1.4開(kāi)源硬件與創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)人教-中圖版高中信息技術(shù)選擇性必修6

第1章開(kāi)源硬件及其特征1.4開(kāi)源硬件與創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)背景信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過(guò)程和工程實(shí)現(xiàn)。當(dāng)代高速發(fā)展的信息科技對(duì)全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性，為高中階段信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學(xué)精神和科技倫理，提升自主可控意識(shí)，培育社會(huì)主義核心價(jià)值觀(guān)，樹(shù)立總體國(guó)家安全觀(guān)，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容選自人教/地圖出版社選擇性必修6開(kāi)源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)第1章開(kāi)源硬件及其特征1.4開(kāi)源硬件與創(chuàng)新。“半畝方塘一鑒開(kāi)，天光云影共徘徊。問(wèn)渠那得清如許？為有源頭活水來(lái)。”宋代哲學(xué)家朱熹這首《觀(guān)書(shū)有感》充滿(mǎn)了辯證與哲思。只有廣開(kāi)源頭活水，才能保證方塘池水永不枯竭、永不陳腐、永不渾濁；只有不斷吸收新知識(shí)，個(gè)人才能進(jìn)步；只有不斷銳意創(chuàng)新，社會(huì)才能發(fā)展。其實(shí)，整個(gè)人類(lèi)歷史就是一個(gè)不斷創(chuàng)新、不斷進(jìn)步的過(guò)程。沒(méi)有創(chuàng)新就沒(méi)有人類(lèi)的進(jìn)步。如何鼓勵(lì)創(chuàng)新、保護(hù)創(chuàng)新者的權(quán)利、保障創(chuàng)新成果，是人們需要長(zhǎng)期思考的話(huà)題。早在17世紀(jì)，英國(guó)議會(huì)頒布了世界上第一部現(xiàn)代意義的專(zhuān)利法——《壟斷法規(guī)》。英國(guó)專(zhuān)利制度的實(shí)施，以商業(yè)壟斷的形式保護(hù)和激勵(lì)了技術(shù)創(chuàng)新。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著技術(shù)平民化的進(jìn)程和互聯(lián)網(wǎng)傳播的快速發(fā)展，技術(shù)的迭代周期越來(lái)越短，用戶(hù)參與技術(shù)或者產(chǎn)品創(chuàng)新的意愿越來(lái)越強(qiáng)烈，人們開(kāi)始反思專(zhuān)利或者版權(quán)的制度是否需要更新。加上對(duì)高科技領(lǐng)域容易出現(xiàn)壟斷的擔(dān)憂(yōu)，越來(lái)越多的人開(kāi)始思考，利用開(kāi)放源代碼、開(kāi)放原始技術(shù)這一類(lèi)的方式，是否能更加有效地促進(jìn)創(chuàng)新和協(xié)作。本章將通過(guò)主題項(xiàng)目開(kāi)展學(xué)習(xí)，了解開(kāi)源硬件的發(fā)展歷程、常見(jiàn)開(kāi)源軟硬件平臺(tái)及相關(guān)模塊功能，認(rèn)識(shí)開(kāi)源硬件的特征及其對(duì)社會(huì)的影響與作用，體會(huì)知識(shí)分享的意義與價(jià)值。教學(xué)目標(biāo)1.理解利用開(kāi)源硬件促進(jìn)信息技術(shù)創(chuàng)新的價(jià)值與意義，具備鑒別信息技術(shù)創(chuàng)新的能力。2.理解開(kāi)源硬件對(duì)于構(gòu)建創(chuàng)新型社會(huì)的意義，能列舉開(kāi)源硬件促進(jìn)創(chuàng)新的案例。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):理解利用開(kāi)源硬件促進(jìn)信息技術(shù)創(chuàng)新的價(jià)值與意義，具備鑒別信息技術(shù)創(chuàng)新的能力。教學(xué)難點(diǎn):理解開(kāi)源硬件對(duì)于構(gòu)建創(chuàng)新型社會(huì)的意義，能列舉開(kāi)源硬件促進(jìn)創(chuàng)新的案例。教學(xué)方法與教學(xué)手段案例分析法、講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。教學(xué)過(guò)程問(wèn)題導(dǎo)入體驗(yàn)探索學(xué)習(xí)目標(biāo)體驗(yàn)探索神奇的旋轉(zhuǎn)LED顯示旋轉(zhuǎn)LED顯示是一種利用人眼的視覺(jué)暫留原理制作的，用少數(shù)（一般是一列）LED加一只電機(jī)代替點(diǎn)陣進(jìn)行字符顯示的顯示屏。當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用計(jì)算機(jī)程序精確控制每一個(gè)LED的亮和滅，即可產(chǎn)生預(yù)設(shè)的字符或圖案效果，如圖1.4.1所示。思考：1.為什么人們會(huì)喜歡旋轉(zhuǎn)LED顯示？這種顯示方式有哪些優(yōu)劣？2.旋轉(zhuǎn)LED顯示還可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？激發(fā)創(chuàng)新興趣隨著電子硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，硬件結(jié)構(gòu)和控制邏輯變得愈加復(fù)雜，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)難度也在不斷增加，對(duì)開(kāi)發(fā)人員基礎(chǔ)知識(shí)的要求也大幅度提高。開(kāi)源硬件的出現(xiàn)，有效降低了硬件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)門(mén)檻，開(kāi)發(fā)者可以聚焦在自己關(guān)心和擅長(zhǎng)的工作部分，其他工作可以利用他人已公開(kāi)的成果，以加快開(kāi)發(fā)速度，提高生產(chǎn)效率。開(kāi)發(fā)者和消費(fèi)者之間的界限正在變得愈加模糊。什么是創(chuàng)新？哪些人擅長(zhǎng)創(chuàng)新？如何鼓勵(lì)持續(xù)創(chuàng)新？這些問(wèn)題一直以來(lái)都沒(méi)有明確的答案，但是比較一致的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為“興趣是創(chuàng)新的一個(gè)關(guān)鍵因素”。由于工業(yè)品的大規(guī)模制造，滿(mǎn)足消費(fèi)者的突破性創(chuàng)新需求也變得越來(lái)越困難，而且通用的公共需求也難以滿(mǎn)足所有人的個(gè)性化需要。開(kāi)源硬件讓更多的人可以自己動(dòng)手滿(mǎn)足需求，借助開(kāi)源社區(qū)并向開(kāi)源社區(qū)反饋?lái)?xiàng)目，從而構(gòu)成一種既能滿(mǎn)足個(gè)性化需求又能豐富社會(huì)創(chuàng)意方案的創(chuàng)新組織形式。實(shí)踐活動(dòng)數(shù)字骰子A型板和B型板都板載了一個(gè)加速度傳感器，能夠感知外界環(huán)境的加速度變化。例如，搖動(dòng)核心板或者核心板掉落時(shí)，該加速度傳感器都可以感受到變化。借助加速度傳感器，可以制作一個(gè)數(shù)字骰子，每當(dāng)搖動(dòng)A型板時(shí)，都會(huì)使其隨機(jī)顯示一個(gè)1～6的數(shù)字，如圖1.4.2所示。1.從教學(xué)資源平臺(tái)“zkA_touzi.py”文件到A型板中，運(yùn)行程序，查看數(shù)字骰子的實(shí)驗(yàn)效果。2.閱讀源代碼，并用流程圖的形式描述代碼的程序結(jié)構(gòu)。思考：1.A型板和B型板的顯示方式不同，哪個(gè)更適合做這個(gè)項(xiàng)目？2.從提升趣味性的角度考慮，如何改進(jìn)數(shù)字骰子？培養(yǎng)實(shí)踐能力隨著信息時(shí)代的發(fā)展，每個(gè)人都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表達(dá)自己的想法，不僅可以在開(kāi)源社區(qū)中為自己喜歡的項(xiàng)目點(diǎn)贊，甚至可以直接成為一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目的發(fā)起者。實(shí)踐能力既來(lái)自于知識(shí)的積累，又來(lái)自于項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)各種正向的評(píng)價(jià)積累生成自信。培養(yǎng)實(shí)踐能力也是一個(gè)循序漸進(jìn)、反復(fù)思考的過(guò)程。通過(guò)開(kāi)源硬件項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，用開(kāi)源硬件來(lái)改善我們的學(xué)習(xí)和生活，是提升實(shí)踐能力的一個(gè)很好的切入點(diǎn)。創(chuàng)新和實(shí)踐是相互影響的，新技術(shù)需要尋找其應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)踐中提出的問(wèn)題也需要通過(guò)創(chuàng)新的方法來(lái)解決。學(xué)習(xí)開(kāi)源硬件，除了獲得一些具體的技術(shù)之外，還可以體會(huì)創(chuàng)新和實(shí)踐的樂(lè)趣。在學(xué)習(xí)和生活中努力養(yǎng)成用創(chuàng)新和分享服務(wù)大眾的習(xí)慣，是一個(gè)終身學(xué)習(xí)的過(guò)程。閱讀拓展開(kāi)源硬件怎么學(xué)伴隨著開(kāi)源硬件的普及，越來(lái)越多的學(xué)生開(kāi)始使用開(kāi)源硬件來(lái)完成科技作品。2018年6月，創(chuàng)客教育社區(qū)的記者采訪(fǎng)了某中學(xué)的于老師，請(qǐng)她對(duì)開(kāi)源硬件的學(xué)習(xí)方法做一個(gè)指導(dǎo)。記者：“于老師，您指導(dǎo)開(kāi)源硬件項(xiàng)目這么多年，有沒(méi)有印象比較深的學(xué)生項(xiàng)目呢？”于老師：“今年就有一個(gè)關(guān)注校園噪音污染的項(xiàng)目案例，很多物聯(lián)網(wǎng)傳感器被安裝在校園的各個(gè)角落，并且能夠進(jìn)行信息匯總。去年，還有一個(gè)教室空氣污染檢測(cè)的項(xiàng)目，這些跟校園生活相關(guān)的項(xiàng)目我都很喜歡。還有一些有趣的互動(dòng)項(xiàng)目也很好，例如去年有一個(gè)用腦電波傳感器控制小球迷宮的項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目源自于一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，但是我們給它做了改進(jìn)?！庇浾撸骸澳X(jué)得做這些開(kāi)源項(xiàng)目的孩子有哪些好的習(xí)慣，能夠幫助到后面學(xué)習(xí)開(kāi)源硬件的同學(xué)么？”于老師：“我覺(jué)得首先在于觀(guān)察生活，主動(dòng)地關(guān)注自己或者他人的需求。然后要有比較扎實(shí)的基本功，能夠做到熟能生巧。再就是多看看網(wǎng)絡(luò)社區(qū)上別人的分享，打開(kāi)視野。像我從初中帶起來(lái)的一名學(xué)生，一直在網(wǎng)絡(luò)社區(qū)中學(xué)習(xí)，不但學(xué)別人的項(xiàng)目還分享自己的項(xiàng)目，這種正向的激勵(lì)，讓學(xué)生學(xué)得特別主動(dòng)，持續(xù)創(chuàng)新，一年能有好幾個(gè)項(xiàng)目，效果特別好。此外，還要具備一定的自我學(xué)習(xí)能力，因?yàn)橐粋€(gè)項(xiàng)目涉及的知識(shí)技能是多方面的，要養(yǎng)成一種整合知識(shí)的思維方式?！笨戳擞诶蠋煹姆窒碇螅銓?duì)開(kāi)源硬件的學(xué)習(xí)有了哪些新的認(rèn)識(shí)？助力創(chuàng)新型社會(huì)創(chuàng)新型社會(huì)的營(yíng)造，需要每個(gè)人都付出努力。如何積聚全社會(huì)的力量，開(kāi)源硬件的發(fā)展歷程給了一個(gè)很好的范例：開(kāi)源硬件核心板開(kāi)發(fā)、開(kāi)源硬件項(xiàng)目案例和開(kāi)源硬件周邊模塊開(kāi)發(fā)等參與者構(gòu)成技術(shù)參與方；開(kāi)源網(wǎng)絡(luò)社區(qū)、線(xiàn)下的創(chuàng)客空間和大眾傳媒構(gòu)成傳播參與方；案例和教程出版機(jī)構(gòu)、課程開(kāi)發(fā)以及各種競(jìng)賽評(píng)價(jià)平臺(tái)構(gòu)成教育參與方。技術(shù)參與方、傳播參與方和教育參與方三方面共同的努力成為開(kāi)源硬件發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，智能化工廠(chǎng)將更為便捷地滿(mǎn)足人們差異化的需求。開(kāi)源硬件和周邊模塊的使用，使得新的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)可以快速地轉(zhuǎn)換為真實(shí)產(chǎn)品，完成虛實(shí)之間的轉(zhuǎn)化。人人都是發(fā)明家，人人都是創(chuàng)新者。這些美好的想象并不完全取決于技術(shù)本身的進(jìn)步，還有賴(lài)于人們?yōu)槊篮蒙罡冻龈嗟闹腔?。思考活?dòng)開(kāi)源與正義請(qǐng)閱讀新聞材料并思考問(wèn)題：某網(wǎng)站2018年7月19日?qǐng)?bào)道“外媒稱(chēng)，據(jù)一位知情官員稱(chēng)，歐盟決定對(duì)美國(guó)‘字母表’公司旗下谷歌處以創(chuàng)紀(jì)錄的43.4億歐元罰款......歐盟的反壟斷監(jiān)管部門(mén)一直在研究，谷歌是否濫用了安卓操作系統(tǒng)的主導(dǎo)地位，以及是否通過(guò)這一全球逾80%智能都在使用的系統(tǒng)來(lái)推銷(xiāo)和鞏固谷歌自己的移動(dòng)應(yīng)用程序和服務(wù)，尤其是谷歌搜索引擎這一服務(wù)。”Makezine新聞網(wǎng)站2015年某日曾報(bào)道，開(kāi)源硬件核心板項(xiàng)目Arduino的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)與Arduino的意大利生產(chǎn)商之間爆發(fā)了關(guān)于A(yíng)rduino商標(biāo)所有權(quán)之間的國(guó)際訴訟。這場(chǎng)訴訟甚至一度引起了開(kāi)源社區(qū)的分裂，并引起了人們對(duì)于開(kāi)源文化的重新思考。思考：1.安卓系統(tǒng)是谷歌的一個(gè)開(kāi)源系統(tǒng)，有人認(rèn)為“沒(méi)有開(kāi)源就沒(méi)有谷歌”，但為什么歐盟擔(dān)憂(yōu)谷歌將形成壟斷？思考各國(guó)反壟斷法案出臺(tái)的歷史背景和意義。2.查詢(xún)Arduino商標(biāo)訴訟的后續(xù)結(jié)果，思考該事件帶給我們哪些方面的啟示，以及如何避免類(lèi)似的糾紛。開(kāi)源或不開(kāi)源、公益或營(yíng)利、個(gè)人與社會(huì)這些矛盾及其轉(zhuǎn)化成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的動(dòng)力。從協(xié)調(diào)發(fā)展的角度來(lái)看，開(kāi)源是一種手段而不是目的。技術(shù)創(chuàng)新的目標(biāo)仍是促進(jìn)人們美好生活的實(shí)現(xiàn)、促進(jìn)全社會(huì)的創(chuàng)新和分享、促進(jìn)全世界范圍內(nèi)協(xié)作和公平正義的實(shí)現(xiàn)?！耙粤x制利”的傳統(tǒng)中國(guó)智慧，對(duì)于建立全球開(kāi)源硬件治理體系，仍具備時(shí)代的借鑒意義。早在明末清初時(shí)期，科學(xué)家宋應(yīng)星總結(jié)了歷代的科學(xué)、技術(shù)和工程知識(shí)，撰寫(xiě)了《天工開(kāi)物》，其中包含了各行各業(yè)的造物技巧，被譽(yù)為“中國(guó)17世紀(jì)工藝百科全書(shū)”。開(kāi)源文化的內(nèi)核源于知識(shí)的分享屬性，一個(gè)能極大提高生產(chǎn)效率的產(chǎn)品，其制作秘密被分享出來(lái)以后，將會(huì)促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。目前，甚至在芯片領(lǐng)域也出現(xiàn)了類(lèi)如RISCV的開(kāi)源芯片內(nèi)核架構(gòu)。從外而內(nèi)，由表及里，開(kāi)源硬件領(lǐng)域?qū)?huì)更開(kāi)放透明，讓全世界分享其創(chuàng)新成果。項(xiàng)目實(shí)施完成開(kāi)源項(xiàng)目推介一、項(xiàng)目活動(dòng)1.小組采用思維導(dǎo)圖的形式完成對(duì)《開(kāi)源硬件推介報(bào)告》整體結(jié)構(gòu)的梳理，如表1.4.1所示。注意，報(bào)告中既要有宏觀(guān)的體會(huì)，還要有具體的開(kāi)源硬件項(xiàng)目實(shí)例。表1.4.1開(kāi)源硬件推介報(bào)告小組名稱(chēng)小組成員報(bào)告題目報(bào)告中重點(diǎn)推介的開(kāi)源硬件項(xiàng)目小組報(bào)告思維導(dǎo)圖報(bào)告注意事項(xiàng)（安全、流程等方面）2.小組準(zhǔn)備開(kāi)源硬件項(xiàng)目推介會(huì)的演示文稿、視頻和展板等展示資料。3.召開(kāi)開(kāi)源硬件項(xiàng)目推介會(huì)，拍攝推介會(huì)視頻。利用學(xué)校科技節(jié)、校園網(wǎng)等多種渠道推廣開(kāi)源硬件。二、項(xiàng)目檢查1.是否集體佩戴了項(xiàng)目徽章，用展板或者實(shí)物輔助開(kāi)源硬件項(xiàng)目推介。2.是否有效收集了開(kāi)源硬件項(xiàng)目資源，甄選推介項(xiàng)目的過(guò)程是否有具體依據(jù)。3.整體展示是否達(dá)到預(yù)期效果，團(tuán)隊(duì)分工是否合理。4.是否考慮了開(kāi)源硬件背后的社會(huì)、文化因素，是否已將推介會(huì)資料分享至開(kāi)源社區(qū)。總結(jié)評(píng)價(jià)1.請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)本章的核心概念與關(guān)鍵能力。2.根據(jù)自己的掌握情況填寫(xiě)下表。學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握程度開(kāi)源的概念□不了解□了解□理解開(kāi)源軟件□不了解□了解□理解開(kāi)源硬件□不了解□了解□理解開(kāi)源協(xié)議□不了解□了解□理解常見(jiàn)的開(kāi)源硬件平臺(tái)□不了解□了解□理解開(kāi)源硬件的發(fā)展背景□不了解□了解□理解開(kāi)源硬件的用戶(hù)群體□不了解□了解□理解開(kāi)源硬件的特征□不了解□了解□理解開(kāi)源硬件與創(chuàng)新的關(guān)系□不了解□了解□理解課后作業(yè)1.“興趣是最好的老師。”請(qǐng)搜索一些少年創(chuàng)客的成長(zhǎng)故事，談一談自己的體會(huì)。2.2015年，政府工作報(bào)告提出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的號(hào)召。推動(dòng)大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新，“既可以擴(kuò)大就業(yè)、增加居民收入，又有利于促進(jìn)社會(huì)縱向流動(dòng)和公平正義”。在論及創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新文化時(shí)，強(qiáng)調(diào)“讓人們?cè)趧?chuàng)造財(cái)