高中新课标“开源硬件项目设计”模块学什么和怎么学
设计型学习模式的研究与实践以高中信息技术课程“开源硬件项目设计”模块为例
四、实践效果与反思
通过在高中信息技术课程中应用设计型学习模式，学生的创新能力和实践操 作能力得到了显著提高。学生在完成项目的过程中，能够主动发现问题、分析问 题和解决问题，培养了自主学习和终身学习的能力。同时，学生的合作意识和协 作能力也得到了提高。学生在完成项目的过程中需要相互配合、共同协作，培养 了团队协作能力。
1、以实际问题为出发点：项目式学习强调以实际问题为出发点，引导学生 现实世界中的问题，提高解决实际问题的能力。
2、学生自主探究：项目式学习强调学生的自主探究，通过学生的主动学习， 促进知识的自我构建。
3、合作学习：项目式学习注重学生之间的合作学习，通过团队协作，提高 学生的团队协作能力和沟通能力。
一、设计型学习模式概述
设计型学习是一种基于项目的学习方式，强调学习者通过解决实际问题，主 动探索、发现和创造知识。在这种模式下，学习者不再是被动的接受者，而是成 为学习的主体，通过设计、实施和反思，提升解决实际问题的能力。
二、高中信息技术课程“开源硬 件项目设计”模块分析
“开源硬件项目设计”是高中信息技术课程中的一个重要模块，旨在培养学 生的创新能力和实践操作能力。通过这一模块的学习，学生可以了解开源硬件的 基本原理和开发过程，掌握相关的技术和工具，并能够独立完成简单的硬件项目 设计。
参考内容
随着信息技术的快速发展，教育界对高中信息技术课程的教学方法和内容提 出了新的要求。其中，项目式学习因其能够提高学生的实践能力、创新能力和团 队协作能力而受到广泛。本次演示以Python课程为例，探讨基于项目式学习的高 中信息技术课程设计与实践。
一、项目式学习的概念与特点
项目式学习是一种以实际问题为出发点，通过学生自主探究、合作学习，运 用已有知识和技能解决实际问题的学习方式。其特点主要体现在以下几个方面：
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。
《开源硬件项目流程》说课稿
知道基于开源硬件 进行项目设计的一般 流程。
教学背景
第一章 开源硬件概述 1 开源硬件的特征与发展。2 常见的开源硬件开发平台。
（开源硬件基础知识、开源文化、开源精神等，通过简单项目教师讲解+学生实验 的方式进行开源硬件项目研习，落实基本知识和基本技能）
第二章 开源硬件项目 1 项目设计流程。 2 典型的开源硬件项目。
3、通过网络学习结合系统框图确定各个功能所对应的元器 件的探究活动，熟悉各种元器件的特点及其作用，加深对各 组件功能的认识。（数字化学习与创新）
教学重难点
教学重点
1、从需求出发根据自己的思考点提出不同的想法。 2、通过分析案例学习设计解决方案的方法。 3、通过案例体验项目实施流程。
教学难点
掌握设计解决方案的方法，了解信息技术解决问 题的基本思路与方法。
六盘山中学的学生学习能力强，
具备了一定的分析能力和探究意 识，能够采用自学、合作的方式 带着问题去学习。
教学目标：
1、通过对霍金轮椅视频的观看和分析，让学生深刻体会到 不同时期霍金对轮椅性能的不同需求，鼓励学生根据需求提 出新的设想。(信息意识)
2、以学生作品《智能轮椅机器人》为例，模拟经历项目设 计的过程，进而对开源硬件项目设计流程产生形象直观的认 识。(计算思维)
学情分析
Tit已le 有in知he识re 经验
学生认知方式
高二的学生通过必修课的学习， 有了基本的编程基础，通过第一章 的学习和实践，对开源硬件的基础 知识已经有了一个初步的认识，为 本节课项目流程的深入学习奠定了 一定的基础。但学生基本都不知道 如何开展开源硬件的项目设计，对 信息技术设备也停留在使用层次上， 对元器件、板卡接触较少。
信息社会责任
“基于开源硬件的作品设计与制作”教学建议
“基于开源硬件的作品设计与制作”教学建议“基于开源硬件的作品设计与制作”是《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课标”）选择性必修模块6“开源硬件项目设计”中的重要教学内容，是为学生个性化发展而设计的课程内容。
因开源硬件自身的特点，在高中阶段教学面临诸多问题与挑战，教师应依据课标要求，结合选用教材，选择符合生活实际的主题，设计和实施教学活动，实现学习目标和学业要求，从而提升学生计算思维和数字化学习与创新能力。
●教学面临的问题与困境1.学生学习基础差异较大随着微电子技术和计算机技术的发展，依托开源硬件的产品越来越多，基于开源硬件的作品设计呈现出低龄化的趋势。
许多小学和初中不同程度地开设基于开源硬件的课程；在高中阶段必修2“信息系统与社会”中的“信息系统组成与应用”对开源硬件也有一定的探究。
这样的学情基础造成选修该模块的学生学习基础存在很大差距。
2.对教师的综合专业能力要求较高对“基于开源硬件的作品设计与制作”相关内容的教学，入门门槛低，网络资源丰富，从而导致很多人产生此内容教师容易教、学生容易学的错觉。
但实际上，学生在经历低学段图形化界面的软件学习、黑匣子式的项目设计后，需要在高中阶段有所突破；同时，大多数高中信息技术教师所学专业为计算机科学与技术或教育技术学，在硬件开发、自动控制以及创客创新等方面的专业基础相对薄弱。
因此，教师在选择硬件设备、专业技术准备和面向底层的原理思考等方面都需要多下功夫。
3.学科内容交叉问题难以厘清“基于开源硬件的作品设计与制作”不仅是信息技术学科选择性必修6的核心内容，在通用技术选择性必修3“智能家居应用设计”模块中也有所呈现，它的重点落在产品设计和系统实现上，在内容方面两者有比较高的相似性，归属问题难以厘清。
如果以跨学科融合教学的形式呈现，那么信息技术教师不仅要认真研读本学科课程标准和教材，还要深入研究通用技术课标和教材，这在实施层面上有一定的难度。
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
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。
(二) 选择性必修 模块6：开源硬件项目设计
普通高中信息技术课程标准（2017年版）中华人民共和国教育部制定人民教育出版社.北京.模块6：开源硬件项目设计基于开源硬件的项目设计与开发有益于激发学生创新的兴趣，培养学生动手实践的能力，同时也是在信息技术课程中实现STEAM（科学、技术、工程、人文艺术与数学）教育的理想方法。
本模块是针对学生个性发展需要，按照开源硬件项目设计流程而设置的选择性必修模块。
通过本模块的学习，学生能搜索并利用开源硬件及相关资料，体验作品的创意、设计、制作、测试、运行的完整过程，初步形成以信息技术学科方法观察事物和求解问题的能力，提升计算思维与创新能力。
本模块包括“开源硬件的特征”“开源硬件项目流程”“基于开源硬件的作品设计与制作”三部分内容。
[内容要求]6.1基于实例分析，认识开源硬件的特征与发展，理解利用开源硬件进行信息技术创新的意义。
6.2通过剖析使用开源硬件完成作品的实例，体验基于开源硬件完成项目的基本流程，知道常用开源硬件的功能与特征。
6.3基于事物特征的分析，设计基于开源硬件的作品开发方案，描述作品各组成部分及其功能作用，明确各组成部分之间的调用关系。
6.4根据设计方案，选择恰当的开源硬件，搜索相关的使用说明资料，审查与优化作品设计方案。
6.5了解作品制作过程中各种设备与组件的安全使用规则和方法，根据设计方案，利用开源硬件、相关组件与材料，完成作品制作。
6.6根据设计方案，利用开源硬件的设计工具或编程语言，实现作品的各种功能模块。
6.7根据设计方案，测试、运行作品的数据采集、运算处理、数据输出、调控执行等各项功能，优化设计方案。
6.8完善项目作品的设计方案，践行开源与知识分享的精神，理解保护知识产权的意义。
[教学提示]在本模块教学中，要充分发挥信息技术课程特有的教学环境优势，以STEAM 教育理念为指导，利用开源硬件开展项目学习，让学生体验研究和创造的乐趣，培养利用信息技术解决问题和创新设计的意识和能力。
（1）、教师可组织学生利用开源硬件设计开发一些生活中的简单信息系统，引导学生理解项目设计过程中常用的开源硬件，熟悉开源硬件的基本使用方法，认识基于开源硬件的信息系统的基本结构及一般设计流程。
高中新课标“开源硬件项目设计”模块学什么和怎么学
高中新课标“开源硬件项目设计”模块学什么和怎么学作者：梁森山吴俊杰来源：《中国信息技术教育》2018年第18期缘起在创客、STEAM教育（跨学科学习）大热之际，人们都希望其能够有一个具体的学科抓手，《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》的颁布，使得信息技术学科看到了具体的操作路径，其中非常引人注目的是选择性必修模块6——“开源硬件项目设计”，有很多教师觉得，这个模块仿佛“就是为了普及创客教育设计的”，因此尤为关注课标颁布后如何开展教学的工作。
本期对话，我们有幸邀请到了一位资深的开源硬件教师——来自北京市宏志中学的刁彬斌老师和创客教育名师吴俊杰老师，他们将共同开启一场有关“学什么和怎么学”的对话，为已经开始的2018到2019学年，面临“教材空白”的高中教师提供一些未来教学及师生成长的方向。
吴俊杰：刁老师，新课标中明确提出了“开源硬件项目设计”这个选修模块，在学校，您除了担任高中必修模块及该主题的选修课外，还负责校本教材的编写工作，请您谈一谈对这个模块的理解？刁彬斌：关于“开源硬件项目设计”这个模块，我们具体可以谈两点认识，一是“开源硬件项目设计”模块是信息技术学科新课程改革中具有代表性的模块，它体现了信息技术学科发展的最新进展。
二是通过该模块的教学实施，让基于开源硬件的项目设计进入了国家的课程，这不仅很有意义，而且对开源生态的形成产生了正面的推动作用。
我指导学生使用开源硬件参加各类科技竞赛很多年，深知它的教学价值和教学乐趣之所在，现在有了国家课程标准的支持，我也希望在之前积累的基础上通过我们学校的校本教材的编写，让开源硬件知识普惠更多的高中学生。
这两年通过写书，我认识了全国各地的很多创客教师，我们也创建了一些微信群，在群里大家常常探讨开源硬件应该学什么和怎么学的问题，这个过程中凝聚了很多其他教师的智慧和专家的指导，要非常感谢大家的帮助。
我也在思考“开源硬件项目设计”这个模块从教材到教学法再到评价的一系列的问题，因为这对于广大教师而言，既是挑战也是机遇。
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。
高中信息技术_程序控制开源硬件教学设计学情分析教材分析课后反思
教学设计通过对教材的分析，结合学生特点，制订出如下实验教学目标：1、知识与技能目标：①熟悉Arduino开发板的应用；②学习电压控制函数analogWrite()、时间延时函数delay()的使用；③通过实验，学习利用循环改变函数中的参数并在实践中应用，进一步学习计算思想。
2、过程与方法目标：通过四个实验，完成LED灯的呼吸效果。
3、情感态度价值观目标：①通过自学环节锻炼学生的自学能力；②小组合作探究，培养团队意识和合作能力；③使用技术实现创意，培养创客精神。
复习回顾、学习新知、自主探究、创客实践、课后创新是本节课的五个教学环节。
1、复习回顾程序设计的过程和三种程序结构，为本节课实验过程中程序的编写做好知识铺垫。
然后使用生活中的案例如扫地机器人、机器人弹钢琴等讲明硬件所作出的动作都是由编写好的程序控制的。
2、学习新知：①通过观看微视频，学生回顾Arduino开发板的使用；②教师讲解Arduino开发板的硬件控制函数analogWrite()，通过改变函数的第二个变量，可以控制输出电压，从而控制LED灯的亮度。
并带领学生使用这个函数，设计程序并使用Arduino开发板做实验点亮一个LED灯。
点亮后，引导学生相互对比，会发现函数第二个变量的数值不同，LED灯的亮度也会不一样。
③根据上一环节LED灯亮度不同的发现，引导学生分析LED灯由暗到亮这个过程，并思考、讨论如何通过程序来实现这个过程。
④编写使用for循环和analogWrite()函数的程序。
⑤将设计的程序上传到开发板，运行并查看效果。
⑥修改完善程序，使用delay()函数控制时间，再次上传运行，查看效果。
3、自主探究：学生自主分析LED灯由亮到暗的过程后写出其控制程序，并使用Arduino开发板实现。
4、创客实践：小组合作完成LED呼吸灯的设计和实现。
5、课后作业：通过这节课的学习，学会了使用程序来实现对硬件的控制，课后学生们自行编写程序，创作一个使用Arduino开发板的LED灯光效果，例如跑马灯、红绿灯等。
高中阶段模块教学
高中阶段模块教学高中阶段模块教学一、教学目标本模块旨在通过对高中阶段的教学，让学生掌握相关知识和技能，培养其实践能力和创新精神。
具体目标如下：1. 理解模块的概念和意义；2. 掌握模块化设计的基本原则；3. 熟悉常用的模块化设计工具；4. 能够运用模块化设计方法解决实际问题。
二、教学内容1. 模块化设计的概念和意义1.1 模块化设计的定义1.2 模块化设计的优点1.3 模块化设计的应用领域2. 模块化设计的基本原则2.1 单一职责原则2.2 开放封闭原则2.3 替换原则2.4 接口隔离原则2.5 依赖倒置原则3. 常用的模块化设计工具3.1 UML图示法3.1.1 类图3.1.2 对象图3.1.3 序列图3.1.4 状态图3.1.5 活动图3.2 设计模式3.2.1 创建型模式3.2.2 结构型模式3.2.3 行为型模式4. 运用模块化设计方法解决实际问题4.1 模块化设计在软件开发中的应用4.2 模块化设计在机械制造中的应用4.3 模块化设计在建筑工程中的应用三、教学方法1. 讲授法：通过讲解理论知识，让学生了解模块化设计的概念和基本原则。
2. 实践法：通过案例分析和实验操作，让学生掌握常用的模块化设计工具和方法。
3. 研究性学习法：通过论文阅读和小组讨论，培养学生自主探究和创新能力。
四、教学过程第一节：模块化设计的概念和意义1.1 模块化设计的定义（1）引入实例：以手机为例，介绍手机是由多个功能模块组成的。
（2）定义：将一个复杂系统划分为若干个独立、相互协作且具有明确定义界面的模块，并对每个模块进行独立设计和开发。
（3）总结：模块化设计是一种将复杂系统分解成相互独立、可重用的模块，从而简化系统的设计、开发和维护。
1.2 模块化设计的优点（1）提高系统的可维护性和可扩展性；（2）降低系统的复杂度；（3）提高系统的稳定性和安全性；（4）加快开发速度。
1.3 模块化设计的应用领域（1）软件工程领域；（2）机械制造领域；（3）建筑工程领域。
第2章开源硬件项目剖析2.2开源硬件开发基础-高中教学同步《信息技术人工-开源硬件项目设计》(教案)
光敏电阻、微型麦克风、蜂鸣器、加速度传感器等
2.2.2输入模块
定义：负责信息采集的模块。
类型：
数字传感器：检测非连续变化数据。
模拟传感器：检测连续变化数据。
传感器分类：
距离传感器
环境传感器
动作传感器
触碰传感器
电磁传感器
2.2.3输出模块
定义：接收开源硬件输出数据的部件。
类型：
显示模块：LED灯、数码管、LCD屏、OLED屏。
《信息技术-开源硬件项目设计》教案
课题
第2章开源硬件项目剖析2.2开源硬件开发基础
课型ห้องสมุดไป่ตู้
班课
课时
1
授课班级
高一1班
学习目标
引脚控制理解与应用
了解微控制器的引脚分类及其功能，包括电源引脚、振荡器引脚、复位引脚和输入输出引脚。
掌握输入输出引脚的不同类型，如数字输入/输出引脚、模拟输入/输出引脚以及通信总线引脚，并能够识别不同核心板上的引脚编号和功能。
循序渐进的教学策略
从引脚控制的基础讲起，逐步过渡到输入模块和输出模块的应用，再到具体的传感器和电机设备的使用，教师采用了循序渐进的教学策略。这种策略有助于学生按照逻辑顺序逐步构建知识体系，避免因跳跃性过大而造成理解上的困难。
案例分析法
通过分析具体案例（如“智能垃圾箱”项目中的红外避障传感器应用），教师让学生了解理论知识在实际项目中的应用。案例分析法可以增强学习的针对性和实用性，使学生能够将所学知识应用于解决实际问题。
解释脉宽调制（PWM）在伺服舵机控制中的作用。
实践题：
假设您要设计一个小型项目，使用温度传感器（模拟输入）和LED（数字输出）来制作一个简易的温度监控系统。绘制一个概念图，说明组件如何连接，并简述其工作原理。
第3章开源硬件创意设计3.2项目设计方案 -高中教学同步《信息技术人工-开源硬件项目设计》(教案)
3.2.1功能设计
难点：如何将抽象的需求分析转化为具体、可行的功能设计方案。
解决策略：结合实例（如手机控制电源通断装置）讲解如何运用功能列表和思维导图等工具来具体化功能设计步骤，强调迭代反馈的重要性。
3.2.2外观设计
难点：外观设计不仅要考虑美学，还要考虑实用性、场景适用性和内部结构，初学者往往难以平衡这些因素。
设计分析：针对所选物品，进行外观设计和交互设计的构思。在外观设计中，需考虑该物品的应用场景和用户体验；在交互设计中，描述你如何优化用户与产品的交互方式，使产品更易用、更具吸引力。
提交要求：请将你的设计方案整理成文档形式提交，包括但不限于功能设计图、外观设计草图和交互设计流程图或状态转换图。务必确保文档结构清晰，内容逻辑连贯，能够体现出你对课程内容的理解和应用能力。
结合互动讨论，鼓励学生提出问题、分享见解，促进对教学内容的深入理解和应用。
图示法：
使用功能列表、思维导图、设计图（包括网格法手绘）、流程图、状态转换图和故事板等视觉工具，帮助学生直观地理解设计过程和设计原则。
图表和流程图的使用使得复杂的设计概念更加易于理解和记忆。
实践操作指导：
虽然课程内容以理论为主，但通过指导学生如何绘制设计图、如何利用设计工具（如思维导图软件），让学生在实践中掌握设计技能。
外观设计的原则和要素：外观设计涉及产品的形状、图案和色彩设计，需考虑产品的应用场景、用户体验和内部构造。外观设计应与作品定位相一致，并可通过平面或三维设计工具以及手绘等方式呈现。
交互设计的目的和方法：交互设计旨在建立人与产品之间的有效互动，以提升产品易用性和用户体验。介绍了交互设计的目的、目标、影响因素，以及主要的设计原则和工具，例如流程图、状态转换图和故事板。
开源教育硬件课程设计
开源教育硬件课程设计一、教学目标本课程旨在通过开源教育硬件的学习，让学生掌握基本的硬件知识和编程技能，培养学生的创新意识和实践能力。
具体目标如下：知识目标：使学生了解开源教育硬件的基本概念、原理和应用；掌握基础的编程语言和开发工具。
技能目标：培养学生具备基本的硬件组装、调试和编程能力；能够运用开源教育硬件进行创新性项目的开发和实现。
情感态度价值观目标：培养学生对开源文化的认同和尊重，培养学生的团队协作精神和分享精神；引导学生将所学知识应用于解决实际问题和推动社会进步。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括开源教育硬件的基本概念和原理、硬件组装和调试、编程语言和开发工具的使用等。
具体安排如下：第1-2课时：开源教育硬件概述，介绍开源教育硬件的基本概念、原理和应用。
第3-4课时：硬件组装和调试，教授学生如何组装开源教育硬件，并进行简单的调试。
第5-6课时：编程语言和开发工具，介绍常用的编程语言和开发工具，如Python、Arduino等。
第7-8课时：项目实践，让学生运用所学知识进行创新性项目的开发和实现。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等，以激发学生的学习兴趣和主动性。
讲授法：用于向学生传授基本概念、原理和知识。
讨论法：用于引导学生深入思考和探讨问题，培养学生的批判性思维。
案例分析法：通过分析具体的案例，让学生了解开源教育硬件在实际应用中的方法和技巧。
实验法：让学生亲自动手进行硬件组装、调试和编程，提高学生的实践能力。
四、教学资源本课程所需的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料、实验设备等。
教材：选用权威、实用的开源教育硬件教材，为学生提供系统的理论知识。
参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。
多媒体资料：制作精美的课件、视频等资料，提高学生的学习兴趣。
实验设备：提供必要的实验设备和工具，保证学生能够进行实践操作。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等，以全面客观地评价学生的学习成果。
第4章开源硬件项目制作4.1实现功能-高中教学同步《信息技术人工-开源硬件项目设计》(教案)
课题
第4章开源硬件项目制作4.1实现功能
课型
班课
课时1授课班级源自高一1班学习目标4.1.1启动项目
学习如何根据上一章学到的知识，结合“智造美好生活”主题，启动一个开源硬件项目。介绍“互联网智能闹钟”案例的项目立项书和系统结构图，帮助学生理解项目实施流程及具体制作方向。
4.1.4实现原型
在原型组装环节，我忽视了个别学生对使用黏合剂和烙铁等工具的技术不熟悉。这一方面影响了学生的实践体验，另一方面也可能带来安全隐患。因此，我将在未来的课堂上设置一个专门的技能培训环节，详细演示这些工具的使用方法，并在课后提供一对一的指导，以确保每个学生都能熟练掌握必要的操作技能。
4.1.2外形制作
掌握如何根据项目立项书中的内容进行外形设计并制作。学习不同的制作工艺，如使用3D建模设计作品外形并进行打印，应用数字化设计工具绘制作品平面并利用激光切割机进行材料切割，以及采用塑料瓶、硬纸盒等不同材料手工制作作品外形。
4.1.3技术实现
深入理解开源硬件项目的技术实现，包括数据采集（如传感器数据采集和网络数据采集）、数据输出（图文、声音、光线等形式的数据输出）和运算处理（比较、计算和搜索等运算类型）。通过实际操作，学习如何在项目中应用这些技术。
归纳总结法：在每个部分的学习之后，教师会引导学生进行归纳总结，帮助他们整理和巩固所学知识。例如，对功能分解图的分析，以及对不同类型数据采集方法的比较和选择。
互动讨论法：在教学过程中鼓励学生提问和讨论，特别是在技术难点和操作安全方面，通过师生互动和生生互动，提高学生的参与度和学习兴趣。
程序编写与调试：通过编写和调试程序（如“互联网智能闹钟”中的传感器数据采集关键代码），使学生学会如何将编程知识应用于实际项目中，培养他们的逻辑思维和问题解决能力。
1.4开源硬件与创新教学设计人教_中图版高中信息技术选择性必修6
第 1 章开源硬件及其特征1.4 开源硬件与创新教学设计教学背景信息科技是现代科学技术领域的重要部分，主要研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。
当代高速发展的信息科技对全球经济、社会和文化发展起着越来越重要的作用。
义务教育信息科技课程具有基础性、实践性和综合性，为高中阶段信息技术课程的学习奠定基础。
信息科技课程旨在培养科学精神和科技伦理，提升自主可控意识，培育社会主义核心价值观，树立总体国家安全观，提升数字素养与技能。
教材分析本节课的教学内容选自人教/地图出版社选择性必修6 开源硬件项目设计第 1 章开源硬件及其特征 1.4 开源硬件与创新。
“半亩方塘一鉴开，天光云影共徘徊。
问渠那得清如许？为有源头活水来。
”宋代哲学家朱熹这首《观书有感》充满了辩证与哲思。
只有广开源头活水，才能保证方塘池水永不枯竭、永不陈腐、永不浑浊；只有不断吸收新知识，个人才能进步；只有不断锐意创新，社会才能发展。
其实，整个人类历史就是一个不断创新、不断进步的过程。
没有创新就没有人类的进步。
如何鼓励创新、保护创新者的权利、保障创新成果，是人们需要长期思考的话题。
早在 17 世纪，英国议会颁布了世界上第一部现代意义的专利法——《垄断法规》。
英国专利制度的实施，以商业垄断的形式保护和激励了技术创新。
进入 21 世纪后，随着技术平民化的进程和互联网传播的快速发展，技术的迭代周期越来越短，用户参与技术或者产品创新的意愿越来越强烈，人们开始反思专利或者版权的制度是否需要更新。
加上对高科技领域容易出现垄断的担忧，越来越多的人开始思考，利用开放源代码、开放原始技术这一类的方式，是否能更加有效地促进创新和协作。
本章将通过主题项目开展学习，了解开源硬件的发展历程、常见开源软硬件平台及相关模块功能，认识开源硬件的特征及其对社会的影响与作用，体会知识分享的意义与价值。
教学目标1.理解利用开源硬件促进信息技术创新的价值与意义，具备鉴别信息技术创新的能力。
开源软件学习计划暑假高中
开源软件学习计划暑假高中随着信息技术的发展，开源软件在计算机科学和软件工程领域中发挥着越来越重要的作用。
开源软件具有开放的代码、社区合作的特点，不仅可以免费获取，还能够加快软件的开发进程和提高软件的质量。
因此，学习开源软件成为现代计算机专业学生的必备技能之一。
在即将到来的暑假，我打算利用这段时间，系统地学习一些热门的开源软件，并且结合实践进行深入学习。
下面是我暑假开源软件学习计划的具体安排。
第一阶段：了解开源软件的定义和特点在暑假的第一个阶段，我打算花费大约一周的时间来了解开源软件的定义和特点。
我将通过阅读相关的书籍和资料，了解开源软件是什么、它们的特点是什么，以及开源软件的发展历程等。
第二阶段：学习Linux操作系统在第二个阶段，我计划学习Linux操作系统。
Linux是一个典型的开源软件，它具有稳定性高、安全性强、自由度大等特点，因此在计算机领域中得到了广泛的应用。
我打算通过阅读相关的书籍和教程，学习Linux系统的安装、配置、管理、命令行操作等内容，并且结合实际操作来深入学习。
第三阶段：学习Python编程语言在第三个阶段，我打算学习Python编程语言。
Python是一种简单易学、功能强大的编程语言，它在开发Web应用、数据分析、人工智能等领域中得到了广泛的应用。
我将通过阅读相关的书籍和教程，学习Python的基本语法、常用库、面向对象编程等内容，并且结合实际项目来进行深入学习。
第四阶段：学习Git和GitHub在第四个阶段，我计划学习Git版本控制工具和GitHub代码托管平台。
Git是一种分布式版本控制工具，它能够帮助开发者管理和跟踪代码的修改，而GitHub是一个基于Git的代码托管平台，它为开发者提供了一个可以集中托管、管理、共享代码的平台。
我将通过阅读相关的书籍和教程，学习Git的基本操作、分支管理、团队协作等内容，并且通过在GitHub上提交代码来进行实践。
第五阶段：选择一个开源项目进行贡献在第五个阶段，我计划选择一个我感兴趣的开源项目，开始进行贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
刁彬斌对话嘉宾：刁彬斌：北京市宏志中学信息技术和创客教师，研究方向为创客教育的普及和拔尖创新人才培养。
曾获北京市总工会科学技术创新标兵，东城区育人奖、科技教育园丁奖，现任全国青少年三维创意社区创客导师。
研究领域为三维设计与3D打印、Arduino开源硬件、爱好摄影，指导学生多次获得全国及省市级奖项。
著有《小创客玩转3d打印》《小创客轻松玩转micro:bit》等多本创客教育专著。
对话嘉宾：吴俊杰：北京景山学校信息技术、物理教师，STEM教育研究者，研究方向为创客教育的普及课程和教师专业发展。
在《上海教育》《教学仪器与实验》《中国信息技术教育》《中小学信息技术教育》杂志开设不定期专栏。
发表论文八十余篇，出版专著三本。
在创新创业领域，致力于从教育的角度推动可持续发展理念下的模块可重用的设计，推进电子、家电、家具、建筑行业的可重用设计的理念和消费行为。
吴俊杰高中新课标“开源硬件项目设计”模块学什么和怎么学吴俊杰：刁老师，新课标中明确提出了“开源硬件项目设计”这个选修模块，在学校，您除了担任高中必修模块及该主题的选修课外，还负责校本教材的编写工作，请您谈一谈对这个模块的理解？刁彬斌：关于“开源硬件项目设计”这个模块，我们具体可以谈两点认识，一是“开源硬件项目设计”模块是信息技术学科新课程改革中具有代表性的模块，它体现了信息技术学科发展的最新进展。
二是通过该模块的教学实施，让基于开源硬件的项目设计进入了国家的课程，这不仅很有意义，而且对开源生态的形成产生了正面的推动作用。
我指导学生使用开源硬件参加各类科技竞赛很多年，深知它的教学价值和教学乐趣之所在，现在有了国家课程标准的支持，我也希望在之前积累的基础上通过我们学校的校本教材的编写，让开源硬件知识普惠更多的高中学生。
这两年通过写书，我认识了全国各地的很多创客教师，我们也创建了一些微信群，在群里大家常常探讨开源硬件应该学什么和怎么学的问题，这个过程中凝聚了很多其他教师的智慧和专家的指导，要非常感谢大家的帮助。
我也在思考“开源硬件项目设计”这个模块从教材到教学法再到评价的一系列的问题，因为这对于广大教师而言，既是挑战也是机遇。
吴俊杰：在指导开源硬件比赛的过程中，有没有印象比较深刻的学生项目呢？您能不能简单介绍一下。
刁彬斌：我印象比较深的是一个智能语音留声机项目，这个项目曾在第十八届中小学电脑作品评选活动中获奖。
当时3D打印和开源硬件的系统融合在创客项目当中应用还比较少，我指导的两位学生刚好是其中一个3D建模很好，一个开源硬件很好。
他们配合起来就完成了这个项目。
这个智能留声机使用了上世纪三四十年代流行的唱片机的外形，用唱片机的盒子作为开源硬件的容器，是一个集古典外形和现代开源硬件技术于一体的综合实用体。
它可以实现语音交互操作，完成歌曲播放与切换、夜灯、时间显示、温度测量等功能。
现在回过头来看，这个作品体现出了一种产品原型的概念，让学生从一个开源产品设计师的角度去思考，如何明确需求，如何设计开源的3D模型，如何使用开源硬件来完成核心需求，怎样分享和改进这个作品。
这样的一个完整的开源硬件项目作品的制作，使我在之后的学生竞赛指导的过程中，有意识地培养学生一种产品思维，让学生独立设计产品级的创客作品。
吴俊杰：那么，这些学习开源硬件项目的学生有什么共同的特点？刁彬斌：我觉得每一个成功的开源硬件项目开发者都是独立在创客、STEAM教育（跨学科学习）大热之际，人们都希望其能够有一个具体的学科抓手，《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》的颁布，使得信息技术学科看到了具体的操作路径，其中非常引人注目的是选择性必修模块6——“开源硬件项目设计”，有很多教师觉得，这个模块仿佛“就是为了普及创客教育设计的”，因此尤为关注课标颁布后如何开展教学的工作。
本期对话，我们有幸邀请到了一位资深的开源硬件教师——来自北京市宏志中学的刁彬斌老师和创客教育名师吴俊杰老师，他们将共同开启一场有关“学什么和怎么学”的对话，为已经开始的2018到2019学年，面临“教材空白”的高中教师提供一些未来教学及师生成长的方向。
缘 起思考、敢于探索和踏实肯干的综合体，无论针对青少年还是成年人都是这样。
敢于探索是由开源项目的本质所决定的，开源项目的本质是在开源核心板的基础上搭配不同的传感器，通过编程来实现作品功能。
在这个学习过程中，学生才是项目的主体，他们只有独立思考自己的需求，选择不同的开源硬件，设计作品，完成功能评测与迭代等过程，才能制作出与众不同的创客作品。
这一系列过程，需要学生具备独立思考的品质和勇于探索的精神，因为我们生活在一个工业化产品非常丰富的社会，很多人都会觉得“这个需求早就有了”“只要淘宝上搜一搜，什么问题都能解决”，很多人丧失了独立思考的能力，成为搜索引擎廉价答案的牺牲品，因此发现需求所需要的核心品质就是要独立思考。
同时，勇于探索的精神也非常重要，开源硬件加入了硬件之后，出现了一个故障，可能是软件方面的问题也可能是硬件方面的问题，这需要用科学的方法来进行排查，也需要查阅各种资料、学习新知识，在这个过程当中，需要发挥勇于探索的精神。
另外，踏实肯干是由开源硬件项目的学习过程决定的。
开源硬件项目的实施过程中，需要学生具备比较综合的能力，如会规划作品功能，会编写和调试代码，会做产品外形设计，会包装与美化。
每个环节都需要学生踏踏实实地学习基础知识。
在一点一滴的积累过程中，由创客小白，质变为创客能手。
吴俊杰：很认同您的观点，我最近的一篇长文也是在谈“基于产品的学习”，平时您是怎么带学生做开源硬件项目的？有没有一些经验可以分享的？刁彬斌：我带学生做开源硬件项目有以下经验：第一是将传统学习和探究学习结合。
传统教学方式适合学生还在幼苗阶段时，学生在这个阶段对开源项目一无所知。
为了学生能更快成长，少走弯路，作为教师一定要做好引路人工作，使用传统教学方法，让学生踏踏实实地掌握开源项目的基本知识。
开源硬件项目是一个探索过程，但没必要让学生刻意地去走一遍教师所经历的弯路。
探究学习阶段，是在学生掌握开源硬件学习的基本技巧之后，是实践开源硬件精神的必备过程。
这个过程教师需要放弃引领者的角色，变为项目的协调者，让不同学生根据自己的特色与思考点完成不同的设计，这样才能实现创客项目的百花齐放。
当然，在学生实际完成项目前，教师要带领学生详尽地走一遍项目实施流程，这对学生发展来说也是一个不可缺少的过程。
第二是发挥学生的团队精神，明确组内分工与合作。
开源硬件需要学生具备比较综合的能力，但要求一个学生掌握并精通所有环节是一件非常困难的事情。
因此在实施过程中，很多复杂项目可以使用分工合作的方式完成。
常规项目的四人组合，分工如下：CEO，负责整个项目的总体实施和人员进度协调。
产品设计师，负责产品功能和外形设计。
程序员，负责开源硬件产品原型程序的调试和程序的编写。
产品营销师，负责产品的包装与宣传。
当然，这个过程也是一个合作的过程。
CEO需要合理安排工作进度和人员协调，其他人需要服从CEO的领导。
产品外型设计需要与程序员沟通，匹配硬件的布局与选取。
产品营销师，需要领会CEO对产品的定位、明确技术要领。
为了锻炼学生能力，也可以不时地调换角色，让学生实现一专多能。
第三是严格的产品项目实施过程。
一件科学的交互性良好的作品，需要在项目实施过程中严格按照作品设计流程实施项目，即产品规划—产品设计—产品实施—产品检测与迭代。
吴俊杰：您刚才讲得非常清晰透彻，受益匪浅。
那么从您的观点来看，一本《开源硬件项目设计》教材应该包括哪些内容？刁彬斌：我觉得一本开源硬件项目设计的教材，应该包含开源硬件知识介绍、开源硬件典型项目、开源硬件的实施过程和一个实际的项目引导四个部分。
一开始要介绍开源硬件的基础知识，这部分除了安装驱动一类的基础知识之外，开源文化、开源精神也是很重要的内容。
接下来应该是一个典型开源硬件项目研习的过程，通过简单项目来落实基本知识和基本技能，这个部分要通过教师讲解和学生实验，让学生知道什么是输入设备、什么是输出设备，有哪些通讯模块，编程软件和开源硬件之间的控制关系是怎样的。
但是，坚决不要就知识而说知识，还是要有简单的项目背景。
第三部分就要总结出一个开源硬件的实施过程，特别是从“如何有一个想法出发”引导学生从产品经理的角度去思考如何发现需求和满足需求，怎么做设计。
最后是一个大的综合项目，这个项目有一定的难度，可以说是之前积累的一种应用，在完成大项目的同时也要落实对开源文化的传承，将项目的成果按照开源协议分享出来。
总之，整体来看，第一部分对应课标6.1的内容要求，“基于实例分析，认识开源硬件的特征与发展，理解利用开源硬件进行信息技术创新的意义”。
第二部分和第三部分对应课标的6.2到6.4的内容，“通过剖析使用开源硬件完成作品的实例，体验基于开源硬件完成项目的基本流程，知道常用开源硬件的功能与特征”“基于事物特征的分析，设计基于开源硬件的作品开发方案，描述作品各组成部分及其功能作用，明确各组成部分之间的调用关系”“根据设计方案，选择恰当的开源硬件，搜索相关的使用说明资料，审查与优化作品设计方案”。
虽然学生一开始经历的都是教师预设好的一些小项目，但是这些小项目的积累正是完成一个大项目必须的知识与技能。
教学像教师带着学生去旅游一样，出发前总是要介绍一下我们为什么要去那个地方，快要出发时又要检查一下所需要的装备是否带齐了，在比较乏味的乘车过程中，如果有意识地路过一些和目的地有关的景点，可以帮助学生树立对目的地的好奇心，并且在到达目的地的时候，更加自信、从容和积极地体会旅游的快乐。
教师也可以融入其中去探访这个去过好多次的地方新的美好之处。
在第二和第三部分落实基本功的基础上，去剖析一些典型的开源项目，即一个“通过沿途的风景”来增强对目的地的期待的学习过程。
最终就是一个大的项目，就相当于旅行的目的地。
这个部分对应课标6.5到6.7的内容，“了解作品制作过程中各种设备与组件的安全使用规则和方法，根据设计方案，利用开源硬件、相关组件与材料，完成作品制作”“根据设计方案，利用开源硬件的设计工具或编程语言，实现作品的各种功能模块”“根据设计方案，测试、运行作品的数据采集、运算处理、数据输出、调控执行等各项功能，优化设计方案”。
最终，通过分享的环节落实课标6.8的内容，即“完善项目作品的设计方案，践行开源与知识分享的精神，理解保护知识产权的意义”。
吴俊杰：您刚刚谈到了在落实基本功的基础上，在完成一个大的项目之前对学生的设计思维的引导，那您怎么看设计在开源硬件项目当中的作用呢？刁彬斌：从实际教学的角度来看，我在第一遍教开源硬件的时候，可能会聚焦在教材中的新技术和案例上，而第二遍教则重点在如何启发学生有不同的想法，以及如何引导学生通过自主学习来落实这些想法。