高中通用技术《走近开源硬件》优质教学课件设计
六、团队挑战拓展——模拟红绿灯的设计与制作
1、效果（问题）描述 2、物理连接（需要的硬件） 3、编程——上传 4、查看效果 5、改进反思
效果描述示例：
绿灯亮5s—闪烁—绿灯灭 黄灯亮2s—灭 红灯亮5s—闪烁—红灯灭 循环……
五、Arduino 程序结构——重要函数
பைடு நூலகம்理解—记忆
setup() ：初始化函数 loop() ：循环执行 pinMode(pin,INPUT/OUTPUT)
：设置引脚的工作方式函数 digitalWrite(pin,HIGH/LOW)
：数字输出函数 delay（n）：延时函数
五、Arduino 程序结构——语法注意事项
三、编程环境——Arduino IDE
尝试运行 Arduino IDE
四、实操体验——闪烁你的LED
四、实操体验——闪烁你的LED
➢ 程序上传流程 1、使用数据线连接101开发板与电脑； 2、编译代码； 3、确认选择101开发板与端口； 4、上传
四、实操体验——代码参考
int led = 13; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(led,HIGH); delay(500); digitalWrite(led,LOW); delay(500); }
尝试修改数值“500” 你发现了什么？？？
四、实操体验——101开发板注意事项
由于101特殊的运行机制，有时会出现代码无法成 功上传的情况。此时以下信息会在消息窗口显示。要解 决这个问题，可以尝试按下板子上的"Master Reset"重 启101
四、实操体验——代码解析
int led = 13; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(led,HIGH); delay(500); digitalWrite(led,LOW); delay(500); }
开源硬件发展的里程碑
一、关于Arduino
通俗的说，Arduino是一种用来开发各种电子项目 的开发板和开发软件的统称；
因为简单、容易上手，所以越来越多的人开始学习 Arduino，并利用Arduino来实现自己的各种创意。
一、关于Arduino
从最开始只是一个小小的单一 的开发板（单片机），现在已 经慢慢的成长为了一个强大的 Arduino生态和Arduino品牌
通用技术选修一 苏教版 《电子控制技术》
走近开源硬件
学 科： 通用技术 年 级： 高中一年级
知识回顾：
你可曾想过： 1、如何让手中的LED闪烁？ 2、如何让手中的LED在有人靠近的时候亮起？ 3、如何室温升高的时候自动打开风扇……
走进开源硬件的世界
一、关于Arduino
Arduino 与 创始团队（2005年 意大利）
声明：定义led针脚为13； 初始化部分—运行一次
定义针脚状态；
循环部分：重复运行 高电位，亮灯； 持续0.5秒； 低电位，灭灯； 持续0.5秒；
五、Arduino 程序结构
setup( ) { } ：初始化
这部分代码在开发板上电后仅运行一次
loop ( ) { } ：循环执行
这部分代码会一直重复运行
期待你们的作品展示……
感谢聆听
一、关于Arduino——衍生
Arduino UNO Carduino
Seeedunio
DFRduino
课上练习套件：
Genuino/Arduino 101 开发套件
二、硬件认识—— Genuino/Arduino 101
二、硬件认识——IO 传感器扩展板（DFRobot）
二、硬件认识—— 数字与模拟
第3章开源硬件创意设计3.1分析事物特征 -高中教学同步《信息技术人工-开源硬件项目设计》(教案)
方法适用性：采用实例讲解、小组讨论和角色扮演等多种教学方法，有效激发了学生的学习兴趣和参与热情。特别是通过具体案例（如高一学生的晨起问题）使学生更易理解抽象的概念。
改进建议：在介绍头脑风暴法时，可引入更多互动环节，如小组间的观点辩论，以增强学生的参与感和创造力。此外，对于用户调查法的应用，可以设计更多的模拟练习，让学生在实践中掌握采访技巧。
目标回顾：本节课的主要目标是让学生理解需求分析的重要性，并初步掌握用户画像法和用户调查法这两种基本的需求分析工具。同时，学生应能通过头脑风暴法开始思考和生成创意解决方案。
成效评估：从学生的课堂表现和活动参与度来看，大部分学生对需求分析的概念有了较为清晰的认识，并能在小组活动中尝试运用用户画像法和调查法。然而，对于头脑风暴的深度参与和创造性思维的发挥，部分学生仍显得较为保守，可能是因为对创新思维的培养尚需时间。
用户调查法：指导学生如何直接对用户进行调查，收集需求信息，强调实际操作中所需技巧的重要性。
头脑风暴法：引入头脑风暴的教学环节，鼓励学生在放松和开放的环境中自由发散思维，促进创意和解决方案的产生。
小组讨论：通过分组讨论的形式，让学生在小组内部实践头脑风暴的原则，增加学生的参与度和互动性。
理论与实践相结合：结合理论知识和实践活动，使学生能够将学到的知识应用于解决实际问题的过程中。
理解并应用用户需求分析的实际意义：让学生理解理论与实践相结合的重要性，尤其是在开源硬件项目中，将需求分析转化为具体产品设计的能力培养。
教学方法
案例分析法：通过分析高一学生晨起需求的案例，让学生理解和学习如何从实际问题出发，进行需求分析和创意生成。
用户画像法：教授学生如何创建用户画像，以理解和挖掘用户的核心需求和附加需求。
高中信息技术_体验开源软硬件教学课件设计
任务一：让二极管发光
执行器
• 根据传感器的输入和编写的程序去执行事 先预想的动作。
• 数字输出也只有两个状态，在程序内更改 Arduino数字插针的高低电平来决定输出电 压。1是高电平，输出5V电压；0是低电平， 输出0V电压。
• Arduino没有真正的模拟输出，使用一种称 为脉冲宽度调制（PWM）的技术，用数字 脉冲来模拟一个模拟信号。
• UNO只有3、5、6、9、10和11的引脚可以 用于模拟输出，数字前面有个”~”符号。
• 根据用途，常用执行器可分为LED、屏幕、 电机和声音。
执行器——LED
LED灯珠
7段LED
LED矩阵
七彩LED
LED灯环
LED灯带
传感器——数字传感器
• 原理类似于开关，只有 开和关（0和1）两种状 态。
任务：自主探究
• 打开桌面《arduino课堂素材 Nhomakorabea文件夹，自 己学习安装，完成一个小项目；
• 比一比：看看哪一组完成的快
总结：
今天我们学习了arduino开源硬件中Nano主板的 安装以及使用，我们一起来回顾一下：
1、主板的型号和种类 2、Mixly软件的使用 3、执行器和传感器
• Arduino 会将-0.5~1.5V范
围内的输入电压识别为 低电平，数字信号为0； • Arduino 会将3~5.5V范围
内的输入电压识别为高 电平识别，数字信号为1； • 传感器OUT插针连接UNO 右侧0~13号的数字接口。
传感器——其它复杂的传感器
• 本质上仍然为数字信号和 模拟信号，但是需要些负 责的程序和算法对输入数 据进行分析才可以转化为 可以使用的数据。
第3章开源硬件创意设计3.3选择硬件方案 -高中教学同步《信息技术人工-开源硬件项目设计》(教案)
学习重难点
教学重点
核心板选择的关键因素：
强调在选择核心板时需要考虑的多个因素，如运算性能、功耗、价格、内置资源、扩展板功能、学习成本和社区资源。
让学生了解各因素对项目成功的影响，并学会如何权衡这些因素以找到最佳的核心板选择。
分配新的项目任务（如数字乐器制作），让学生独立选择合适的周边模块，并解释选择的理由。
听取教师对周边模块选择的讲解，并提出疑问。
独立研究并根据新的项目需求，选择相应的周边模块，准备阐述选择的理由。
进一步加深学生对硬件选型的理解，从核心板扩展到整个系统的构建。
培养学生的独立思考能力和应用知识解决实际问题的能力。
绘制该环境监测系统的框图，包括核心板和所有周边模块的连接方式。
拓展题：
调研三种不同的开源硬件平台（例如Arduino, Raspberry Pi, Micro:bit），比较它们在学习成本、社区资源和硬件扩展性方面的差异。
基于你的调研结果，为一个初学者设计一个入门项目，考虑使用哪种硬件平台，并解释你的选择。
准备反馈表格或方式，便于学生和教师之间的沟通。
预备知识复习：
提醒学生复习相关的预备知识，如电路基础、编程基础等，以便他们能够更好地理解课程内容。
技术支持准备：
确保有足够的技术支持，以帮助解决学生在实践操作中可能遇到的技术问题。
教学环境检查：
检查教室设施，如投影仪、电脑、音响等是否正常工作，确保教学活动顺利进行。
提高开发效率
衡量核心板选择的重要因素
学习成本与社区资源：
选择学习容易且资源丰富的核心板
高中信息技术《体验开源软硬件》优质教案、教学设计
多少呢？”
同学们纷纷回答：“不了解”，“不知道！”
我笑着回答说：“没关系，今天我们就来学习一下开源硬件的知识，我们先来看一段小视频”
看完视频后，我说：“我们一起来总结下我们从视频中了解到哪些信息？”
多媒体展示，共同总结。
（目前的情况是新课改但是没有新教材，学生在没有教材的情况下见到新事物，在感官上激发学生的探究欲望，主动地参与学习过程。
）
弐、讲解新知识
Ppt 翻页演示知识点，重点介绍nano 主板，例如，提到arduino 就会提及创客运动，又讲了一下创客运动方面的情况。
并给学生演示了几个以前学习培训时看到的arduino 作品视频，学生观看时都感觉特别新奇，非常认真。
（通过问题情境，让学生通过自主学习，主动建构新知识。
）
参、问题导学，任务驱动
认识了arduino 主板的基本结构后，结合我们物理上的知识给学生演示最简单的一个小任务，学生完成后，给学生提示，让学生充分的机会发挥想象力和创造性，完成红绿灯的设计。
学生亲身参与探究过程，因此也极大地激发了学生的求知欲，有利于学生知识的建构和科学研究方法的领悟。
四、主动探究
这个环节先讲解执行器和传感器的有关知识点，并完成一个小作品。
让学生获取知识并联系前后知识，加工信息，构建知识体系
（观察现象，引起思考，加深理解。
学生自主学习，主动建构新知识。
）
五、课堂小结与反思
总结本节课所学知识点。
完善知识体系，形成知识系统。
六、未完成的项目作为作业。
开源硬件PPT课件
视频
一.初识图形化编程及开源硬件
二.加深对掌控板的认识
目
三.搭建计步器
录
四.添加天气预报功能
五.预处理器
第一节 初识图形化编程及开源硬件
1.1似曾相识的图形化编程
1.2 开源硬件
什么是开源硬件？简单地说，开源硬件 是指，将硬件产品的所有资料都免费对公 众开放，包括软件、电路原理图、材料清 单，设计图等都允许公众免费获得并使用。 目前主流的开源硬件有，Micro:bit、 Arduino、掌控板（Esp32）、树莓派等。
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
40
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
❖ 考虑到掌控板的显示屏比较小且只能制作出黑白动 画片的效果，所以我们选用了下面10张图案简洁、明 暗对比强的图片。由第一张图片到最后一张图片连续 播放，实现动画的效果。
第二节 加深对掌控板的认识
2.1 掌控板自带传感器的使用
❖ 拖取2个“屏幕显示文字”模块，再分别拖取“读取麦 克风声音强度”和“读取环境光强度”模块，放入其 中，调整坐标。等待编译下载完成，查看显示结果。
❖ 从“掌控”中，拖拽“画矩形”模块，选择“填充”，分别设置 起点（13,29），宽“变量进度”，高4。
2.2开源硬件开发基础优秀教学案例人教中图版高中信息技术选择性必修6开源硬件项目设计
4. 教师对学生的项目设计过程和成果进行全面评价，关注学生的知识掌握、能力发展和品质培养，为学生的持续进步提供指导和建议。
四、教学内容与过程
（一）导入新课
1. 利用多媒体展示一些生活中常见的开源硬件应用案例，如智能家居、可穿戴设备等，引发学生的兴趣和好奇心。
2. 向学生介绍本节课的主题：“开源硬件项目设计”，并提出本节课之前学过的相关知识，为新课的学习做好铺垫。
（二）讲授新知
1. 介绍开源硬件的定义、特点和应用领域，让学生了解开源硬件的概念和基本知识。
2. 讲解开源硬件平台的使用方法，如Arduino、Raspberry Pi等，让学生掌握基本的使用技巧。
1. 培养学生对信息技术学科的兴趣，增强他们对开源硬件和创新的热爱，激发他们不断探索未知领域的动力。
2. 通过开源硬件项目设计，让学生体验到成功的喜悦，增强他们的自信心和自我成就感。
3. 培养学生关注社会、关爱环境的责任感，使他们意识到开源硬件在可持续发展方面的重要作用。
4. 引导学生树立正确的价值观，明白知识的力量，学会与他人分享、协作，培养良好的团队精神。
2. 创新性：在教学过程中，本案例鼓励学生进行创新性设计，引导学生关注开源硬件在实际生活中的应用，激发他们的创新意识。学生通过独立思考和团队协作，设计出具有创新性的开源硬件项目，提高了他们的创新能力。
3. 合作性：本案例采用小组合作的形式，组织学生进行项目设计和讨论。在合作过程中，学生学会了沟通、协商、分工和合作，培养了团队精神和协作能力。
在学科知识方面，本章节主要介绍了开源硬件的定义、特点和应用领域，以及如何使用开源硬件平台进行项目设计。为了让学生更好地掌握这些知识，我以实际项目为载体，引导学生深入了解开源硬件的原理和应用，提高他们在实际项目中解决问题的能力。
第4章开源硬件项目制作4.2调控测试-高中教学同步《信息技术人工-开源硬件项目设计》(教案)
实例演示法：
通过具体的项目实例（如“互联网智能闹钟”），展示测试环境搭建、硬件模块测试、功能联调、调控执行等步骤的具体操作，帮助学生直观理解理论概念和操作流程。
案例分析法：
分析“互联网智能闹钟”项目在测试过程中可能遇到的问题和解决方案，引导学生思考并应用相应的知识点，培养学生的问题分析和解决能力。
学生反馈和课程改进
学生反馈：从学生的反馈来看，他们普遍对动手操作环节感兴趣，但对于理论知识的深入理解感到困难。他们建议增加更多实例和应用场景来辅助理论的学习。
课程改进：
增加实例和应用场景：在讲解抽象概念时，增加相关的实例和应用场景，帮助学生建立知识与现实的连接。
分组合作调整：根据学生能力和兴趣重新调整分组，确保每个小组内成员能力相对均衡，同时提高讨论的质量和效率。
设计测试计划：学生独立或分组设计测试计划，并模拟实施。
互评讨论：学生互相评价测试计划，提出改进意见。
通过实际设计任务，巩固学生的知识掌握和应用能力。
通过互评和讨论，提高学生的批判性思维和创新能力。
课堂小结
作业布置
课堂小结
在今天的课程中，我们深入探讨了项目测试的关键环节：“调控测试”。我们从测试环境和仪器的搭建开始，理解了模拟真实环境对项目测试的重要性。通过学习不同的工具和设备，如万用表、示波器及照度计等，我们掌握了它们在电子测量中的应用和作用。
调控执行与系统优化：介绍在系统测试过程中如何通过调控各项参数来优化系统性能，包括单独模块和整体系统的调控执行。
项目完善与迭代：讨论基于测试结果对项目进行完善的过程，以及如何根据测试反馈进行设计迭代，提升项目质量。
教学难点
模拟测试环境的搭建：学生需要理解并实践如何根据项目需求搭建可模拟真实工作环境的测试环境，这要求其具备一定的创造力和解决问题的能力。
《开源硬件及软件》 讲义
《开源硬件及软件》讲义一、开源的概念在当今数字化的时代，“开源”这个词大家应该都不陌生。
但究竟什么是开源呢？开源意味着开放源代码，即相关的软件或硬件的设计、代码等信息是公开的，任何人都可以查看、修改和使用。
开源的理念最早可以追溯到上世纪 60 年代，随着计算机技术的发展，逐渐在软件领域得到广泛应用。
如今，开源已经不仅仅局限于软件，硬件领域也有了长足的发展。
二、开源硬件开源硬件是指在遵循一定的开源协议下，公开硬件设计原理图、PCB 布线图、材料清单等信息，允许任何人对其进行修改、复制和分发的硬件。
开源硬件的优势非常明显。
首先，它降低了创新的门槛。
对于爱好者、创业者或者小型团队来说，无需从零开始设计硬件，大大节省了时间和成本。
其次，开源硬件促进了知识和技术的共享。
全球的开发者可以共同改进和完善一个硬件设计，使其性能不断提升。
再者，开源硬件能够激发创新。
由于没有了技术壁垒和知识产权的限制，更多新奇的想法能够得以实现。
常见的开源硬件平台有 Arduino、Raspberry Pi 等。
Arduino 是一款非常受欢迎的开源微控制器平台，它具有简单易用、丰富的扩展板和库等特点，被广泛应用于各种电子项目中。
Raspberry Pi 则是一款基于Linux 系统的微型电脑，功能强大，可以用于物联网、智能家居、多媒体中心等众多领域。
以 Arduino 为例，它的硬件设计非常简洁，核心是一块微控制器芯片，周围有各种接口，如数字输入输出、模拟输入输出、串口等。
通过简单的编程，就可以让 Arduino 实现各种功能，比如控制灯光、读取传感器数据等。
三、开源软件开源软件是指源代码公开，并且允许用户自由使用、修改和分发的软件。
开源软件的发展历程可以说是一部充满挑战和突破的历史。
从早期的 Linux 操作系统，到如今各种各样的开源应用程序，如数据库管理系统 MySQL、网页服务器 Apache、编程语言 Python 等，开源软件已经涵盖了几乎所有的软件领域。
第1章开源硬件及其特征1.3开源硬件的特征 -高中教学同步《信息技术人工-开源硬件项目设计》(教案)
理解开源协议的实际作用：学生可能难以完全理解不同的开源协议如MIT、GPL等对开源硬件项目的具体影响及其重要性，尤其是法律和道德方面的考量。
掌握模块化设计的复杂性：模块化设计虽然有其优势，但学生在初次接触时可能难以理解如何有效地设计和实施模块化，特别是如何确保模块间的兼容性和通信效率。
评估开源项目的可持续性：让学生理解即使创始人停止维护，项目仍能持续发展的原因，涉及到更深层次的社区动力和项目治理结构，这些概念可能需要更多实际案例来辅助说明。
开源硬件样本或模型：实体展示开源硬件的模块化设计，帮助学生直观理解不同模块的功能和组合方式。
互动白板或智能板：用于动态展示课程内容，强调关键概念，并与学生进行实时互动。
计算机实验室或设备：如果课程包括实践环节，提供学生实际操作开源硬件的机会，如编程和组装。
网络资源：包括访问在线开源社区平台，如GitHub或专门的开源硬件社区，让学生浏览实际项目和讨论。
协调发展：降低开发成本，促进资源共享，提升学习资源生成。
终身学习：学生成为项目发布者，与开发者共同进步。
模块与复用
定义:设计分为多个独立模块，可单独维护和使用。
优势:
节约时间：通用功能模块化，减少重复开发。
易于理解：模块化设计简化复杂系统搭建。
准备案例分析材料，如图1.3.2所示的中文开源硬件社区项目界面截图，以及图1.3.3展示的老师在开源社区中寻求技术支持的例子。
搜集模块化设计的案例和示例，包括不同模块的图片或实物以供展示。
教学内容的设计：
制定详细的教学计划和时间表，确保覆盖所有主题：开源与开放、分享与协作、模块与复用。
设计互动环节，如讨论、问答和小组合作，以提高学生的参与度。
教师活动设计
高中通用技术课《走近开源硬件》优质课教学设计、教案
《走近开源硬件》教学设计一、教学内容分析：《走进开源硬件》为我校通用技术选修课程第二节，根据通用技术选修一《电子控制技术》与选修三《简易机器人制作》的部分内容整合改进而成。
因为学生在此之前对Arduino 机器人毫无了解，所以本节内容为入门课程。
课程通过有趣的交互设计作品的展示和带学生动手操作，体会Arduino 世界的神奇和有趣。
本节内容主要是让学生初步了解开源硬件的起源和Arduino 的发展历史，并且通过以Arduino101 控制器和DRRobt 扩展板为例，认识Arduino 的硬件和编程环境，学习Arduino 程序基础知识，体会通过程序语言控制控制器与外界交互。
以此认识Arduino 开源硬件机器人，帮助学生打破对机器人的神秘感，拉近学生和机器人的距离，激发学生学习和探究机器人的兴趣。
使学生通过真正的动手，体验Arduino 机器人的硬件搭建和程序设计过程的过程，感受通过程序与现实世界进行互动的魅力。
二、教学对象分析：教学对象为高一学生，学生在此之前对于机器人的学习抱有极大的兴趣，但是对于机器人制作与设计，尤其是对Arduino 机器人了解甚少，对于程序设计，在信息技术课程中有初步了解，但对于Arduino 程序设计的认知为零。
所以这一节课的学习，主要是让学生初步了解Arduino101 控制器，认识Arduino 机器人，帮助学生打破对机器人的神秘感，拉近学生和机器人的距离，激发学生学习和探究机器人的兴趣。
并且通过自己亲手搭建LED 闪烁的硬件和程序设计，感受Arduino 通过程序与现实世界的交互。
三、教学资源：1、硬件：通用技术教室、笔记本电脑24 台、Arduino101 开发套件12 套、展示用的虫虫机器人、自动浇花机器人各一套。
2、软件：教学课件、教学视频、Arduino IDE 编程环境。
四、教学目标：1.通过Arduino 机器人视频和实物展示，初步了解Arduino 的起源和发展，并且认识Arduino101 控制器及其编程环境。