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1、教学内容第二单元第1节开源硬件及软件1 .知道开源硬件和开源软件的含义；教学目标2 .掌握软件和硬件连接的方式；.掌握点亮Arduino Uno主控板上标记为“L”的LED灯的方法，并 且理解“高电平”和“低电平”的含义。重点难点本课教学重难点是Ardu i no Uno主控板和软件Mind+之间的通信，通过 点亮Arduino Uno主控板上标记为“L”的LED灯小任务，让学生感受 软件控制硬件的逻辑。教学 （一）学生机Mind+软件可以正常使用；准备 （二）每个学生小组配备一个Arduino主控板和数据线。主 备（一）任务导入教师：欢欢的志愿者岗位是教室图书角管理员。他发现图 书角有时候光
2、线不足，同学们也没意识到应该开灯，他担 心同学们这样看书会影响视力。欢欢想帮助同学们，可是 无从下手。本单元我们将学习通过软件控制硬件，制作一 个物联网的小应用来帮助欢欢解决控制灯光的目的。（二）课堂聚焦教学过程与方法教师：要帮助欢欢解决灯光控制的问题，我们先要学习一 些基础知识，本节课从最基础的概念开始学习。包括开源 硬件、开源软件，软件和硬件之间的通信，本节课最后我 们完成一个点亮LED灯的小任务。（三）任务分解教师：本节课将分成三个子任务，包括：1. 了解开源硬件；2. 了解开源软件；3. 软件与硬件通信。（四）子任务突破子任务一：了解开源硬件教师：开源硬件是指电路原理图、材料清单、设计
3、图等都 使用开源许可协议设计、授权的硬件。在遵守协议的前提 下人们可以制造、使用、修改开源硬件。教师：开源硬件有很多种，常见的有Arduino主控板、树 莓派、micro:bit主控板及掌控板。这些开源硬件各有特 点，综合考虑价格和操作难易程度，我们将以Arduino主 控板作为我们学习的载体。关于常见开源硬件的详细介 绍，请同学们阅读教材了解，也可以在课后，上网查阅更多关于开源硬件的资料。（培养学生阅读习惯，从材料中 提出信息的能力）学生：阅读教材，了解开源硬件的知识。子任务二：了解开源软件教师：Ardu i no主控板有很多型号，最为常用的是Ar du i no Un。主控板。有了主控板这
4、个开源硬件，还需要软件来控 制硬件。下面介绍几款开源软件，都可以很好地控制硬件。 教师：首先，我们了解下开源软件，开源软件就是开放软 件源代码的软件。在遵守相关协议的前提下，人们可以自 由使用、修改、分发。我们之前了解的Mb lock和Mind+ 软件都是开源软件。教师：我们选择Mind+这款软件作为学习的工具，它支持 Arduino micro:bit等开源硬件。我们可以安装这款软件 到计算机上，然后就可以使用了。学生机已经提前安装好 了 Mind+软件。双击下图的快捷方式，就可以启动软件。启动之后的软件界面如下图所示:教师：请同学们启动软件，观察Mind+软件和我们之前学 习的图形化编程软
5、件的异同。学生：界面多了 “链接设备”和“实时模式、上传模式、 Python模式”。如下图所示。再伽0项目教程编辑，连接设备意见反馈 睢墙隰上年式| Python子任务三：软件与硬件通信教师：如何将硬件和软件链接起来工作呢？分成两步。第 一步添加扩展，第二步连接设备，建立通信。第一步：添加扩展（添加我们的硬件编程模块）在主控板中选择我们的硬件Ardu i no Uno编程模块。此时 选择的主控件会呈现黄色的线框。接着“返回”就可以进 行下一步操作。返回主控板套件 犷展板 传感器 执行器通信模块显示器功能模块网络服务找不到你想要的？数量很少？点击这里查看帮助第二步：连接设备，建立通信。我们将将硬
6、件和计算机使 用数据线连接起来，在“实时模式”下，单击“连接设备”， 在下拉菜单中选择正确的串口号，软件就开始连接硬件， 连接成功后，会提示“连接设备成功”。连接设备COM3-Uno实时模式上传模式| Python打开设备管理器一键安装串口驱动连接设备成功05教师：设备连接成功后，我们就可以通过编程控制硬件了。这次课，我们完成点亮一盏LED等的任务。教师：在编程之前，我们还需要学习一些Arduino Uno板 的知识。如下图所示。DC电源接口 一一数字引脚口 013其中3, 5, 6, 9, 10 , 11 是PWM口复位按键-方形USB接口 -一-电源指示灯r ATmega 328P-AU模
7、拟引脚口 A0A5aICSP2POWERANALOG I：5 2 7*。对应申口通讯的RX引脚 1对应串口通讯的TX引脚D13引脚信号指 示灯串口通讯状态 指示灯DIGITAL (Pin-O0Q) ArduinoArduino Uno主控板自带了 一个通常被标记为“L”的LED, 默认连接到引脚“13”，引脚“13”既可以用作输入，也 可以用作输出。用作输出时，就相当于电源开关，可以通 过编程开启或者关闭连接的设备。我们将通过编程的方式 改变标记为“L”的LED灯的亮灭。将下面的积木拖入脚 本搭建区。富 设置数的I脚2 输出为 高电平修改引脚编号为13,然后单击此积木，观察主控板的变化。逗|
8、酒数的I脚13 输出为 高电平学生：LED灯亮了。教师：积木中设置的引脚号必须与Ardu i no Uno主控板上 设备所在的引脚号对应，才能达到通过软件编程控制硬件 的目的。将积木中的“高电平”改成“低电平”，再次单 击积木，观察主控板上标记为“L”的LED的状态。学生：LED灯灭了。教师：如何控制LED灯的亮、灭？学生：选择正确的LED所在引脚，设置“高电平”可以点 亮LED,设置“低电平”可以熄灭LED。（知识形成） 教师：Mind+中有很多积木，请大家尝试用更多积木搭建 脚本，控制灯光闪烁。学生：控制LED灯间隔1秒亮灭。教师：我们可以将LED灯的亮灭看作一种信号，大家可以 思考一下，
9、如何通过LED灯亮灭实现信息的传递呢？（学 以致用，探究信息传递、编码）提示：如LED灯亮、灭的长短来表示不同的意思。学生：思考，尝试一种实现信息传递的方式。教师：Arduino Uno主控板上除了单片机，还集成了很多 设备接口，可以连接多种外围设备。对应的接口及作用如 下表所示。USB 接口与电脑相连，建立与电脑的通信GND接地端，相当于电源的负极5V、3.3V相当于电源的正极D0-D13数字输入和数字输出，其中带“”的接口支持 pwm输出A0-A5模拟输入，同时可作为数字输入和数字输出接口作用1 .通过学习，你对Arduino Uno主控板、Mind+有了哪些认识？你还有 哪些新的发现?将
10、你的发现和同学、老师分享一下。作业 2.说一说你对“高电平”和“低电平”的理解，并将你的想法写下来和 设计老师分享一下。概念Arduino主控板开源硬件，树莓派板书设计开源硬件及软件micro:bit主控板掌控板概念开源软件W Mblock1 .一 一 一 一 一 一I fMind +I连接设备软件与硬件的通信软附制设备LED灯闪烁主控板接口重占教学 反思本课是第二单元智能感知的第一节，主要学习了智能感知的基础知识， 包括开源硬件、开源软件及软件和硬件之间的通信三个部分，其中软件 和硬件通信就是本课的重点，也是后续课程的起点。学生第一次接触软 件硬件结合完成小任务，细节是关键，教师在指导学生过程中，应该关 注学生完成任务的细节。