第二单元《阅读材料 常见的开源硬件》教学设计 2023-2024学年浙教版（2020）初中信息技术八年级下册

第二单元《阅读材料常见的开源硬件》教学设计2023—2024学年浙教版（2020）初中信息技术八年级下册主备人备课成员教学内容本节课为2023—2024学年浙教版（2020）初中信息技术八年级下册第二单元《阅读材料常见的开源硬件》。主要内容包括：介绍开源硬件的概念、特点，列举常见的开源硬件及其应用场景，如Arduino、RaspberryPi等。通过学习，使学生了解开源硬件的基本知识，为后续学习开源硬件编程打下基础。核心素养目标培养学生信息技术素养，提高信息意识，学会从开源硬件中获取信息、分析信息、处理信息，形成信息素养；培养学生创新精神和实践能力，通过动手实践，运用开源硬件解决实际问题，提升动手操作能力和创新思维；增强学生的合作交流能力，在小组合作中共同探讨开源硬件的应用，提高沟通协作能力。教学难点与重点1.教学重点，

①理解开源硬件的概念及其在现代社会中的应用价值；

②掌握常见开源硬件的基本功能和操作方法，如Arduino的编程环境搭建和简单程序编写；

③能够识别和区分不同类型的开源硬件，了解它们在不同项目中的应用场景。

2.教学难点，

①理解开源硬件编程的基本原理，包括编程语言和开发环境；

②将理论知识与实际操作相结合，设计并实现简单的开源硬件项目；

③在小组合作中，有效沟通、分工协作，共同完成项目，并解决过程中遇到的问题。这些难点需要通过实例教学、小组讨论和实际操作来逐步克服。学具准备Xxx课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源准备1.教材：确保每位学生都有本节课所需的教材《信息技术》八年级下册，包括《阅读材料常见的开源硬件》。

2.辅助材料：准备与教学内容相关的图片、图表、视频等多媒体资源，如开源硬件的介绍视频、Arduino编程环境的截图等。

3.实验器材：准备Arduino开发板、连接线、传感器等实验器材，确保器材的完整性和安全性。

4.教室布置：布置教室环境，设置分组讨论区，安排实验操作台，便于学生分组讨论和实验操作。教学流程1.导入新课

详细内容：首先，通过展示一些生活中常见的开源硬件产品图片，如智能门锁、智能家居设备等，引导学生思考这些产品背后的技术原理。接着，提出问题：“同学们，你们知道这些产品是如何实现的吗？它们使用了哪些技术？”以此激发学生的兴趣，引出本节课的主题——常见的开源硬件。

用时：5分钟

2.新课讲授

详细内容：

①介绍开源硬件的概念及其在现代社会中的应用价值，通过实例说明开源硬件在科技创新、教育、工业等领域的广泛应用。

②讲解常见开源硬件的基本功能和操作方法，如Arduino的编程环境搭建和简单程序编写。

③介绍不同类型的开源硬件及其特点，如Arduino、RaspberryPi、树莓派等。

用时：10分钟

3.实践活动

详细内容：

①学生分组，每组选择一种开源硬件进行研究和学习，如Arduino。

②每组学生根据教材内容，完成以下任务：

a.搭建Arduino开发环境；

b.编写简单的程序，实现一个基本的控制功能，如点亮LED灯；

c.分析程序，理解其工作原理。

③学生展示自己的实验成果，分享学习心得。

用时：15分钟

4.学生小组讨论

写3方面内容举例回答：

①如何选择合适的开源硬件进行学习和实践？

回答举例：根据个人兴趣和项目需求选择，如对智能家居感兴趣，可以选择Arduino或树莓派。

②如何在小组合作中有效沟通、分工协作？

回答举例：明确分工，各司其职，定期交流进度，共同解决问题。

③如何将理论知识与实际操作相结合？

回答举例：通过实际操作，加深对理论知识的理解，提高动手能力。

用时：10分钟

5.总结回顾

内容：首先，教师引导学生回顾本节课所学内容，强调开源硬件的概念、常见类型及其应用价值。然后，针对教学重难点进行具体分析和举例：

①开源硬件的概念：通过实例说明开源硬件的特点，如开源、可定制、易于扩展等。

②常见开源硬件的操作方法：以Arduino为例，讲解编程环境搭建、程序编写和调试过程。

③实践活动中的问题与解决方法：分析学生在实验过程中遇到的问题，如程序错误、硬件连接问题等，并给出相应的解决方法。

用时：5分钟

总用时：45分钟学生学习效果学生学习效果主要体现在以下几个方面：

1.知识掌握程度

学生通过本节课的学习，能够准确理解开源硬件的概念，掌握常见开源硬件的基本功能和操作方法。例如，学生能够熟练使用Arduino开发板，搭建简单的电路，编写并调试程序，实现基本的控制功能，如LED灯的开关、传感器的数据读取等。

2.技能提升

学生在实践活动中的动手能力得到显著提升。通过实际操作，学生能够将理论知识与实际应用相结合，提高解决问题的能力。例如，在遇到程序编写错误或硬件连接问题时，学生能够通过查阅资料、小组讨论等方式，找到解决问题的方法。

3.创新思维培养

本节课鼓励学生发挥创新思维，设计并实现自己的开源硬件项目。学生在实践中不断尝试、改进，培养了创新意识和解决问题的能力。例如，有的学生设计了一个基于Arduino的智能温度控制系统，能够根据环境温度自动调节室内温度。

4.信息素养提高

学生通过学习开源硬件，提高了信息获取、处理和分析的能力。在研究开源硬件的过程中，学生学会了如何从网络资源中获取信息，如何分析信息，如何将信息应用于实际问题解决。

5.团队合作能力

在小组讨论和实践活动过程中，学生学会了与他人合作，共同完成任务。学生能够明确分工，有效沟通，协调解决问题。例如，在Arduino项目的设计与实现过程中，学生需要共同讨论方案、分工协作，最终完成项目。

6.项目管理能力

学生在完成开源硬件项目的过程中，学会了项目管理的基本方法。例如，制定项目计划、分配任务、监控进度、评估成果等。这些能力对于学生未来的学习和工作具有重要意义。

7.跨学科知识融合

开源硬件项目往往涉及多个学科知识，如电子、编程、物理等。学生在学习开源硬件的过程中，能够将不同学科知识进行融合，提高综合运用知识的能力。

8.学习兴趣激发

通过本节课的学习，学生对开源硬件产生了浓厚的兴趣，激发了进一步探索和学习相关知识的欲望。这种兴趣将促使学生在课外主动学习，提高自身综合素质。板书设计1.开源硬件概述

①开源硬件定义

②开源硬件特点：开源、可定制、易于扩展

③开源硬件应用领域：科技创新、教育、工业等

2.常见开源硬件

①Arduino

②Arduino功能：编程环境搭建、程序编写、电路搭建

③Arduino应用场景：智能设备、机器人、交互艺术等

②RaspberryPi

②RaspberryPi功能：计算机操作、编程、媒体中心

③RaspberryPi应用场景：嵌入式系统、物联网、教育等

3.Arduino编程基础

①编程环境搭建

②程序编写与调试

②变量和数据类型

③控制结构：条件语句、循环语句

③硬件接口与操作

③输入输出接口

③传感器使用

4.项目实践

①项目设计思路

②项目实施步骤

③项目评估与改进

5.小组合作与讨论

①小组分工

②沟通与协作

③问题解决策略典型例题讲解1.例题：

使用Arduino编写一个程序，当光敏电阻的阻值低于设定值时，控制LED灯点亮。

答案：

```cpp

//定义光敏电阻连接的引脚

constintlightSensorPin=A0;

//定义LED灯连接的引脚

constintledPin=13;

//设置光敏电阻的阈值

intthreshold=500;

voidsetup(){

//设置LED灯引脚为输出模式

pinMode(ledPin,OUTPUT);

//设置光敏电阻引脚为输入模式

pinMode(lightSensorPin,INPUT);

}

voidloop(){

//读取光敏电阻的值

intsensorValue=analogRead(lightSensorPin);

//检查光敏电阻的值是否低于阈值

if(sensorValue<threshold){

//如果低于阈值，点亮LED灯

digitalWrite(ledPin,HIGH);

}else{

//否则关闭LED灯

digitalWrite(ledPin,LOW);

}

}

```

2.例题：

编写一个Arduino程序，控制蜂鸣器按照以下规律发声：先快速连续响三次，然后暂停1秒，再慢速连续响三次，重复此循环。

答案：

```cpp

//定义蜂鸣器连接的引脚

constintbuzzerPin=9;

//定义蜂鸣器快速和慢速的持续时间

constintfastDuration=100;

constintslowDuration=200;

constintpauseDuration=1000;

voidsetup(){

//设置蜂鸣器引脚为输出模式

pinMode(buzzerPin,OUTPUT);

}

voidloop(){

//快速连续响三次

for(inti=0;i<3;i++){

tone(buzzerPin,440);//440Hz音调

delay(fastDuration);

noTone(buzzerPin);

delay(fastDuration);

}

//暂停1秒

delay(pauseDuration);

//慢速连续响三次

for(inti=0;i<3;i++){

tone(buzzerPin,466);//466Hz音调

delay(slowDuration);

noTone(buzzerPin);

delay(slowDuration);

}

}

```

3.例题：

使用Arduino编写一个程序，控制一个舵机按照以下角度序列运动：0度、90度、180度、270度、360度，每个角度停留1秒。

答案：

```cpp

//定义舵机连接的引脚

constintservoPin=9;

//定义舵机的角度序列

intangles[]={0,90,180,270,360};

intnumAngles=sizeof(angles)/sizeof(angles[0]);

voidsetup(){

//设置舵机引脚为输出模式

pinMode(servoPin,OUTPUT);

//初始化舵机

servo.write(0);

}

voidloop(){

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

servo.write(angles[i]);

delay(1000);//停留1秒

}

}

```

4.例题：

编写一个Arduino程序，使用一个温度传感器读取环境温度，并在LCD显示屏上显示温度值。

答案：

```cpp

//定义温度传感器连接的引脚

constinttempSensorPin=A0;

//定义LCD显示屏的引脚（根据LCD型号和连接方式调整）

constintrs=12,en=11,d4=5,d5=4,d6=3,d7=2;

LiquidCrystallcd(rs,en,d4,d5,d6,d7);

voidsetup(){

//初始化LCD显示屏

lcd.begin(16,2);

//设置温度传感器引脚为输入模式

pinMode(tempSensorPin,INPUT);

}

voidloop(){

//读取温度传感器的值

intsensorValue=analogRead(tempSensorPin);

//将模拟值转换为温度值

floattempCelsius=sensorValue*(5.0/1023.0)*100;

//显示温度值

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Temp:");

lcd.print(tempCelsius);

lcd.print("C");

delay(1000);//每1秒更新一次显示

}

```

5.例题：

编写一个Arduino程序，使用无线通信模块（如nRF24L01）接收来自另一个Arduino发送的数据，并在LCD显示屏上显示接收到的数据。

答案：

```cpp

//定义无线通信模块的引脚

constintcePin=9;

constintcsPin=10;

//初始化无线通信模块

RF24radio(cePin,csPin);

//定义LCD显示屏的引脚

constintrs=12,en=11,d4=5,d5=4,d6=3,d7=2;

LiquidCrystallcd(rs,en,d4,d5,d6,d7);

//定义接收到的数据缓冲区

bytereceivedData[32];

voidsetup(){

//初始化LCD显示屏

lcd.begin(16,2);

//初始化无线通信模块

radio.begin();

radio.openReadingPipe(0,0x300);

radio.startListening();

}

voidloop(){

if(radio.available()){

//读取接收到的数据

radio.read(&receivedData,sizeof(receivedData));

//显示接收到的数据

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Received:");

lcd.print((char*)receivedData);

delay(1000);//每1秒更新一次显示

}

}

```教学评价与反馈1.课堂表现：

课堂表现评价将关注学生的出勤率、参与度、积极性和注意力集中度。学生需要积极参与课堂讨论，能够主动提问和回答问题。评价标准包括：

-出勤率：100%出勤，不迟到早退。

-参与度：在课堂讨论中，至少有一次提问或回答问题。

-积极性：对学习内容表现出兴趣，对实验活动积极参与。

-注意力集中度：在课堂上能够保持专注，不频繁走动或做与课堂无关的事情。

2.小组讨论成果展示：

小组讨论成果展示评价将评估学生团队的合作能力、问题解决能力和创新思维。评价标准包括：

-合作能力：团队成员能够有效沟通，合理分工，共同完成任务。

-问题解决能力：面对实验中遇到的问题，能够提出解决方案并实施。

-创新思维：在项目设计过程中，能够提出创新性的想法或改进措施。

-成果展示：展示过程流畅，逻辑清晰，内容全面。

3.随堂测试：

随堂测试将用于评估学生对本节课知识点的掌握程度。测试形式可能包括简答题、填空题或编程练习。评价标准包括：

-知识点掌握：能够正确回答关于开源硬件概念、操作方法、应用场景等方面的问题。

-编程能力：能够编写简单的Arduino程序，实现基本的功能。

-时间管理：在规定时间内完成测试，体现时间管理能力。

4.学生自评与互评：

学生自评和互评环节将帮助学生反思自己的学习过程，同时也为同伴提供反馈。评价标准包括：

-自我反思：学生能够总结自己在学习过程中的优点和不足。

-互评准确性：学生在评价同伴时，能够客观公正地指出同伴的优点和需要改进的地方。

-交流能力：在评价过程中，学生能够清晰、有逻辑地表达自己的观点。

5.教师评价与反馈：

教师评价将针对学生的学习成果和课堂表现进行综合评价，并提供个性化的反馈。评价内容可能包括：

-学习成果：对学生在课堂讨论、实践活动和随堂测试中的表现进行评价。

-课堂表现：对学生的参与度、积极性和注意力集中度进行评价。

-需要改进的地方：针对学生在知识掌握、技能应用和创新思维方面的不足，提出具体改进建议。

-个性化反馈：根据学生的特点和需求，提供个性化的学习建议和鼓励。教学反思与改进十、教学反思与改进

嗯，这节课下来，我觉得还是有不少值得反思的地方。首先，我觉得导入环节做得还可以，通过展示一些开源硬件的图片和产品，激发了学生的兴趣，让他们对今天要学习的内容有了初步的了解。但是，我也发现有些学生对于这些产品的了解并不深入，可能是因为他们的生活经验有限，所以我在接下来的教学中，可能会尝试结合更多的实际案例，让学生更加直观地感受到开源硬件的应用。

然后，新课讲授部分，我觉得重点还是放在了Arduino的基本操作和编程上。我尽量用简单的语言和例子来讲解，但是感觉有些学生对于编程的概念还是有些模糊。可能是我没有足够的时间