嵌入式技术与工业控制应用项目教程教学设计 1、I2C总线基础知识

《I2C总线基础知识》教学设计课程教学设计课程名称嵌入式技术及应用本课名称I2C总线基础知识课时数2课时（90分钟）授课地点一体化教室（嵌入式开发板、一人一机模拟仿真）教学资源多媒体课件、视频片段授课形式理论讲授+场景导入+多媒体演示【学情分析】知识基础已掌握嵌入式系统基本概念、C语言基础、GPIO引脚配置（推挽/开漏输出），了解简单按键控灯逻辑，但未接触串行通信协议，对“工业精准控胶”场景无实操认知。能力基础学生能完成简单硬件接线和基础程序编写，但无法理解复杂通信协议的时序逻辑，对多模块（MCU+OLED+按键）联动的硬件布局无经验，缺乏“硬件引脚对应”的排查能力。素养基础学生对嵌入式开发有探索兴趣，愿意参与硬件实操，但在“工业级精度要求”的严谨性上意识不足，问题解决时易忽略细节，需要进一步培养实践能力和问题解决能力。【教学目标】知识目标理解“精准控胶”在工业场景（手机屏幕粘合、汽车零件固定）的必要性；掌握I2C总线的定义、核心硬件架构及主从通信逻辑（STM32为主机，OLED为从机）；了解OLED显示屏相关知识；了解I2C通信的GPIO引脚配置。能力目标能根据工业需求（如双通道出胶）选用合适的通信协议；能理解I2C基本知识以及主从通信逻辑；能独立完成引脚配置接线等。素养目标建立“工业场景误差零容忍”的工程意识；培养硬件接线前“核对引脚定义”的细致习惯；提升“理论指导实践”的思维能力。【教学分析】内容分析本课是“可视化出胶界面设计”的开篇，核心是通过“工业痛点→项目需求→技术选型”逻辑，引出I2C总线的必要性，重点讲解I2C硬件基础，为后续协议学习和OLED通信铺垫。重点I2C总线硬件组成（SDA/SCL信号线、上拉电阻的作用）；STM32的I2CGPIO配置（开漏输出+上拉）；STM32与OLED的I2C硬件接线规范。难点上拉电阻的底层作用（开漏模式下避免总线冲突、提供高电平驱动）；I2C主从设备的角色区分（STM32为主机，OLED为从机）。【教学策略和方法】教学策略场景驱动：以“手工挤胶误差→工业控胶报废”的对比场景，引入精准控胶的必要性；可视化辅助：结合多媒体演示，增强教学的直观性和趣味性。实践操作法：帮助学生理解理论知识与实际应用的联系。问题引导：通过“无拉电阻会怎样？”等问题深化理解。教学方法为帮助学生更好地理解抽象概念，结合教学内容灵活运用多种教学方法。讲授法：系统讲解I2C硬件组成与接线规范；演示法：教师演示正确接线和代码配置步骤；实操法：学生独立完成接线和初始化代码编写；反馈法：教师巡回指导，及时纠正接线错误。【课程思政】本课课程思政元素工业严谨性：利用“出胶误差导致产品报废”案例，强调嵌入式开发在工业领域的“精度生命线”，培养学生对“细节决定成败”的认知。规范意识：通过硬件接线“核对引脚定义”要求，培养工程操作的规范性。切入方法与举措导入时展示工业控胶不良品图片，让学生直观感受精度重要性；实操前强调“先断电再接线”的安全规范，培养职业素养；小组互助检查接线，培养团队协作意识。【教学实施过程】步骤环节（用时）具体内容活动设计意图教师学生课前自主学习发布预习任务：观看“工业控胶设备”短视频；查阅STM32I2C引脚定义；发布预习任务单，包括微课视频、课件。组织学生平台学习并观察学习情况。1.观看微课视频，完成预习任务单。2.记录难点。培养学生自主学习能力和信息检索能力。课中知识回顾（5分钟）回顾GPIO推挽输出与开漏输出的区别？教师提问学生回答巩固已有的知识，为新知识的学习做好铺垫。任务导入（5分钟）展示手工挤胶溢胶/粘不牢的场景，对比工业精准控胶视频；提出项目需求：实现双通道出胶时间可视化；引出核心技术：I2C总线（连接STM32与OLED）。教师通过多媒体课件导入本项目，引导学生思考其实现方法。学生紧跟老师思路思考、讨论以及回答问题探索新知，激发学生学习热情。任务实施（知识详解35分钟）I2C概述：定义、通信优势；硬件组成：SDA/SCL信号线、上拉电阻以及主从设备通信逻辑；名词解析：主机（STM32）、从机（OLED）、SDA（数据）、SCL（时钟）等；STM32I2C配置：时钟使能（RCC）、GPIO开漏配置。OLED显示屏相关介绍。教师结合多媒体课件讲解I2C基础知识。教师通过演示、互动、小组讨论等形式引导学习主动参与学习学生跟随教师思路，认真听讲，学习新知，记录重难点。学生自主查阅资料进行探究式学习。采用讲授法与学生探究式学习相配合。使学生掌握I2C硬件基础，为实操提供理论支撑。任务实施（实操演练40分钟）演示操作步骤：断电→接线→编写初始化代码→编译下载；巡回指导：-纠正接线错误（如SDA/SCL接反）；指导代码编写（RCC_APB1PeriphClockCmd、GPIO_Init）；3.提供代码模板，标注关键配置项。教师演示操作步骤、巡回指导1.断电接线，完成后小组互查；2.编写I2C初始化代码，配置GPIO引脚；3.编译代码，排查语法错误；4.下载代码，观察开发板无异常（无发烫）。动手实践I2C硬件配置，强化理论应用能力。总结提升（5分钟）梳理知识链；强调难点：上拉电阻不可少，开漏模式是关键；梳理关键知识点，帮助学生形成清晰的知识体系。反思学习过程，记录难点，积极提出问题和困惑。查漏补缺，深化理解；引导学生学会自主归纳总结。课后课后作业1.学习通平台相关习题。2.预习下节课内容，完成课前任务准备.发布学习通作业。批阅作业并及时答疑解惑。学生独立完成作业检验学生知识的掌握程度，教师检验教学目标达成情况。课后提升提供I2C总线手册，鼓励查阅“开漏输出如何避免总线冲突”。发布拓展任务，提供相关资料线索，鼓励学生创新。查阅资料，思考可能应用，完成拓展任务，并交流分享。激发探索精神，培养创新思维。【教学反思】特色创新用“工业报废案例”替代抽象的“协议介绍”，让学生理解技术的实际价值；配合相关课程思政，既能深化学生对专业知识的理解与应用，又能拓宽科技视野；通过直观演示将复杂时序转化为直观操作，突破“时序理解”难点；小组合作学习，培养“发现问题→分析问题”的能力。反思整改部分学生对“上拉电阻作用”理解模糊，