项目四 设计制作自行车里程仪-体验作品的迭代优化教学设计-2025-2026学年高中信息技术沪科版2019选择性必修6 开源硬件项目设计-沪科版2019

课题项目四设计制作自行车里程仪——体验作品的迭代优化教学设计-2025-2026学年高中信息技术沪科版2019选择性必修6开源硬件项目设计-沪科版2019课时安排1课前准备XX课程基本信息1.课程名称：项目四设计制作自行车里程仪——体验作品的迭代优化

2.教学年级和班级：2019级高中信息技术选择性必修6班级

3.授课时间：2025-2026学年第二学期第X周X节

4.教学时数：1课时核心素养目标1.信息意识：培养学生对开源硬件技术的关注和兴趣，提高学生对信息技术应用的认识。

2.计算思维：通过设计制作自行车里程仪，锻炼学生运用算法解决问题的能力，培养逻辑思维和系统化设计能力。

3.创新实践：鼓励学生在项目实践中尝试创新，体验作品迭代优化的过程，培养学生的创新精神和实践能力。

4.数字化学习与创新：引导学生利用数字化工具和方法，进行自主学习和问题解决，提升数字化学习素养。学习者分析1.学生已经掌握的相关知识：学生在进入本节课之前，已经学习了基础的计算机操作、简单的编程知识和电路基础知识。他们能够使用一些基本的编程语言，如Python或Arduino，以及了解基础的电路连接方法。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：学生对信息技术和科技创新有较高的兴趣，具备一定的动手实践能力。学习风格上，部分学生可能更倾向于动手操作和实际体验，而另一部分学生可能更偏向于理论学习和分析。学生的能力水平参差不齐，有的学生可能已经具备一定的开源硬件项目设计经验，而有的学生则是初次接触。

3.学生可能遇到的困难和挑战：学生在设计制作自行车里程仪时，可能会遇到编程逻辑复杂、电路连接错误、数据采集不准确等问题。此外，对于初次接触开源硬件的学生来说，理解硬件模块的功能和相互之间的连接关系可能是一个挑战。在项目迭代优化过程中，学生可能需要克服对创新和改进的恐惧，以及如何有效地评估和实施改进措施的问题。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《开源硬件项目设计》教材，以备查阅相关理论知识。

2.辅助材料：准备与教学内容相关的自行车里程仪设计原理图、操作步骤视频、成功案例图片等。

3.实验器材：准备Arduino开发板、里程传感器、连接线、自行车等实验器材，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，每个小组配备实验操作台，方便学生进行项目设计和制作。教学过程一、导入新课

1.老师提问：同学们，你们有没有骑过自行车？你们知道自行车是如何计程的吗？

2.学生回答：有的同学知道，自行车上有一个里程表。

3.老师总结：是的，里程表可以显示自行车的行驶里程。今天，我们就来学习如何设计制作一个自行车里程仪，让它能够实时显示自行车的行驶里程。

二、新课讲授

1.老师讲解：首先，我们需要了解自行车里程仪的工作原理。里程仪通常由里程传感器、微控制器和显示屏组成。里程传感器负责检测自行车轮子的转动次数，微控制器根据转动次数计算出行驶里程，并将数据显示在显示屏上。

2.老师展示：接下来，我将演示如何使用Arduino开发板和里程传感器制作一个简单的自行车里程仪。

3.学生观察：请同学们认真观察老师的操作步骤，并思考如何将理论知识应用到实际操作中。

三、小组讨论

1.老师提出问题：在制作自行车里程仪的过程中，你们可能会遇到哪些问题？

2.学生讨论：同学们可以组成小组，讨论可能遇到的问题，并提出解决方案。

3.老师总结：同学们提出的问题很有价值，我们可以将这些解决方案记录下来，以便在后续的制作过程中参考。

四、实践操作

1.老师分配任务：请同学们按照以下步骤制作自行车里程仪：

a.准备Arduino开发板、里程传感器、连接线、自行车等实验器材。

b.将里程传感器安装在自行车轮子上，并连接到Arduino开发板上。

c.编写程序，实现里程数据的采集和显示。

d.测试里程仪，确保其能够准确显示自行车的行驶里程。

2.学生操作：同学们按照老师分配的任务，开始实践操作。

五、作品展示与评价

1.老师提问：同学们，你们的自行车里程仪制作好了吗？请展示一下你们的成果。

2.学生展示：同学们依次展示自己的作品，并介绍制作过程中的经验和遇到的问题。

3.老师评价：请同学们互相评价，指出作品中的优点和不足，并提出改进建议。

六、总结与拓展

1.老师总结：今天，我们学习了如何设计制作自行车里程仪，了解了开源硬件项目的设计流程。希望大家能够将所学知识应用到实际生活中，为我们的生活带来便利。

2.老师拓展：除了自行车里程仪，你们还能设计制作哪些开源硬件项目呢？请同学们课后思考，并尝试实现自己的创意。

教学过程中，老师需要密切关注学生的学习情况，针对学生的疑问进行解答，确保每位学生都能掌握本节课的知识点。同时，鼓励学生积极参与讨论和实践活动，培养学生的创新精神和实践能力。通过本节课的学习，学生能够掌握以下内容：

1.自行车里程仪的工作原理。

2.使用Arduino开发板和里程传感器制作自行车里程仪的方法。

3.编写程序实现里程数据的采集和显示。

4.学会分析问题、解决问题，并具备一定的创新设计能力。学生学习效果学生学习效果主要体现在以下几个方面：

1.知识掌握情况：

-学生能够理解并解释自行车里程仪的工作原理，包括里程传感器的原理、微控制器的应用以及数据采集和显示的过程。

-学生掌握了使用Arduino开发板的基本方法，包括硬件连接和编程调试。

-学生学会了如何编写简单的程序来处理传感器数据，并将其显示在显示屏上。

2.技能提升：

-学生在实践操作中提高了动手能力，学会了如何操作实验器材，包括Arduino开发板、里程传感器等。

-学生通过编程实践，提高了编程能力和问题解决能力，学会了如何将理论知识应用于实际项目。

-学生在小组合作中提升了团队协作能力，学会了如何分工合作、沟通协调。

3.创新思维：

-学生在项目设计过程中展现了创新思维，能够提出改进方案，优化自行车里程仪的性能。

-学生在遇到问题时，能够独立思考，尝试不同的解决方案，培养了批判性思维。

4.学习态度和方法：

-学生通过本节课的学习，增强了学习兴趣，对开源硬件技术产生了更浓厚的兴趣。

-学生学会了自主学习，能够利用网络资源进行自我学习，提高了自我学习能力。

-学生在遇到困难时，能够坚持不懈，培养了良好的学习习惯和毅力。

5.实践应用：

-学生能够将所学知识应用于实际生活中，设计出具有实用价值的自行车里程仪。

-学生在项目完成后，能够撰写项目报告，展示自己的设计思路和成果。

6.综合评价：

-学生在本节课中表现出了良好的学习效果，不仅掌握了相关知识，还提升了技能和素养。

-学生能够将理论知识与实际操作相结合，展示了较强的实践能力。

-学生在项目设计和制作过程中，展现了创新精神和团队协作能力。教学评价与反馈1.课堂表现：学生在课堂上的参与度较高，能够积极回答问题，对知识点的理解较为准确。在实践操作环节，学生们的动手能力得到了锻炼，能够按照要求完成实验步骤。

2.小组讨论成果展示：在小组讨论环节，学生们能够围绕自行车里程仪的设计和制作展开深入的讨论，提出了许多有创意的想法和解决方案。各小组的讨论成果展示充分体现了团队合作的精神和学生的创新思维。

3.随堂测试：通过随堂测试，了解学生对课程内容的掌握程度。测试结果显示，大部分学生能够熟练运用所学知识，对里程仪的工作原理和编程方法有较好的理解。

4.学生自评与互评：鼓励学生在课后进行自评与互评，总结自己在项目设计和制作过程中的收获和不足。学生通过自评和互评，认识到自己在编程、硬件操作和团队协作方面的优势和待提高之处。

5.教师评价与反馈：针对学生的表现，教师进行以下评价与反馈：

-对于理论知识掌握较好的学生，教师鼓励他们继续深入学习，探索更高级的编程技巧。

-对于在实践操作中遇到困难的学生，教师提供个别辅导，帮助他们解决实际问题。

-对于在团队协作中表现突出的学生，教师给予肯定和表扬，激励他们在今后的学习中继续保持。

-对于在创新设计方面有独到见解的学生，教师鼓励他们进一步发挥创意，将想法付诸实践。

-教师对学生在项目设计和制作过程中的不足之处提出具体建议，如优化程序代码、改进硬件连接等，帮助学生不断提高。课后作业1.设计一个简单的自行车里程仪程序，要求能够计算并显示自行车行驶的公里数。假设里程传感器的输出信号为每转一圈产生一个脉冲，编写程序实现从开始骑行到停止骑行时，累积脉冲数转换为公里数的计算。

```python

#假设脉冲计数变量为pulse_count，每转一圈脉冲数为pulses_per_revolution

pulse_count=0

pulses_per_revolution=1000#假设每转一圈产生1000个脉冲

distance_kilometers=pulse_count/pulses_per_revolution

print(f"Totaldistancetraveled:{distance_kilometers}km")

```

2.修改上述程序，使其能够实时显示自行车行驶的公里数，每行驶一公里更新一次显示。

```python

importtime

#假设脉冲计数变量为pulse_count，每转一圈脉冲数为pulses_per_revolution

pulse_count=0

pulses_per_revolution=1000#假设每转一圈产生1000个脉冲

distance_kilometers=0

whileTrue:

pulse_count+=1

time.sleep(1)#假设每秒更新一次

ifpulse_count>=pulses_per_revolution:

distance_kilometers+=1

pulse_count=0

print(f"Currentdistance:{distance_kilometers}km")

```

3.编写一个程序，模拟自行车行驶过程中的速度变化。假设自行车在0-5分钟内速度逐渐增加，5-10分钟内保持最高速度，10-15分钟内速度逐渐减少至停止。

```python

importtime

#假设自行车行驶时间为15分钟

total_time_minutes=15

start_time=time.time()

end_time=start_time+total_time_minutes*60

#假设初始速度为0，最高速度为20公里/小时

current_speed_kmh=0

max_speed_kmh=20

whiletime.time()<end_time:

#计算当前行驶时间

elapsed_time=time.time()-start_time

minutes_elapsed=elapsed_time//60

#根据时间计算速度

ifminutes_elapsed<5:

current_speed_kmh=minutes_elapsed*(max_speed_kmh/5)

elifminutes_elapsed<10:

current_speed_kmh=max_speed_kmh

else:

current_speed_kmh=max_speed_kmh-(minutes_elapsed-10)*(max_speed_kmh/5)

#计算行驶距离

distance_kilometers=current_speed_kmh/3.6*(elapsed_time/60)

print(f"Time:{minutes_elapsed}min,Speed:{current_speed_kmh}km/h,Distance:{distance_kilometers}km")

time.sleep(1)

```

4.设计一个程序，用于记录自行车行驶过程中的速度和行驶距离。要求程序能够记录每个分钟的速度和行驶距离，并在结束时输出一个表格。

```python

importtime

#假设自行车行驶时间为30分钟

total_time_minutes=30

start_time=time.time()

end_time=start_time+total_time_minutes*60

#初始化记录表格

speed_distance_table=[]

#假设初始速度为0，每分钟增加速度

current_speed_kmh=0

pulses_per_minute=100#假设每分钟产生100个脉冲

distance_kilometers=0

whiletime.time()<end_time:

#计算当前行驶时间

elapsed_time=time.time()-start_time

minutes_elapsed=elapsed_time//60

#根据时间计算速度

current_speed_kmh=minutes_elapsed*(10/30)

#计算行驶距离

distance_kilometers=current_speed_kmh/3.6*(elapsed_time/60)

pulse_count=distance_kilometers*pulses_per_minute

#记录速度和行驶距离

speed_distance_table.append((minutes_elapsed,current_speed_kmh,distance_kilometers))

print(f"Time:{minutes_elapsed}min,Speed:{current_speed_kmh}km/h,Distance:{distance_kilometers}km")

time.sleep(60)

#输出表格

print("\nSpeedandDistanceTable:")

forrowinspeed_distance_table:

print(f"Time:{row[0]}min,Speed:{row[1]}km/h,Distance:{row[2]}km")

```

5.编写一个程序，模拟自行车行驶过程中的速度和行驶距离，并记录下每个5分钟内的平均速度和总行驶距离。

```python

importtime

#假设自行车行驶时间为30分钟

total_time_minutes=30

start_time=time.time()

end_time=start_time+total_time_minutes*60

#初始化记录表格

speed_distance_table=[]

#假设初始速度为0，每分钟增加速度

current_speed_kmh=0

pulses_per_minute=100#假设每分钟产生100个脉冲

distance_kilometers=0

whiletime.time()<end_time:

#计算当前行驶时间

elapsed_time=time.time()-start_time

minutes_elapsed=elapsed_time//60

#根据时间计算速度

current_speed_kmh=minutes_elapsed*(10/30)

#计算行驶距离

distance_kilometers=current_speed_kmh/3.6*(elapsed_time/60)

pulse_count=distance_kilometers*pulses_per_minute

#每隔5