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。

2.通过动手体验制作闪烁LED，学会LED 与Arduino 控制器数字口的连接，
了解编程的一般过程，掌握Arduino IDE 程序设计的基本模块和语法，熟悉循
环结构，掌握数字口的输出和延时语句。

3.通过小组合作，自行设计并制作本组的闪烁LED 创意作品，初步体会只
能硬件作品由设计到创作完成的过程。

4.体验自然语言描述到程序编写的一般过程，激发对编程的学习兴趣，培
养学生的程序思维和计算思维。

五、教学重难点：
1.教学重点：
Arduino101 套件的认识和使用，初步熟悉Arduino 的编程环境和基本程序。

2.教学难点：
Arduino 程序的初步认识和函数的使用。

六、课时安排：
2 课时
七、教学过程：
课堂引入知识讲授体验探究拓展提升分享交流
1、视频展示结合实物机器人欣赏，引入新课
（1）教师展示多个用Arduino 制作的机器人视频，以及通过学生实际现场欣赏虫虫机器人和自动浇花机器人的实物，吸引学生兴趣，调动课堂氛围。

（2）讲解开源硬件以及Arduino 的发展。

总结：视频中的机器人作品使用的控制板都是Arduino 机器部分衍生产品。

展示课题《走近开源硬件》。

2、知识讲授
（1）A rduino 定义
Arduino 是一个基于开放源码的软硬件平台，具有使用类似Java、C 语言的开发环境，再加上价格低廉，Arduino 风靡全球各地，吸引了许多电子爱好者开发使用。

特征：开源性、可扩展性、兼容性、经济性。

（2）A rduino 板卡
Arduino 已经先后发布了十几种型号的板子，比如有巨大版的Arduino MEGA，有可缝在衣服上的类似纽扣的Arduino LilyPad，也有微型的Arduino Micro，当然还有最基础的Arduino UNO，等等。

我们使用的是现在最流行、最基
础的UNO 板。

这款控制器叫做Arduino Romeo。

（3）A rduino IDE
教师介绍Arduino IDE 的下载和安装。

Arduino 的编程环境不仅有文本式的编程环境还有图形化的编程环境，教师简要介绍一下文本式的编程环境。

（4）驱动的安装
教师演示Arduino 驱动的安装。

驱动文件夹，选在Arduino 软件里面的drivers；如果插上Arduino 之后，没有弹出装驱动的对话框，提示学生在设备管理器中可以看到；让学生记住安装完之后的串口号。

驱动安装好之后，修改Arduino IDE 里面的板卡和串口，板卡类型为UNO，串口为驱动安装好之后的串口。

3、体验探究——闪烁你的第一盏led 灯
通过闪烁led 灯的实际搭建和编程过程，进一步熟悉套件的硬件，通过程序的上传于修改，体会程序与套件的交互过程。

（1）L ED
1）LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，颜色有白绿蓝等；高低电平可以驱动LED 的亮灭。

2）LED 与Arduino 的连接
LED 发光模块有三根针脚，接线的时候黑线接GND，红线接VCC，绿线接数字口。

数字口0 和1 不能接，数字口0 和1 用于Arduino 与计算机通信。

（2）任务描述
LED 亮N 秒，灭N 秒。

（3）硬件搭建
LED 有三个针脚，黑线接地，红线接5V，绿线接数字口。

（4）参考程序
4.、拓展提升——小组创意设计闪烁彩灯
通过前面任务的体验之后，教师进行总结讲解，介绍程序的基本结构和要。

引入下一个拓展任务，通过一个led 灯到两个、三个，请学生自行设计自己小组的闪烁效果，并通过程序修改实现。

示例：交通灯
1）任务描述
红灯亮A 秒之后灭掉，绿灯亮B 秒之后灭掉，黄灯亮C 秒之后灭掉，以此类
推。

2）硬件搭建
将三个LED 分别接在Arduino 控制器的数字口
3）尝试程序的编写
5、分享交流
小组展示自己小组的闪烁创意，并讲述设计过程和制作过程。

其他小组和教师分别进行点评总结。

6、课堂总结
教师对本节课的内容进行总结，指出在学习过程和小组制作过程中存在的问题，教师提出疑问，并引出下节课的内容。

通过这节课的学习，初步了解了Arduino 机器人，掌握了Arduino 驱动的安装，体验了Arduino 机器人的魅力。

要通过Arduino 完成一项机器人作品，我们不仅要学会硬件的搭建和基本的程序设计，还要学习更多的机器人相关技术。

八、课后作业
1）了解Arduino 机器人可以制作哪些机器人项目。

2）自学Arduino IDE 的编程环境。

九、教学反思
通过本节课的教学，基本达成了本节课的教学目标，可以看得出来学生对于Arduino 的兴趣非常浓厚。

学生已经能够初步学会进行Arduino101 套件的使用和硬件搭建，对于程序设计有了初步的认识，但因为学生基本为零基础，所以这一部分内容是接下来的重点与难点。

在学生练习点亮第一个LED 的过程中，因为学生对于程序的零基础，导致花费的时间较长，后面需要合理安排讲练的时间。