《Arduino硬件》教学设计

年级5年级教科书版本及章节苏教版第1章

单元（或主题）教学设计

单元（或主题）名称Arduino硬件

1.单元（或主题）教学设计说明

本单元课程主要是让学生学会利用各种传感器（超声波传感器、声音传感器、光敏传感器、滑动

电位传感器、摇杆传感器）与程序进行交互，实现软硬件结合。培养学生发现问题、解决问题的能力，

探索新知、勇于创新的能力。

2.单元（或主题）学习目标与重点难点

重点：

了解Arduino硬件的结构

学会连接硬件与电脑

掌握获取各传感器值的方法

难点：

各传感器与程序当中值得获取和传递

3.单元（或主题）整体教学思路（教学结构图）

第1课时教学设计（其他课时同）

课题声音控制小猫动作

新授课章/单元复习课□专题复习课□

课型

习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□

1.教学内容分析

本课的主要内容是利用声音传感器获取外界中的音量值，利用音量值来控制小猫的运动。涉及的知识

点有：认识Arduino主控板，利用变量来读取声音传感器的值，用数值和逻辑运算来处理音量值，并

能应用到程序中。

2.学习者分析

经过前期的学习，学生对Scratch软件有一定的了解，比如动作控件、逻辑控件以及变量等等。考虑到

这是学生第一次在课堂上接触传感器，所以在任务设计上降低了难度。通过本课的学习，学生认识开

源硬件Arduino，感受声音传感器在程序中的作用，学会获取声音传感器的数值后，利用该数值编写

程序以及模拟生活中的现象，以培养学生的创造能力。

3.学习目标确定

1.了解Arduino硬件的结构。

2.学会连接硬件与电脑。

3.掌握获取声音传感器值的方法。

4.能够对传感器数据进行转化满足程序需要。

5.引导学生认识声音传感器，体验Arduino开源硬件的强大魅力。

6.通过在做中学，学生形成生活中的物体可以成为计算机输入设备的意识。

4.学习重点难点

重点：

1.能够将声音传感器和主控板连接起来。

2.掌握获取声音传感器值的方法。

难点：

1.掌握获取声音传感器值的方法。

2.将获取到的传感器数值应用到程序中。

5.学习评价设计

在作品展示环节，学生分别进行自评、互评等环节。

6.学习活动设计

教师活动学生活动

环节一：直观体验，揭秘原理

教师活动1学生活动1

师：今天动物园的小动物们开运动会，当绿学生感受声音传感器的魅力，用已有的知识揭示声音

旗被点击的时候，酷狗和小猫同时从起跑线传感器的工作原理，激发学生学习的兴趣。

出发。大家看，酷狗已经快要跑到舞台中间

了，而小猫还在起点。让我们一起来给小猫

鼓鼓劲，加加油。

师带领学生大喊：“加油”。

师：快看，小猫好像听到了我们的加油

声，它已经跑到终点啦！

师：咦，这是怎么回事？它是怎么做到

的呢？

生答。

师：让我们一起来揭开它背后的神秘面

纱。

首先需要声音传感器、Arduino主控板

设备来感知我们的加油声，然后利用感知到

的声音数值编写程序。

我们首先来看看当前的声音值是多

少？

保持安静，观察声音最小值：0；

加油声响起来，观察声音最大值：100。

在脚本中，小猫移动的步数是声音值。

声音值越大，它的移动步数也越大，速度也

就越快。

这节课，我们就来学习使用神秘的声音

传感器。板书（声音传感器）

活动意图说明：通过让学生实践参与，体验传感器的神奇，激发学生学习兴趣

环节二：新授

1.认识声音传感器通过找一找、读一读，认识声音传感器。

找一找：声音传感器。

读一读：声音传感器内置一个对声音敏感的

电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体

看一看结构，找一找端口，想一想，说一说，为后面

薄膜振动，导致电容的变化，声音传感器根

连接传感器打好基础。

据声音强度的不同，其输出值也不同。

2.认识主控板

初次接触硬件，采用演示与讲解的方式，让学生学会

看一看：Arduino主控板。

连接硬件，养成良好的检查习惯。

找一找：Arduino主控板上的数字接口2～

13和模拟接口A0～A5。模拟口连接模拟量

的信号和设备，返回的数值是0～1024。数

字口连接离散数字量信号和设备，返回的数

值是0或1。

想一想：声音传感器应该接什么口？（板书：连接串口，主控板，安装固件，启动硬件和电脑之间

模拟口）的通信模式。

说一说：你在Arduino主控板上还发现了什

么？

开关、复位、超声波接口、USB接口。

采用变量的方式来获取声音传感器的数值。

3.连接主控板和声音传感器

拿出桌面上的一根红、白、黑三色线，有白

色突起的一头连接声音传感器，另外一头连

接A0～A5之间的A2端口。

Tips：红、白、黑线要与主控板上的红、白、

黑一一对应。

相邻两人之间检查一下有没有连接正确？

学生从模仿教师的程序开始，学会利用声音值来编写

连接无误后，请用黑色的数据线连接主控板

程序。

和电脑。

硬件连接好了，接下来我们需要编写程序来

获取环境中的声音值。

打开桌面上的酷狗小猫运动会程序。

（1）单击“连接”，选择串口COM4。

（2）单击“控制板”，选择ArduinoUNO。

Tips：第一次使用时，必须单击“连接”“安

装固件”。串口号因电脑而异，此处，选用对声音值进行逻辑运算，缩小数值。

COM4。

（3）新建变量sy。

（4）将变量sy的数值设定为模拟口A2。

Tips：此处模拟口A2与前面声音传感器连

联系学生生活中的经验，编写程序。

接主控板时的接口要一致。

（5）重复执行。

程序只能获取此刻环境中的声音，如果说要

持续不断地获取声音值，需要重复执行，自

己修改程序。记录教室内的声音值。

获取声音值只是我们的第一步，接下来，我

们要用声音值去编写程序。

1.模仿程序——酷狗小猫运动会。

师：大家试试看，能否给小猫编写脚本：当

声音越大，让它跑得越快。

转播学生作品。

师：小猫跑得速度太快了，能否利用数字和

逻辑运算里的控件稍微调整一下呢？

学生调试。

反馈学生作品。

2.创编程序——贴近生活。

师：想一想生活中哪些地方会用到声音传感

器？还可以用到什么地方？

生：声控灯、噪声监测器。

师：那你能否在xDing软件里模拟出来呢？

试试看。

展示学生作品。

活动意图说明：通过连接硬件、获取数值、编写程序的环节的学习，让学生实现用传感器控制角色

移动。

环节三：五、总结反馈

这节课我们认识了声音传感器，用变量来读回顾本节课知识，并为后面所要学的内容做铺垫。

取环境中的声音值，并用它来编写程序。你

们学会了吗？生活中除了声音传感器，还有

光线、红外、温度、适度、超声波传感器等

等，等着我们去学习呢！

活动意图说明：巩固知识，承上启下

7.板书设计

8.作业与拓展学习设计

9.特色学习资源分析、技术手段应用说明（结合教学特色和实际撰写）

10.教学反思与改进

本节课的教授是以编写程序为主还是以学习硬件的使用方法为主，笔者分别进行了尝试。选择前者，

学生学习目标达成度不高；而选择后者，如果切入点不合适，学生学习兴趣不高。学习硬件的使用方

法是编写程序的必经之路，此处必须要“细嚼慢咽”。而利用音量值编写程序是最终目的，学生需要有

体验，有操作。因此，在课开始时让他们先直观感受。后面编写程序时，为他们提供了半成品。创编

程序是拓展任务，学生做得虽然不够精美，但能模拟出生活或者创造性应用音量值来编写程序，亦可

大力表扬。

第2课时教学设计（其他课时同）

课题机灵的老鼠

新授课章/单元复习课□专题复习课□

课型

习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□

6.教学内容分析

本课是Scratch与硬件相结合的第2课，是巩固模拟传感器应用的一节课。本课学习光敏传感器，通过

获取传感器的返回值与动画互动，从而掌握模拟传感器的使用方法。

7.学习者分析

通过前面的学习，学生已经能够独立完成简单的交互动画，能通过Arduino获取光敏传感器的返回值，

初步掌握了Arduino与传感器的连接方法，并能与xDing通信。

8.学习目标确定

1.熟练使用ArduinoUno板与传感器搭建电路。

2.熟练使用光敏传感器。

3.通过xDing编程获取光敏传感器的数值，制作互动动画。

4.在学习光敏传感器时通过小组设计实验内容，培养学生发现问题、解决问题的能力，探索新知、勇

于创新的能力。

9.学习重点难点

重点：

老鼠觅食动画的电路设计和程序设计。

难点：

光敏传感器实验的设计与分析。

10.学习评价设计

在作品展示环节，学生分别进行自评、互评等环节。

6.学习活动设计

教师活动学生活动

环节一：演示，初识光敏传感器

师演示动画，指名学生叙述动画内容。通过演示动画内容，让学生直观地感受光敏传感器的

作用。

生：在小猫咪的家里有一只老鼠，当天

黑后小老鼠就跑出来觅食，天亮了老鼠就躲

起来。

师：你知道怎么制作白天和黑夜的场景

吗？

生：设定背景的颜色值。

通过对比两张图片，引导学生回忆通过颜色特效的设

师：你看到老师是怎么切换黑夜与白天

置改变图片颜色。

的吗？

生：你用手按了一下传感器？

师：老师的手并没有碰到传感器，用一

个水杯盖住它也可以完成切换背景。这个传

感器和我们的眼睛一样，用手挡在闭着的眼

睛前面，眼睛就会感觉光线变暗，眼睛是我

们的“光敏传感器”，能感受到光的强弱。

老师用的就是光敏传感器。今天我们所要学

习的光敏传感器就是来模拟人的眼睛能感

受光的强弱。

出示课题。

活动意图说明：通过让学生观看动画，体验传感器的神奇，激发学生学习兴趣

环节二：新授

师：光敏传感器是一个模拟传感器，它复习模拟传感器连接线的颜色，帮助学生巩固传感器

的连接线是由3根线组成的，这3根线是什与主板之间的连接。

么颜色的？代表什么？

生：红、黑、蓝，分别代表正极、负极、

数据数。

通过设计测试试验，让学生理解，要想了解一个新的

师：在上一节课我们学习了声音传感传感器的作用，我们可以通过自己动手做试验，引导

器，测试了声音的强弱，今天我们学习光敏他们以后遇到新的传感器，自己动手实验，学会学习。

传感器，你想怎么设计你的测试试验呢？

小组讨论，汇报。

小组合作，完成光敏传感器实验单，并

自己设计实验，动手实验，记录实验结果，分析结果，

做好记录。

从而学会解决问题的方法步骤。

1.完成连接图。

2.编写测试程序。

通过叙述动画内容，让学生理清思路；通过分析

3.测试，记录结果。动画，让学生了解动画三元素，特别是动画内容的描

述，用自然语言描述算法，方便后面写程序。

分别请学生展示，说一说试验结果的作用。

学生互相评价，老师评价。

制作老鼠觅食动画。

1.叙述动画内容。

2.分析动画。

（1）背景：room1

（2）角色：mouse1

（3）动画内容

①老鼠：当光线强度小于100，老鼠显示，

并自由走动；否则躲起来。

②背景：当光线强度小于100，是黑夜；否

则是白天。

3.学生制作动画。

4.教师巡视指导。

5.学生演示，评价。

程序：老鼠程序

背景程序：

6.个性化完善动画

大家制作的动画都差不多，请你想一想怎么让学生制作出个性化的作品，培养学生创新能力。

完善自己的动画，增加一些你自己想加入的

内容。

学生制作、展示、评价。

活动意图说明：通过连接硬件、获取数值、编写程序的环节的学习，让学生实现用传感器控制角色

移动。

环节三：五、总结反馈

今天你有哪些收获？回顾本节课知识，并为后面所要学的内容做铺垫。

光敏传感器在生活中还有哪些应用？

你想用它做什么？

活动意图说明：让学生了解光敏传感器在生活中的应用，思考利用传感器进行自己的发明创造，为

学生的学习明确目标，促进学生自主学习。

7.板书设计

9.作业与拓展学习设计

11.特色学习资源分析、技术手段应用说明（结合教学特色和实际撰写）

12.教学反思与改进

本节课的教授是以编写程序为主还是以学习硬件的使用方法为主，将课堂的大部分时间还给学生，让

学生在实践中得出知识。将理论与实践相结合

第3课时教学设计（其他课时同）

课题声音控制小猫动作

新授课章/单元复习课□专题复习课□

课型

习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□

11.教学内容分析

本课主要介绍如何在Scratch中使用滑动电位传感器来精确定位角色位置。教材首先介绍如何将滑动电

位传感器正确地接在模拟端口上，以滑动网兜接球为例，生动有趣。如何将滑杆获得的模拟值变为当

前角色的坐标值是本课的重点，也是本课的难点。

12.学习者分析

学生通过前面几节课的学习已经具备学习使用硬件的能力，具备一定的基础，学生能够将已有的经验

运用到学习中去，也具备运用技能进行创新的能力。

13.学习目标确定

1.认识滑动电位传感器。

2.掌握程序启动方法。

3.掌握滑动电位传感器控制程序的方法及原理。

4.利用传感器精确控制角色在舞台上的位置。

5.通过滑杆接球内容培养学生实事求是的科学态度和严谨的思维推导能力。

6.利用电位滑动传感器解决生活和学习中实际问题。

14.学习重点难点

重点：

1.正确连接滑动电位传感器。

2.掌握利用滑动电位传感器控制角色位置。

难点：

掌握利用滑动电位传感器控制角色位置。

15.学习评价设计

在作品展示环节，学生分别进行自评、互评等环节。

6.学习活动设计

教师活动学生活动

环节一：直观体验，揭秘原理

教师活动1学生活动1

同学们，你们喜欢玩游戏吗？玩一玩小游戏

师出示用键盘控制的游戏，让学生玩一

玩。你们想不想制作一个自己的喜欢游戏

呢？

今天，我们利用滑动电位传感器来制作

一个可以控制角色位置的Scratch游戏。

下面我们一起来学习吧！

活动意图说明：从游戏引入，激发学生学习兴趣。

环节二：新授

1.认识与测试滑动电位传感器。

滑动电位传感器通常由电阻体和可移动的利用生活常识拉近所学知识与学生之间距离。

电刷组成。通过移动滑块可以得到不同的电

阻值。滑动电位传感器在日常生活中有许多

应用，比如在调音台上音量调节按钮等。

你还在哪儿见过类似的滑动电位器？

学生回答。

2.正确连接端口。

请大家将滑动电位器正确地连接在利用原有知识，独立完成传感器连接。并给出检验方

Arduino板上，注意对应的端口号，并注意法，培养学生检测反馈的好习惯。

电源的正负极。

学生操作连接滑动电位器与Arduino板。

请大家滑动滑块，看看对应端口的模拟

值是否在变化？

学生操作，师巡视。

2.添加网兜角色。

今天我们制作一个网兜通过滑杆来控

制它。请同学们根据书上的样例制作，当然

你也可以进行一些变化。特别要注意网兜内

部的填充颜色。

学生绘制网兜角色。

培训学生数理逻辑推导能力。

3.确定模拟值与坐标对应关系。

我们知道舞台的大小与X轴的坐标范围

有关，通过鼠标移动我们可知舞台的最左边

值为-240，舞台最右边值为240，所以总长

度为480个像素。

请同学看书，思考如何得出模拟值与坐

标之间的对应关系。

学生看书，自学。

学生汇报两者转换的过程。

4.编写转换脚本。

根据刚才我们得到的结论，将它转化为

脚本。大家在操作时注意运算之间的关系。

给出问题，引导学生进一步深入思考。

学生编写脚本。

思考：如果将网兜角色的Y轴上的值分别

改为-180、0、180时，这个角色在位置上会

有什么变化？

学生讨论、操作。

5.设置小球运动

我们让小球随机地从顶端下落，我们可以用

以前学过的知识点，你能想到吗？与大家分

拓展学生思路，分享创意作品。

享一下。

学生分享。

请同学们自行编写脚本，也可以参考书上的

小球下落的脚本。学生看书自学。

学生操作，完成小球运动程序脚本。

1.增加统计数量。

引导学生进行合理评价。

滑动电位器可以精确控件角色的位置，

在刚才游戏设计中，你能增加小球出现的次

数吗？能不能统计出网兜接球的次数？请

小组讨论。

学生讨论、分享。

2.你觉得在这个游戏程序上还可以添加哪

些元素来优化或提升游戏的精彩度？

学生设计自己的创意。

3.分享作品。谁来展示自己的作品？

师转播学生作品，你觉得这个作品的优点是

什么？哪里值得你学习？

学生分享创意作品。

活动意图说明：在完成任务的基础上，鼓励学生再创新，培养学生发现问题，解决问题的能力

环节三：五、总结反馈

1.今天这节课你学会了什么？回顾本节课知识。

2.你还有哪些没有弄懂的？你最感兴

趣的内容是什么？

活动意图说明：帮助学生归纳总结知识点，理清所学内容

7.板书设计

10.作业与拓展学习设计

13.特色学习资源分析、技术手段应用说明（结合教学特色和实际撰写）

14.教学反思与改进

游戏制作是学生喜欢的内容之一，教师在课的开始以有趣的游戏导入，调动了学生的积极性。学生对

角色的绘制与添加掌握得较好，但是本节课的难点在于如何让滑杆的模拟值转化成坐标值，有部分学

生感到困难，教学中可以采用教师讲解的方式突破难点，步步引导，层层递进地推导，让学生清楚每

一步计算之间的关系，学会举一反三，灵活应变。

第4课时教学设计（其他课时同）

课题小猫抓鱼

新授课章/单元复习课□专题复习课□

课型

习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□

16.教学内容分析

本课介绍如何在Scratch中使用摇杆传感器来控制角色移动，教材的主要内容包括摇杆传感器的连接方

法及其工作原理。

17.学习者分析

学生有一定的Scratch编程基础，并通过前几课的学习对传感器形成了一定的认识和了解，能通过设置

条件判断语句控制、执行命令。学生可通过知识的迁移，理解和掌握本课的新知。

18.学习目标确定

1.认识摇杆传感器。

2.了解摇杆的工作原理。

3.学习使用摇杆的使用方法。

4.利用传感器来控制角色的移动。

5.通过摇杆培养学生实事求是的科学态度和严谨的思维推理能力。

6.利用Scratch传感器解决生活和学习中实际问题。

19.学习重点难点

重点：利用摇杆传感器来实现控制角色移动。

难点：理解坐标与摇杆获取数值的关系。

20.学习评价设计

在作品展示环节，学生分别进行自评、互评等环节。

6.学习活动设计

教师活动学生活动

环节一：导入

教师活动1学生活动1

利用多媒体出示使用键盘打地鼠的游戏，让学生感受摇杆传感器的魅力激发学生学习的兴趣。

同学们尝试着玩一玩。请学生谈谈感受，并

发挥想象，如何改进，让我们的游戏更便于

操作？

今天我们来学习新课《小猫抓鱼》，实现如

何用摇杆传感器来制作角色移动。

活动意图说明：从游戏导入来激发学生的学习兴趣

环节二：新授

1.认识摇杆传感器。教师给每组同学下发

摇杆传感器实物。并请学生观察后说一说摇

杆传感器的结构特点。引导学生发现：摇杆

是由两个电位器加一个开关按钮组成。教师

讲解：拨动电位器，使阻值发生变化，从而

改变输出电压。拨动电位器在不同的位置，

获取的阻值也不一样。

2.生活中的摇杆传感器举例：飞行遥控器

上、游戏机等。

3.布置任务一：将摇杆传感器正确连接到

Arduino板上。学生参看教材图示进行操作，

如果操作当中有问题可以小组合作。教师巡

视，给予帮助和指导。

4.请学生到台前讲一讲连接方法，并说说

这样连接的理由。连接错误的同学及时修

改。

5.布置任务二：添加角色和背景。

教师只需要布置任务，学生完全有能力独立

完成，看教材自主探究操作即可。

6.布置任务三：设置小猫抓鱼的动作。

（1）复习坐标的意义及Scratch窗口的坐标

范围。

（2）设置通过摇杆获取X、Y坐标轴数据。

将X设定为模拟口A2，将Y设定为模拟口

A3。

（3）设置判断语句。

教师带领学生分析，并板书：

如果X>600时，小猫向右移动。

如果X<400时，小猫向左移动。

如果Y>600时，小猫向上移动。

如果Y<400时，小猫向下移动。

（4）学生根据分析流程，编写程序。

7.展示学生作品。

活动意图说明：结合青蛙过河，让学生更好的理解坐标。同时通过实际操作，学会获取数值

环节三：五、总结反馈

今天你学到了什么？

给你留下印象最深的是哪一部？

活动意图说明：巩固知识，承上启下

7.板书设计

11.作业与拓展学习设计

15.特色学习资源分析、技术手段应用说明（结合教学特色和实际撰写）

16.教学反思与改进

本节课采取任务驱动，让学生能在完成任务的同时全面认识遥杆传感器。

第5课时教学设计（其他课时同）

课题弹奏音乐

新授课章/单元复习课□专题复习课□

课型

习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□

21.教学内容分析

本课属于Scratch编程模块的范畴，教材介绍了超声波传感器的工作原理，以及与主控板的连接方法；

根据发出超声波与接收到超声波的距离差，计算出超声波传感器与物体之间的距离，根据测量出不同

的距离发出不同的声音。

22.学习者分析

在此之前学生对Scratch编程有一定的编程基础，认识了声音、光敏、滑杆、摇杆等传感器，已初步了

解传感器的作用及用法。在编程方面学生也均已尝试编写过顺序、选择、循环三种不同结构的写法，

对编写条件判断语句程序有相应的基础。

3.学习目标确定

1.认识超声波传感器。

2.了解超声波传感器的工作原理。

3.利用超声波来测量距离，并根据不同的距离发出不同的声音。

4.培养学生实事求是的科学态度和严谨的思维推导能力。

5.通过对超声波传感器的应用设想，拓展思维，培养创新能力。

23.学习重点难点

重点：正确连接超声波传感器，并正确运用其测距功能。

难点：根据超声波传感器测量的不同距离，让机器人执行不同的动作。

24.学习评价设计

在作品展示环节，学生分别进行自评、互评等环节。

6.学习活动设计

教师活动学生活动

环节一：导入

教师活动1学生活动1

播放歌曲《DoReMi》，让同学们一起来唱

一唱这首耳熟能详的童谣，在轻松、欢快的

环境中进入新课。

老师给同学们带来了一种新的传感器，也可

以实现机器人弹奏歌曲，请大家猜一猜这是

什么传感器？

教师总结：是利用超声波传感器来实现音调

的变化，今天就一起来学习《弹奏音乐》并

板书。

活动意图说明：通过