習(xí)興趣方面

-學(xué)生通過學(xué)習(xí)開源硬件，對信息技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，激發(fā)了進(jìn)一步學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

-學(xué)生在課堂上積極參與討論和實(shí)踐活動(dòng)，提高了學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

-學(xué)生在課后主動(dòng)拓展學(xué)習(xí)，閱讀相關(guān)書籍和資料，拓寬了知識面。

6.綜合素養(yǎng)方面

-學(xué)生在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，培養(yǎng)了創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和責(zé)任感。

-學(xué)生通過學(xué)習(xí)開源硬件，了解了科技發(fā)展的趨勢，提高了科學(xué)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)。

-學(xué)生在解決問題的過程中，學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)，提高了終身學(xué)習(xí)能力。教學(xué)反思哎呀，這節(jié)課上完之后，我真是感慨萬千。咱們這節(jié)課是關(guān)于“認(rèn)識開源硬件”，說實(shí)話，一開始我還挺緊張的，怕同學(xué)們對這個(gè)新概念接受起來有難度。不過，看到他們最后的作品和表情，我覺得自己的努力沒有白費(fèi)。

首先，我覺得這節(jié)課的設(shè)計(jì)挺成功的。我們采用了自主學(xué)習(xí)、小組合作和實(shí)踐活動(dòng)等多種教學(xué)方法，讓同學(xué)們在輕松的氛圍中學(xué)習(xí)了新知識。比如說，我提前布置了預(yù)習(xí)任務(wù)，讓他們先對開源硬件有個(gè)初步的了解。這樣一來，上課的時(shí)候他們就有了一定的基礎(chǔ)，討論起來也更加熱烈。

在課堂上，我特別注意到了幾個(gè)細(xì)節(jié)。比如，我在講解Arduino的工作原理時(shí)，盡量用簡單易懂的語言，并結(jié)合實(shí)際案例。我發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同學(xué)們看到自己的程序能讓LED燈閃爍時(shí)，那種興奮的表情真是讓我感到欣慰。這說明，我們的教學(xué)方法是有效的，同學(xué)們確實(shí)掌握了知識。

不過，當(dāng)然也有一些不足之處。比如說，我在講解電路連接的時(shí)候，可能講得有點(diǎn)快，有些同學(xué)可能跟不上。下次我得多花點(diǎn)時(shí)間，確保每個(gè)同學(xué)都能理解。還有，我注意到一些同學(xué)在編程時(shí)遇到了困難，我沒有及時(shí)地提供幫助。這可能是因?yàn)槲覜]有考慮到他們的編程基礎(chǔ)不一樣，以后我得多注意這一點(diǎn)。

另外，我覺得小組合作的效果還可以更好。雖然同學(xué)們在討論時(shí)都很積極，但有時(shí)候還是缺乏一些組織性。我打算在下節(jié)課之前，先讓他們練習(xí)一下如何更好地分工合作，這樣在真正做項(xiàng)目的時(shí)候就能更加高效。

還有，課后作業(yè)的反饋我也覺得可以改進(jìn)。有些同學(xué)的作業(yè)完成得很好，但我沒有及時(shí)給予肯定和鼓勵(lì)。我覺得我應(yīng)該更多地關(guān)注每個(gè)學(xué)生的進(jìn)步，及時(shí)給予反饋。典型例題講解1.例題：

設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的Arduino程序，當(dāng)按鈕被按下時(shí)，LED燈亮起；當(dāng)按鈕釋放時(shí)，LED燈熄滅。

答案：

```cpp

constintbuttonPin=2;//定義按鈕連接的引腳

constintledPin=13;//定義LED燈連接的引腳

voidsetup(){

pinMode(buttonPin,INPUT_PULLUP);//設(shè)置按鈕引腳為輸入模式，啟用內(nèi)部上拉電阻

pinMode(ledPin,OUTPUT);//設(shè)置LED燈引腳為輸出模式

}

voidloop(){

intbuttonState=digitalRead(buttonPin);//讀取按鈕狀態(tài)

if(buttonState==LOW){//如果按鈕被按下（低電平）

digitalWrite(ledPin,HIGH);//打開LED燈

}else{

digitalWrite(ledPin,LOW);//關(guān)閉LED燈

}

}

```

2.例題：

使用Arduino控制一個(gè)繼電器，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，繼電器斷開，低于設(shè)定值時(shí)，繼電器閉合。

答案：

```cpp

constintrelayPin=7;//定義繼電器連接的引腳

constintsensorPin=A0;//定義溫度傳感器連接的模擬引腳

voidsetup(){

pinMode(relayPin,OUTPUT);//設(shè)置繼電器引腳為輸出模式

pinMode(sensorPin,INPUT);//設(shè)置傳感器引腳為輸入模式

}

voidloop(){

intsensorValue=analogRead(sensorPin);//讀取傳感器值

floattemperature=sensorValue*5.0/1023.0;//將傳感器值轉(zhuǎn)換為溫度

if(temperature>30.0){//如果溫度高于設(shè)定值

digitalWrite(relayPin,LOW);//斷開繼電器

}else{

digitalWrite(relayPin,HIGH);//閉合繼電器

}

}

```

3.例題：

編寫一個(gè)Arduino程序，控制一組LED燈，根據(jù)光敏傳感器的輸入調(diào)整亮度。

答案：

```cpp

constintledPin1=9;//定義第一個(gè)LED燈連接的引腳

constintledPin2=10;//定義第二個(gè)LED燈連接的引腳

constintsensorPin=A1;//定義光敏傳感器連接的模擬引腳

voidsetup(){

pinMode(ledPin1,OUTPUT);//設(shè)置LED燈引腳為輸出模式

pinMode(ledPin2,OUTPUT);//設(shè)置LED燈引腳為輸出模式

pinMode(sensorPin,INPUT);//設(shè)置傳感器引腳為輸入模式

}

voidloop(){

intsensorValue=analogRead(sensorPin);//讀取傳感器值

intbrightness=map(sensorValue,0,1023,0,255);//將傳感器值映射到0-255的范圍

analogWrite(ledPin1,brightness);//調(diào)整第一個(gè)LED燈的亮度

analogWrite(ledPin2,brightness);//調(diào)整第二個(gè)LED燈的亮度

}

```

4.例題：

設(shè)計(jì)一個(gè)Arduino程序，當(dāng)檢測到人體接近時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音提示。

答案：

```cpp

constinttrigPin=3;//定義超聲波傳感器的觸發(fā)引腳

constintechoPin=4;//定義超聲波傳感器的接收引腳

constintbuzzerPin=8;//定義蜂鳴器連接的引腳

voidsetup(){

pinMode(trigPin,OUTPUT);//設(shè)置觸發(fā)引腳為輸出模式

pinMode(echoPin,INPUT);//設(shè)置接收引腳為輸入模式

pinMode(buzzerPin,OUTPUT);//設(shè)置蜂鳴器引腳為輸出模式

}

voidloop(){

longduration,distance;

digitalWrite(trigPin,LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin,HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin,LOW);

duration=pulseIn(echoPin,HIGH);

distance=duration*0.034/2;//計(jì)算距離

if(distance<10){//如果檢測到人體

digitalWrite(buzzerPin,HIGH);//開啟蜂鳴器

}else{

digitalWrite(buzzerPin,LOW);//關(guān)閉蜂鳴器

}

}

```

5.例題：

編寫一個(gè)Arduino程序，控制一組RGBLED燈，根據(jù)顏色傳感器檢測到的顏色調(diào)整RGB值。

答案：

```cpp

constintredPin=9;//定義紅色LED燈連接的引腳

constintgreenPin=10;//定義綠色LED燈連接的引腳

constintbluePin=11;//定義藍(lán)色LED燈連接的引腳

constintcolorSensorPin=A2;//定義顏色傳感器連接的模擬引腳

voidsetup(){

pinMode(redPin,OUTPUT);

pinMode(greenPin,OUTPUT);

pinMode(bluePin,OUTPUT);

pinMode(colorSensorPin,INPUT);

}

voidloop(){

intsensorValue=analogRead(colorSensorPin);//讀取顏色傳感器值

intr=map(sensorValue,0,1023,0,255);//將傳感器值映射到紅色值

intg=map(sensorValue,0,1023,0,255);//將傳感器值映射到綠色值

intb=map(sensorValue,0,1023,0,255);//將傳感器值映射到藍(lán)色值

analogWrite(redPin,r);

analogWrite(greenPin,g);

analogWrite(bluePin,b);

}

```板書設(shè)計(jì)①知識點(diǎn)

-開源硬件的定義

-開源硬件與