高中通用技術(shù)-走近開源硬件教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

《走近開源硬件》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)內(nèi)容分析：

《走進(jìn)開源硬件》為我校通用技術(shù)選修課程第二節(jié)，根據(jù)通用技術(shù)選修一《電子控制技術(shù)》與選修三《簡易機(jī)器人制作》的部分內(nèi)容整合改進(jìn)而成。因?yàn)閷W(xué)生在此之前對Arduino機(jī)器人毫無了解，所以本節(jié)內(nèi)容為入門課程。課程通過有趣的交互設(shè)計(jì)作品的展示和帶學(xué)生動手操作，體會Arduino世界的神奇和有趣。本節(jié)內(nèi)容主要是讓學(xué)生初步了解開源硬件的起源和Arduino的發(fā)展歷史，并且通過以Arduino101控制器和DRRobt擴(kuò)展板為例，認(rèn)識Arduino的硬件和編程環(huán)境，學(xué)習(xí)Arduino程序基礎(chǔ)知識，體會通過程序語言控制控制器與外界交互。以此認(rèn)識Arduino開源硬件機(jī)器人，幫助學(xué)生打破對機(jī)器人的神秘感，拉近學(xué)生和機(jī)器人的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究機(jī)器人的興趣。使學(xué)生通過真正的動手，體驗(yàn)Arduino機(jī)器人的硬件搭建和程序設(shè)計(jì)過程的過程，感受通過程序與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行互動的魅力。二、教學(xué)對象分析：教學(xué)對象為高一學(xué)生，學(xué)生在此之前對于機(jī)器人的學(xué)習(xí)抱有極大的興趣，但是對于機(jī)器人制作與設(shè)計(jì)，尤其是對Arduino機(jī)器人了解甚少，對于程序設(shè)計(jì)，在信息技術(shù)課程中有初步了解，但對于Arduino程序設(shè)計(jì)的認(rèn)知為零。所以這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要是讓學(xué)生初步了解Arduino101控制器，認(rèn)識Arduino機(jī)器人，幫助學(xué)生打破對機(jī)器人的神秘感，拉近學(xué)生和機(jī)器人的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究機(jī)器人的興趣。并且通過自己親手搭建LED閃爍的硬件和程序設(shè)計(jì)，感受Arduino通過程序與現(xiàn)實(shí)世界的交互。三、教學(xué)資源：1、硬件：通用技術(shù)教室、筆記本電腦24臺、Arduino101開發(fā)套件12套、展示用的蟲蟲機(jī)器人、自動澆花機(jī)器人各一套。2、軟件：教學(xué)課件、教學(xué)視頻、ArduinoIDE編程環(huán)境。四、教學(xué)目標(biāo)：1.通過Arduino機(jī)器人視頻和實(shí)物展示，初步了解Arduino的起源和發(fā)展，并且認(rèn)識Arduino101控制器及其編程環(huán)境。2.通過動手體驗(yàn)制作閃爍LED，學(xué)會LED與Arduino控制器數(shù)字口的連接，了解編程的一般過程，掌握ArduinoIDE程序設(shè)計(jì)的基本模塊和語法，熟悉循環(huán)結(jié)構(gòu)，掌握數(shù)字口的輸出和延時語句。3.通過小組合作，自行設(shè)計(jì)并制作本組的閃爍LED創(chuàng)意作品，初步體會只能硬件作品由設(shè)計(jì)到創(chuàng)作完成的過程。4.體驗(yàn)自然語言描述到程序編寫的一般過程，激發(fā)對編程的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的程序思維和計(jì)算思維。五、教學(xué)重難點(diǎn)：1.教學(xué)重點(diǎn)：Arduino101套件的認(rèn)識和使用，初步熟悉Arduino的編程環(huán)境和基本程序。2.教學(xué)難點(diǎn)：Arduino程序的初步認(rèn)識和函數(shù)的使用。六、課時安排：2課時七、教學(xué)過程：課堂引入知識講授體驗(yàn)探究拓展提升分享交流1、視頻展示結(jié)合實(shí)物機(jī)器人欣賞，引入新課（1）教師展示多個用Arduino制作的機(jī)器人視頻，以及通過學(xué)生實(shí)際現(xiàn)場欣賞蟲蟲機(jī)器人和自動澆花機(jī)器人的實(shí)物，吸引學(xué)生興趣，調(diào)動課堂氛圍。（2）講解開源硬件以及Arduino的發(fā)展?？偨Y(jié)：視頻中的機(jī)器人作品使用的控制板都是Arduino機(jī)器部分衍生產(chǎn)品。展示課題《走近開源硬件》。2、知識講授（1）Arduino定義Arduino是一個基于開放源碼的軟硬件平臺，具有使用類似Java、C語言的開發(fā)環(huán)境，再加上價(jià)格低廉，Arduino風(fēng)靡全球各地，吸引了許多電子愛好者開發(fā)使用。特征：開源性、可擴(kuò)展性、兼容性、經(jīng)濟(jì)性。（2）Arduino板卡Arduino已經(jīng)先后發(fā)布了十幾種型號的板子，比如有巨大版的ArduinoMEGA，有可縫在衣服上的類似紐扣的ArduinoLilyPad，也有微型的ArduinoMicro，當(dāng)然還有最基礎(chǔ)的ArduinoUNO，等等。我們使用的是現(xiàn)在最流行、最基礎(chǔ)的UNO板。這款控制器叫做ArduinoRomeo。（3）ArduinoIDE教師介紹ArduinoIDE的下載和安裝。Arduino的編程環(huán)境不僅有文本式的編程環(huán)境還有圖形化的編程環(huán)境，教師簡要介紹一下文本式的編程環(huán)境。（4）驅(qū)動的安裝教師演示Arduino驅(qū)動的安裝。驅(qū)動文件夾，選在Arduino軟件里面的drivers；如果插上Arduino之后，沒有彈出裝驅(qū)動的對話框，提示學(xué)生在設(shè)備管理器中可以看到；讓學(xué)生記住安裝完之后的串口號。驅(qū)動安裝好之后，修改ArduinoIDE里面的板卡和串口，板卡類型為UNO，串口為驅(qū)動安裝好之后的串口。3、體驗(yàn)探究——閃爍你的第一盞led燈通過閃爍led燈的實(shí)際搭建和編程過程，進(jìn)一步熟悉套件的硬件，通過程序的上傳于修改，體會程序與套件的交互過程。（1）LED1）LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，顏色有白綠藍(lán)等；高低電平可以驅(qū)動LED的亮滅。2）LED與Arduino的連接LED發(fā)光模塊有三根針腳，接線的時候黑線接GND，紅線接VCC，綠線接數(shù)字口。數(shù)字口0和1不能接，數(shù)字口0和1用于Arduino與計(jì)算機(jī)通信。（2）任務(wù)描述LED亮N秒，滅N秒。（3）硬件搭建LED有三個針腳，黑線接地，紅線接5V，綠線接數(shù)字口。（4）參考程序4.、拓展提升——小組創(chuàng)意設(shè)計(jì)閃爍彩燈通過前面任務(wù)的體驗(yàn)之后，教師進(jìn)行總結(jié)講解，介紹程序的基本結(jié)構(gòu)和要。引入下一個拓展任務(wù)，通過一個led燈到兩個、三個，請學(xué)生自行設(shè)計(jì)自己小組的閃爍效果，并通過程序修改實(shí)現(xiàn)。示例：交通燈1）任務(wù)描述紅燈亮A秒之后滅掉，綠燈亮B秒之后滅掉，黃燈亮C秒之后滅掉，以此類推。2）硬件搭建將三個LED分別接在Arduino控制器的數(shù)字口3）嘗試程序的編寫5、分享交流小組展示自己小組的閃爍創(chuàng)意，并講述設(shè)計(jì)過程和制作過程。其他小組和教師分別進(jìn)行點(diǎn)評總結(jié)。6、課堂總結(jié)教師對本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，指出在學(xué)習(xí)過程和小組制作過程中存在的問題，教師提出疑問，并引出下節(jié)課的內(nèi)容。通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，初步了解了Arduino機(jī)器人，掌握了Arduino驅(qū)動的安裝，體驗(yàn)了Arduino機(jī)器人的魅力。要通過Arduino完成一項(xiàng)機(jī)器人作品，我們不僅要學(xué)會硬件的搭建和基本的程序設(shè)計(jì)，還要學(xué)習(xí)更多的機(jī)器人相關(guān)技術(shù)。八、課后作業(yè)1）了解Arduino機(jī)器人可以制作哪些機(jī)器人項(xiàng)目。2）自學(xué)ArduinoIDE的編程環(huán)境。九、教學(xué)反思通過本節(jié)課的教學(xué)，基本達(dá)成了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，可以看得出來學(xué)生對于Arduino的興趣非常濃厚。學(xué)生已經(jīng)能夠初步學(xué)會進(jìn)行Arduino101套件的使用和硬件搭建，對于程序設(shè)計(jì)有了初步的認(rèn)識，但因?yàn)閷W(xué)生基本為零基礎(chǔ)，所以這一部分內(nèi)容是接下來的重點(diǎn)與難點(diǎn)。在學(xué)生練習(xí)點(diǎn)亮第一個LED的過程中，因?yàn)閷W(xué)生對于程序的零基礎(chǔ)，導(dǎo)致花費(fèi)的時間較長，后面需要合理安排講練的時間。學(xué)情分析《走近開源硬件》位于地校課程《Arduino創(chuàng)意機(jī)器人》課程的第一章《LED》的第一課，學(xué)生在此之前對于機(jī)器人的學(xué)習(xí)抱有極大的興趣，但是對于機(jī)器人制作與設(shè)計(jì)，尤其是對Arduino機(jī)器人毫無了解，對于程序設(shè)計(jì)，在信息技術(shù)課程中有初步了解，但對于Arduino程序設(shè)計(jì)的認(rèn)知為零。所以這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要是讓學(xué)生初步了解Arduino101控制器，認(rèn)識Arduino機(jī)器人，幫助學(xué)生打破對機(jī)器人的神秘感，拉近學(xué)生和機(jī)器人的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究機(jī)器人的興趣。并且通過自己親手搭建LED閃爍的硬件和程序設(shè)計(jì)，感受Arduino通過程序與現(xiàn)實(shí)世界的交互。效果分析通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對于以Arduino我為代表的開源硬件的設(shè)計(jì)與制作有了更濃厚的興趣。初步了解了Arduino的發(fā)展史，認(rèn)識了Arduino101開發(fā)套件，初步掌握了Arduino101開發(fā)套件的硬件搭建。對于Arduino程序設(shè)計(jì)有了初步的認(rèn)識，了解了Arduino程序的基本組成部分，認(rèn)識了幾個重要的函數(shù)。能夠初步讀懂簡單的Arduino程序，并且學(xué)會了通過修改函數(shù)數(shù)值，體會程序?qū)τ布目刂疲惺艿搅顺绦蚺c現(xiàn)實(shí)世界的交互過程。但本節(jié)課是學(xué)生的第一節(jié)課，學(xué)生在程序設(shè)計(jì)方面是難點(diǎn)，很難在短時間內(nèi)掌握其基本語法，所以在調(diào)試過程中，會有各種報(bào)錯，需要花時間進(jìn)行大量的練習(xí)。教材分析《走進(jìn)開源硬件》為我校通用技術(shù)選修內(nèi)容,根據(jù)通用技術(shù)選修一《電子控制技術(shù)》與選修三《簡易機(jī)器人制作》的內(nèi)容整合改進(jìn)而成。因?yàn)閷W(xué)生在此之前對Arduino機(jī)器人毫無了解，所以本節(jié)內(nèi)容為入門課程。課程通過有趣的交互設(shè)計(jì)作品的展示和帶學(xué)生動手操作，體會Arduino世界的神奇和有趣。本節(jié)內(nèi)容主要是讓學(xué)生初步初步了解開源硬件的起源和Arduino的發(fā)展歷史，并且通過以Arduino101控制器和DRRobt擴(kuò)展板為例，認(rèn)識Arduino機(jī)器人，幫助學(xué)生打破對機(jī)器人的神秘感，拉近學(xué)生和機(jī)器人的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究機(jī)器人的興趣。使學(xué)生通過真正的動手，體驗(yàn)Arduino機(jī)器人的硬件搭建和程序設(shè)計(jì)過程的過程，感受通過程序與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行互動的魅力。觀看記錄授課老師雖為年輕老師,但課堂的整體駕馭能力已經(jīng)非常高。首先，教學(xué)的基本功扎實(shí)，語速適中，發(fā)音清晰，思路清晰。注意使用肢體語言。教學(xué)思路非常清晰嚴(yán)謹(jǐn)，體現(xiàn)了良好的專業(yè)功底，并且在授課過程中，與學(xué)生的互動良好，課堂氛圍活躍。因?yàn)楸竟?jié)課是第一節(jié)課，學(xué)生對于本模塊知識屬于初次接觸，在練習(xí)的過程中花的時間較長。導(dǎo)致最后的拓展模塊時間較短，效果沒有完全達(dá)到。另外，教師板書需要進(jìn)一步提升。評測練習(xí)的出現(xiàn)堪稱開源硬件發(fā)展史上里程碑。通俗的說，Arduino是一種用來開發(fā)各種電子項(xiàng)目的和的統(tǒng)稱。在傳感器擴(kuò)展板上，顏色為綠色，標(biāo)有字母D的引腳為引腳；標(biāo)有字母A的引腳為引腳。4.pinMode()函數(shù)的作用與功能是。digitalWrite()函數(shù)的作用與功能是。delay（）函數(shù)的作用與功能是。5．描述紅綠燈的工作流程。教學(xué)反思通過本節(jié)課的教學(xué)，基本達(dá)成了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生對于Arduino的興趣非常濃厚，均期待下一節(jié)課的學(xué)習(xí)。學(xué)生已經(jīng)能夠初步學(xué)會進(jìn)行Arduino101套件的使用和硬件搭建，對于程序設(shè)計(jì)有了初步的認(rèn)識，但因?yàn)閷W(xué)生基本為零基礎(chǔ)，所以這一部分內(nèi)容是接下來的重點(diǎn)與難點(diǎn)。課前的導(dǎo)入部分不夠充分，如果能夠進(jìn)行富媒體和更多實(shí)物的展示，引導(dǎo)效果會更好。在學(xué)生練習(xí)點(diǎn)亮第一個LED的過程中，因?yàn)閷W(xué)生對于程序的零基礎(chǔ)，導(dǎo)致花費(fèi)的時間較長，最后一個拓展提升項(xiàng)目沒有完全完成。本次教學(xué)活動的不足之處：1、語言再簡練些；2、板書不夠工整。3、活動設(shè)計(jì)的時間需要進(jìn)一步把控。課標(biāo)分析

本課程為我校通用技術(shù)選修內(nèi)容，根據(jù)通用技術(shù)選修一《電子控制技術(shù)》與選修三《簡易機(jī)器人制作》的內(nèi)容整合改進(jìn)而成。Arduino創(chuàng)意機(jī)器人課程的第二課時,本系列課程的總目標(biāo)是提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計(jì)能力和動手實(shí)踐能力，進(jìn)而培養(yǎng)和提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在直接經(jīng)