嵌入式技术与工业控制应用项目教程教学设计 项目二任务二设备警响功能设计教案

《设备警响功能设计》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设备警响功能设计课时数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+课堂讨论+多媒体演示【学情分析】知识基础学生已掌握MDK5工程创建、STM32F103芯片IO口输出控制与软件延时原理，但对蜂鸣器的工作类型、驱动方式及与STM32F103芯片的电路连接逻辑无系统认知。能力基础具备在MDK5中编写IO口控制与延时代码的能力，能完成简单功能调试，但缺乏蜂鸣器驱动代码编写、硬件接线验证及警响逻辑实现的实操经验，对硬件接线错误导致的故障排查能力较弱。素养基础有嵌入式硬件与软件结合开发的兴趣，具备基础工程思维，在硬件接线规范性、代码与硬件匹配性校验及“功能需求转化为硬件驱动”的系统思维方面需进一步培养。【教学目标】知识目标学生能清晰阐述蜂鸣器的工作原理、STM32F103芯片驱动蜂鸣器的两种方式，准确掌握设备警响功能的设计逻辑与代码实现流程。能力目标能独立完成蜂鸣器与STM32F103芯片的硬件接线，编写高低电平驱动蜂鸣器的代码，实现按警响需求的功能控制，并能排查接线错误、代码逻辑问题导致的蜂鸣器不响或鸣响异常。素养目标培养硬件接线规范操作的习惯、软件与硬件协同调试的严谨态度，提升“硬件选型→接线设计→代码实现→功能验证”的系统思维，树立嵌入式开发“软硬件匹配保障设备可靠运行”的责任意识。【教学分析】内容分析本小节围绕STM32F103芯片“警响功能落地”展开，讲解蜂鸣器的类型与工作原理、蜂鸣器与STM32F103芯片的硬件接线方法、高低电平驱动蜂鸣器的代码实现，以及设备警响功能的联调与验证，是“IO口控制→硬件驱动”的关键延伸。重点蜂鸣器与STM32F103芯片的正确接线、高低电平驱动蜂鸣器的代码编写、警响逻辑的实现与延时匹配。难点蜂鸣器类型判断、硬件接线错误导致的蜂鸣器不响、警响频率与延时时间的匹配。【教学策略和方法】教学策略软硬件协同驱动：以“硬件接线”与“软件驱动”同步推进为核心，让学生理解“硬件是基础、软件是灵魂”的嵌入式开发逻辑，避免软硬件脱节。​问题导向拆解：将警响功能拆解为“硬件接线→代码驱动→功能调试”三步，以“蜂鸣器不响“鸣响异常”等典型问题为线索，引导学生逐步突破难点。​需求场景化：结合实际应用场景（如设备故障、安全预警）设计警响需求，让学生明确功能开发的实际价值，提升学习主动性。教学方法实物演示法：教师展示有源/无源蜂鸣器，对比外观差异，演示接线过程与驱动效果，直观传递硬件特性。​同步实操法：学生跟随教师同步完成硬件接线与代码编写，教师巡视指导，及时纠正接线错误与代码逻辑偏差。​对比教学法：展示“正确接线”与“引脚接反”的蜂鸣器工作状态差异、“有源蜂鸣器驱动代码”与“无源蜂鸣器驱动代码”的逻辑差异，强化学生对关键知识点的认知。​任务驱动法：以“实现设备故障时蜂鸣器‘鸣响1秒、暂停0.5秒’循环警响”为核心任务，推动学生主动完成软硬件开发【课程思政】本课课程思政元素安全责任意识（警响功能对设备故障预警、人员安全提醒的重要性）、规范操作理念（硬件接线规范避免设备损坏）、创新思维（警响频率/模式优化）、工匠精神（软硬件协同调试的耐心与细致）。切入方法与举措通过展示消防报警设备、工业机床警响系统的应用案例融入安全责任意识；在硬件接线环节强调“先断电再接线、核对引脚对应关系”培养规范操作理念；以“设计不同场景的警响模式（如火灾急促鸣响、故障缓慢鸣响）”任务激发创新思维。【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推送蜂鸣器工作原理动画视频、工业设备警响系统应用案例，帮助学生建立基础认知。发布预习任务单：要求学生提前查阅有源蜂鸣器的引脚定义、STM32F103芯片适合驱动蜂鸣器的IO口，记录疑问并在班级群分享。教师发布资料学生自主学习教材内容，查阅相关资料，准备课堂实践操作。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）以互动提问形式回顾：“STM32F103芯片IO口输出高电平时，对应的外部设备会处于什么状态？”“软件延时函数的核心作用是什么？”教师提问学生思考并回答巩固学生已有的知识基础，为新知识的学习做好铺垫。任务导入（5分钟）播放“工业设备故障时，蜂鸣器鸣响提醒维修人员”的现场视频，提问：“要实现这样的警响功能，需要解决哪些问题？”引出“蜂鸣器选型→硬件接线→软件驱动”三大核心环节。教师提问学生思考并回答通过项目实际场景，激发学生的学习兴趣。任务实施（细化实施步骤，分钟）讲解“IO口置高时蜂鸣器通电鸣响，置低时断电停止”的逻辑。（15分钟）演示编写代码（PB5口初始化→高电平触发蜂鸣器鸣响→延时1秒→低电平停止→延时0.5秒循环）（20分钟）学生实践操作：编写并实际烧录代码板，测试蜂鸣器是否按“鸣响1秒、暂停0.5秒”循环。（20分钟）组织学生分组讨论实践操作中遇到的问题及解决方法（15分钟）教师结合多媒体课件讲解基础知识。教师演示实际的操作步骤并展示效果。学生在开发环境中实际操作，并进行小组讨论领悟新知识，并动手进行实践加深理解。总结提升（10分钟）邀请2组学生上台展示警响功能，分享“接线时的注意事项”“代码调试的技巧”，教师点评并补充优化建议。教师用流程图梳理核心流程：“需求分析→蜂鸣器选型→硬件接线→软件驱动→功能联调→验证优化”，强化系统思维。教师引导学生回顾并总结引导学生梳理知识要点，巩固所学内容，为后续学习做好准备。课后课后作业撰写“警响功能开发报告”，包含蜂鸣器选型依据、接线步骤、代码模块说明（标注关键代码及作用）、调试过程中遇到的问题及解决方法，字数不少于500字。教师批改学生独立完成作业检验学生对本节课知识的掌握程度，培养学生的实践操作能力和自主学习能力。课后提升设计“综合警示系统”：结合之前学习的LED灯控制，实现“蜂鸣器鸣响时红灯闪烁，蜂鸣器停止时绿灯常亮”的联动功能，完成硬件接线与代码编写，记录开发思路与调试过程。教师批改学生独立完成并撰写读书报告。拓展学生的知识面，培养学生的自主学习能力和创新意识。【教学反思】特色创新“软硬件同步实操”教学：打破“先讲软件再讲硬件”的传统模式，同步推进接线与代码编写，让学生实时感受“代码修改→硬件响应”的联动效果，深化对嵌入式开发“软硬件协同”的认知。​“错误案例沉浸式体验”：通过故意演示接线反、缺限流电阻等错误操作，让学生亲手观察故障现象、排查问题，而非单纯听理论，提升硬