第13課 點陣-高中信息技術(shù)Arduino開源硬件系列課程教學(xué)設(shè)計

第13課點陣-高中信息技術(shù)Arduino開源硬件系列課程教學(xué)設(shè)計學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點教具教材分析第13課“點陣”是高中信息技術(shù)Arduino開源硬件系列課程的一部分。本節(jié)課內(nèi)容緊密結(jié)合課本，以Arduino點陣模塊為教學(xué)載體，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)點陣的基本原理和編程方法。課程設(shè)計遵循教學(xué)實際，注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力和創(chuàng)新思維，旨在提高學(xué)生利用Arduino開源硬件解決實際問題的能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生信息意識，通過Arduino點陣編程，提升學(xué)生計算思維和問題解決能力。增強學(xué)生的實踐操作技能，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和團隊合作意識。引導(dǎo)學(xué)生理解信息技術(shù)在生活中的應(yīng)用，形成科學(xué)的態(tài)度和價值觀。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點，

①掌握Arduino點陣模塊的硬件連接方法；

②理解并應(yīng)用基本的點陣顯示編程技巧，實現(xiàn)字符和圖形的顯示；

③學(xué)習(xí)使用循環(huán)和條件語句控制點陣的動態(tài)效果。

2.教學(xué)難點，

①理解點陣的原理，包括點陣的組成和像素的排列方式；

②將字符和圖形轉(zhuǎn)換為點陣可顯示的格式，進行編程實現(xiàn)；

③編程調(diào)試中處理點陣顯示的時序問題，確保顯示效果穩(wěn)定；

④結(jié)合實際應(yīng)用場景，設(shè)計創(chuàng)意點陣顯示程序。教學(xué)資源-軟硬件資源：Arduino開源硬件套件、點陣模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊、面包板、連接線、電源供應(yīng)；

-課程平臺：學(xué)校信息實驗室、在線編程平臺（如ArduinoIDE）；

-信息化資源：Arduino編程教程、點陣顯示技術(shù)資料、示例代碼庫；

-教學(xué)手段：實物演示、小組討論、編程實踐、視頻教學(xué)。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

（1）同學(xué)們，今天我們來學(xué)習(xí)第13課“點陣”，這是Arduino開源硬件系列課程的一部分。在之前的課程中，我們學(xué)習(xí)了Arduino的基本操作和編程方法，今天我們將一起探索點陣模塊的原理和應(yīng)用。

（2）請同學(xué)們回顧一下我們之前學(xué)習(xí)的Arduino編程知識，特別是關(guān)于數(shù)字輸出和串口通信的內(nèi)容，這對我們理解點陣模塊的工作原理非常有幫助。

二、新課講授

1.點陣模塊的介紹

（1）首先，我們來認(rèn)識一下點陣模塊。點陣模塊由多個LED燈組成，這些LED燈排列成行和列，通過控制每個LED燈的亮與滅，可以顯示字符、圖形或者動畫。

（2）請同學(xué)們觀察我們手中的點陣模塊，數(shù)一數(shù)它有多少個LED燈，以及它們的排列方式。

2.點陣的工作原理

（1）接下來，我們來探討點陣的工作原理。點陣顯示是通過控制每個LED燈的亮與滅來實現(xiàn)的，這需要我們使用到數(shù)字輸出和串口通信。

（2）請同學(xué)們打開ArduinoIDE，我們將會在這里編寫代碼來控制點陣模塊。

3.點陣編程基礎(chǔ)

（1）首先，我們需要了解如何使用ArduinoIDE編寫點陣顯示的代碼。我們將從最簡單的字符顯示開始，逐步過渡到圖形和動畫。

（2）請同學(xué)們跟我一起，編寫一個程序，讓點陣模塊顯示一個簡單的字符。

4.實踐操作

（1）現(xiàn)在，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了點陣編程的基礎(chǔ)，接下來是實踐操作環(huán)節(jié)。請同學(xué)們按照剛才學(xué)到的知識，嘗試編寫一個程序，讓點陣模塊顯示一個你喜歡的圖形。

（2）在操作過程中，如果遇到問題，可以互相討論或者向我提問。

5.創(chuàng)意編程

（1）在掌握了點陣編程的基礎(chǔ)之后，我們可以嘗試一些更有創(chuàng)意的編程項目。比如，我們可以編寫一個程序，讓點陣模塊顯示一個動態(tài)的時鐘或者一個簡單的游戲。

（2）請同學(xué)們發(fā)揮想象力，設(shè)計一個你自己的點陣顯示項目，并嘗試實現(xiàn)它。

三、課堂練習(xí)

（1）現(xiàn)在，請大家將剛才編寫的程序上傳到Arduino板上，觀察點陣模塊的顯示效果。

（2）如果顯示效果不理想，我們需要檢查代碼中的錯誤，并進行調(diào)試。

四、總結(jié)與反思

（1）同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了點陣模塊的原理和編程方法，通過實踐操作，大家已經(jīng)能夠編寫簡單的點陣顯示程序。

（2）回顧一下我們今天的學(xué)習(xí)內(nèi)容，點陣編程需要我們掌握數(shù)字輸出和串口通信的知識，同時還需要具備一定的編程技巧。

（3）請同學(xué)們在課后繼續(xù)練習(xí)，嘗試編寫更加復(fù)雜的點陣顯示程序，或者結(jié)合其他傳感器和模塊，實現(xiàn)更加豐富的功能。

（4）最后，讓我們來反思一下今天的學(xué)習(xí)。通過今天的課程，你有哪些收獲？在編程過程中，你遇到了哪些困難？又是如何解決的？

五、作業(yè)布置

（1）請同學(xué)們完成以下作業(yè)：

-編寫一個程序，讓點陣模塊顯示一個你喜歡的圖形。

-設(shè)計一個創(chuàng)意點陣顯示項目，并嘗試實現(xiàn)它。

-撰寫一篇學(xué)習(xí)心得，總結(jié)你在點陣編程方面的收獲和體會。

（2）請大家在下節(jié)課之前，將作業(yè)提交給我，我們將在下節(jié)課上進行展示和交流。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果

1.知識掌握程度

-學(xué)生能夠熟練掌握Arduino點陣模塊的硬件連接方法和操作步驟。

-學(xué)生能夠理解并運用點陣的原理，包括點陣的組成和像素的排列方式。

-學(xué)生能夠使用ArduinoIDE編寫基本的點陣顯示程序，實現(xiàn)字符和圖形的顯示。

2.技能提升

-學(xué)生能夠通過實踐操作，提高編程能力和問題解決能力。

-學(xué)生能夠運用循環(huán)和條件語句控制點陣的動態(tài)效果，實現(xiàn)創(chuàng)意編程。

-學(xué)生能夠?qū)嶋H應(yīng)用場景與點陣編程相結(jié)合，設(shè)計出具有實用性的項目。

3.思維培養(yǎng)

-學(xué)生在編程過程中培養(yǎng)了計算思維，學(xué)會了從問題出發(fā)，分析問題、解決問題的方法。

-學(xué)生通過團隊合作，提升了溝通協(xié)作能力和創(chuàng)新意識。

-學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成了科學(xué)的態(tài)度和價值觀，對信息技術(shù)在生活中的應(yīng)用有了更深刻的認(rèn)識。

4.實踐應(yīng)用

-學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用于實際項目，如制作點陣時鐘、點陣顯示廣告牌等。

-學(xué)生通過項目實踐，提高了動手能力和創(chuàng)新能力，為未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

-學(xué)生在項目實踐中，學(xué)會了如何查閱資料、解決技術(shù)難題，提升了自主學(xué)習(xí)能力。

5.評價與反思

-學(xué)生能夠?qū)ψ约旱膶W(xué)習(xí)過程進行評價，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不斷調(diào)整學(xué)習(xí)方法。

-學(xué)生在反思過程中，認(rèn)識到自身在編程能力和創(chuàng)新能力方面的不足，明確了今后努力的方向。

-學(xué)生通過評價與反思，提高了自我管理能力和終身學(xué)習(xí)能力。課后作業(yè)1.編程實踐：

-作業(yè)描述：編寫一個Arduino程序，使點陣模塊顯示“HELLO”這個字符。

-答案示例：

```cpp

//點陣顯示“HELLO”

intmatrix[8]={2,3,4,5,6,7,8,9};//定義點陣模塊的行引腳

intcolumns[]={10,11,12,13};//定義點陣模塊的列引腳

Stringmessage="HELLO";

voidsetup(){

for(inti=0;i<8;i++){

pinMode(matrix[i],OUTPUT);

}

for(inti=0;i<4;i++){

pinMode(columns[i],OUTPUT);

}

}

voidloop(){

for(inti=0;i<message.length();i++){

introw=(message[i]-'A')*5;//根據(jù)字符確定行位置

for(intj=0;j<5;j++){

digitalWrite(matrix[j],LOW);//關(guān)閉所有行

}

for(intj=0;j<8;j++){

digitalWrite(columns[j],HIGH);//打開所有列

}

digitalWrite(matrix[row+j],LOW);//打開對應(yīng)字符的行

delay(500);//顯示時間

for(intj=0;j<8;j++){

digitalWrite(columns[j],LOW);//關(guān)閉所有列

}

}

delay(1000);//顯示間隔

}

```

2.動態(tài)效果編程：

-作業(yè)描述：編寫一個Arduino程序，使點陣模塊顯示一個移動的“光標(biāo)”，模擬光標(biāo)在點陣上的移動。

-答案示例：

```cpp

//點陣顯示移動光標(biāo)

intmatrix[8]={2,3,4,5,6,7,8,9};

intcolumns[]={10,11,12,13};

intcursorPosition=0;

voidsetup(){

//...（初始化代碼與作業(yè)1相同）

}

voidloop(){

//清除當(dāng)前光標(biāo)位置

for(inti=0;i<5;i++){

digitalWrite(matrix[i],HIGH);

}

//顯示光標(biāo)

digitalWrite(matrix[cursorPosition],LOW);

delay(200);

//移動光標(biāo)到下一個位置

cursorPosition=(cursorPosition+1)%5;

//清除上一個光標(biāo)位置

digitalWrite(matrix[cursorPosition],HIGH);

}

```

3.圖形繪制：

-作業(yè)描述：編寫一個Arduino程序，使點陣模塊繪制一個簡單的幾何圖形，如三角形。

-答案示例：

```cpp

//點陣?yán)L制三角形

intmatrix[8]={2,3,4,5,6,7,8,9};

intcolumns[]={10,11,12,13};

inttriangleHeight=3;

voidsetup(){

//...（初始化代碼與作業(yè)1相同）

}

voidloop(){

for(inty=0;y<triangleHeight;y++){

for(intx=0;x<=y;x++){

digitalWrite(matrix[y],LOW);

digitalWrite(matrix[7-x],LOW);

}

delay(200);

for(intx=0;x<=y;x++){

digitalWrite(matrix[y],HIGH);

digitalWrite(matrix[7-x],HIGH);

}

}

delay(2000);//繪制間隔

}

```

4.動畫效果：

-作業(yè)描述：編寫一個Arduino程序，使點陣模塊顯示一個簡單的動畫效果，如閃爍的“心形”圖案。

-答案示例：

```cpp

//點陣顯示閃爍心形圖案

intmatrix[8]={2,3,4,5,6,7,8,9};

intcolumns[]={10,11,12,13};

intheart[5][8]={

{1,1,1,1,1,1,1,1},

{1,0,0,0,0,0,0,1},

{1,0,1,1,1,1,0,1},

{1,0,1,0,0,1,0,1},

{1,1,1,1,1,1,1,1}

};

voidsetup(){

//...（初始化代碼與作業(yè)1相同）

}

voidloop(){

for(inty=0;y<5;y++){

for(intx=0;x<8;x++){

digitalWrite(matrix[y],heart[y][x]?LOW:HIGH);

digitalWrite(matrix[7-x],heart[y][x]?LOW:HIGH);

}

delay(200);

}

for(inty=4;y>=0;y--){

for(intx=0;x<8;x++){

digitalWrite(matrix[y],heart[y][x]?LOW:HIGH);

digitalWrite(matrix[7-x],heart[y][x]?LOW:HIGH);

}

delay(200);

}

delay(1000);//動畫間隔

}

```

5.項目設(shè)計：

-作業(yè)描述：設(shè)計并實現(xiàn)一個基于點陣模塊的創(chuàng)意項目，如制作一個顯示天氣信息的點陣時鐘。

-答案示例：

-項目名稱：點陣天氣時鐘

-項目描述：設(shè)計一個點陣時鐘，它不僅能顯示時間，還能顯示當(dāng)前的天氣情況，如晴、陰、雨等。

-技術(shù)要求：

-使用Arduino和點陣模塊制作時鐘顯示界面。

-連接溫濕度傳感器，獲取實時天氣數(shù)據(jù)。

-編寫程序，將天氣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點陣顯示的圖案。

-設(shè)計用戶界面，使時鐘易于操作和查看。

-評價標(biāo)準(zhǔn)：

-顯示的天氣信息準(zhǔn)確、及時。

-點陣顯示效果清晰、美觀。

-系統(tǒng)運行穩(wěn)定，無錯誤。教學(xué)反思教學(xué)反思

今天上了點陣模塊的課程，我覺得整體效果還是不錯的。不過，在回顧和反思的過程中，我發(fā)現(xiàn)了一些值得注意的地方。

首先，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在編程方面的基礎(chǔ)差異比較大。有些同學(xué)對Arduino編程比較熟悉，能夠迅速理