第1课 走进Arduino的世界-高中信息技术Arduino开源硬件系列课程教学设计 (5份打包)

第1课走进Arduino的世界-高中信息技术Arduino开源硬件系列课程教学设计(5份打包)科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）第1课走进Arduino的世界-高中信息技术Arduino开源硬件系列课程教学设计(5份打包)课程基本信息1.课程名称：走进Arduino的世界

2.教学年级和班级：高中一年级信息技术课

3.授课时间：2023年9月15日

4.教学时数：2课时（90分钟）核心素养目标1.理解Arduino开源硬件的基本概念和功能，提升信息意识。

2.掌握Arduino编程的基本方法，培养计算思维和问题解决能力。

3.通过动手实践，增强创新实践能力，发展团队协作和沟通技巧。

4.培养对信息技术的兴趣，提高信息伦理素养，形成正确的信息价值观。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

-学生已经接触过基础的计算机编程概念，如变量、循环和条件语句。

-学生对电子元件有一定的了解，如电阻、电容和简单的电路连接。

-学生可能已经参与过一些简单的手工制作或模型制作活动。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

-学生对Arduino开源硬件及其在现实生活中的应用表现出浓厚的兴趣。

-学生具备一定的逻辑思维能力和动手操作能力，能够跟随指导完成基本任务。

-学生学习风格多样，有的偏好理论学习，有的喜欢实践操作，需要采用不同的教学方法以满足不同需求。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

-对Arduino编程语言的陌生可能导致学习初期遇到困难。

-在电路连接和编程调试过程中可能会遇到技术问题，需要耐心和指导。

-部分学生可能在团队协作中遇到沟通不畅或分工不明确的问题。教学方法与手段1.教学方法：

-采用讲授法介绍Arduino的基础知识和编程概念，确保学生理解理论知识。

-实验法让学生动手操作Arduino，通过实践加深对知识点的理解和应用。

-小组讨论法鼓励学生相互交流心得，共同解决问题，提升团队合作能力。

2.教学手段：

-利用多媒体设备展示Arduino项目案例，增强学生的学习兴趣。

-使用教学软件辅助编程教学，提供在线编程环境，方便学生实践。

-通过网络资源提供额外的学习资料，帮助学生自主学习。教学过程设计1.导入环节（5分钟）

-教师通过展示Arduino制作的创意项目视频，如智能小车、温度控制器等，吸引学生的注意力。

-提出问题：“你们知道这些有趣的项目是如何实现的吗？Arduino在其中扮演了什么角色？”

-学生自由讨论，教师引导学生思考Arduino的基本功能和应用场景。

2.讲授新课（20分钟）

-教师介绍Arduino的定义、特点、应用领域和基本组成部分。

-使用PPT展示Arduino的编程环境，解释编程语言的基础概念，如变量、控制结构等。

-通过实际操作演示如何连接Arduino板、传感器和执行器，并展示简单的程序是如何控制硬件的。

-用时5分钟，教师通过示例程序讲解编程逻辑和调试技巧。

3.巩固练习（10分钟）

-学生分组，每组分配一个简单的编程任务，如控制LED灯的闪烁。

-学生在教师的指导下，使用Arduino编程环境编写程序，并上传到Arduino板上进行测试。

-教师巡回指导，解答学生在编程和硬件连接中遇到的问题。

4.师生互动环节（10分钟）

-教师邀请几组学生分享他们的编程成果，并讨论在完成任务过程中遇到的问题和解决方法。

-教师提出问题：“如何通过修改代码来改变LED灯的闪烁频率？”引导学生思考编程的灵活性和创新性。

-学生通过修改代码并上传到Arduino板，观察和比较不同代码产生的效果。

5.课堂总结（5分钟）

-教师总结本节课的重点内容，强调Arduino编程的基本原则和技巧。

-教师鼓励学生在课后继续探索Arduino的更多功能，并尝试制作自己的项目。

-教师布置作业：设计一个简单的Arduino项目，下节课分享。

6.课堂提问和反馈（5分钟）

-教师通过提问检查学生对Arduino基础知识的掌握情况。

-学生提出在课堂学习中的疑问，教师现场解答。

-教师收集学生的反馈，了解教学效果，为下一节课的教学调整提供依据。

注意：以上教学过程设计中的用时为建议用时，具体用时可能根据学生的实际反应和理解程度进行调整。教学资源拓展1.拓展资源：

-Arduino编程进阶：介绍Arduino的高级编程技巧，如中断、串行通信、库的开发和使用。

-传感器应用：详细讲解不同类型传感器的原理和应用，如温度传感器、光线传感器、声音传感器等。

-执行器控制：探讨如何控制不同类型的执行器，包括电机、继电器、LED显示屏等。

-实际项目案例：分析一些实际使用Arduino的开源项目，如智能家居系统、3D打印机、机器人等。

-交叉学科应用：探讨Arduino在艺术、音乐、科学等领域的应用案例。

-安全和伦理：讨论在Arduino项目中可能遇到的安全问题，以及遵守信息伦理的重要性。

2.拓展建议：

-学生可以阅读Arduino官方文档，了解最新的Arduino产品和编程技术。

-鼓励学生参与在线Arduino社区，与其他Arduino爱好者交流心得，获取帮助。

-学生可以尝试阅读有关电子电路和编程的书籍，以加深对Arduino硬件和软件的理解。

-推荐学生观看Arduino教学视频，学习如何解决实际问题，并尝试自己动手制作项目。

-建议学生关注Arduino在教育领域的应用，了解如何将Arduino集成到其他学科教学中。

-学生可以参加Arduino相关的线下工作坊和研讨会，与专业人士面对面交流，提升实践能力。

-学生应当定期回顾和学习课堂内容，通过实际操作巩固理论知识。

-学生可以尝试将Arduino与其他技术结合，如物联网、数据分析等，探索更多可能的应用场景。

-学生应当培养良好的编程习惯，包括代码注释、模块化设计等，以提高代码的可读性和可维护性。

-学生应当意识到信息安全的重要性，在设计和实现项目时考虑数据保护和隐私保护。反思改进措施（一）教学特色创新

1.在本节课中，我尝试通过实际操作和项目驱动的教学方法，让学生能够立即将理论知识应用到实践中，提高了学习的趣味性和实用性。

2.我引入了跨学科的教学内容，如将Arduino与艺术创作结合，让学生意识到信息技术在其他领域的应用，拓宽了他们的视野。

（二）存在主要问题

1.在教学管理方面，我发现部分学生在小组合作中参与度不高，可能是因为分组不够合理或者任务分配不均。

2.在教学方法上，我注意到一些学生对于Arduino编程的理解仍然停留在表面，未能深入理解其背后的逻辑和原理。

3.在教学评价方面，我意识到评价标准可能过于单一，未能充分反映学生的全面发展。

（三）改进措施

1.针对小组合作中的问题，我将在未来的课程中更加细致地考虑分组策略，确保每个学生都能参与到项目中，并对每个成员的贡献进行评估和反馈。

2.为了深化学生对Arduino编程的理解，我计划增加一些理论讲解的深度，并通过更多的案例分析和编程练习来加强学生的逻辑思维能力。

3.在教学评价方面，我将引入多元化的评价方式，如学生的自我评价、同伴评价和过程性评价，以更全面地评估学生的学习成果。同时，我也会鼓励学生参与Arduino相关的竞赛和项目，以实践检验学习效果。通过这些措施，我希望能够不断提升教学质量，激发学生的学习热情，培养他们的创新能力和实践技能。课后作业1.编写一个Arduino程序，使用内置的LED灯（通常标记为LED_BUILTIN）制作一个交通信号灯模拟。要求信号灯按照红绿灯顺序依次点亮，每个灯亮的时间为2秒。

参考答案：

```cpp

voidsetup(){

pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);

}

voidloop(){

digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);//红灯亮

delay(2000);//等待2秒

digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);//红灯灭

delay(2000);//黄灯等待时间

digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);//绿灯亮

delay(2000);//等待2秒

digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);//绿灯灭

delay(2000);//红灯等待时间

}

```

2.利用Arduino和一个按钮，制作一个简单的门铃。当按钮被按下时，内置LED灯点亮，同时通过串口打印出“DingDong!”。

参考答案：

```cpp

constintbuttonPin=2;//按钮连接到数字引脚2

constintledPin=LED_BUILTIN;//内置LED

voidsetup(){

pinMode(ledPin,OUTPUT);

pinMode(buttonPin,INPUT_PULLUP);//启用内部上拉电阻

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

intbuttonState=digitalRead(buttonPin);

if(buttonState==LOW){//如果按钮被按下

digitalWrite(ledPin,HIGH);//点亮LED

Serial.println("DingDong!");//打印信息

delay(1000);//等待1秒，防止抖动

}else{

digitalWrite(ledPin,LOW);//熄灭LED

}

}

```

3.编写一个Arduino程序，使用一个光敏电阻和一个LED灯，当环境光线强度低于一定阈值时，LED灯自动点亮。

参考答案：

```cpp

constintsensorPin=A0;//光敏电阻连接到模拟引脚A0

constintledPin=LED_BUILTIN;//内置LED

constintthreshold=200;//光线强度阈值

voidsetup(){

pinMode(ledPin,OUTPUT);

pinMode(sensorPin,INPUT);

}

voidloop(){

intsensorValue=analogRead(sensorPin);

if(sensorValue<threshold){

digitalWrite(ledPin,HIGH);//点亮LED

}else{

digitalWrite(ledPin,LOW);//熄灭LED

}

}

```

4.设计一个Arduino程序，使用两个按钮控制一个LED灯的亮灭。一个按钮用于点亮LED，另一个按钮用于熄灭LED。

参考答案：

```cpp

constintbuttonOnPin=2;//点亮按钮连接到数字引脚2

constintbuttonOffPin=3;//熄灭按钮连接到数字引脚3

constintledPin=LED_BUILTIN;//内置LED

booleanledState=false;//LED状态

voidsetup(){

pinMode(ledPin,OUTPUT);

pinMode(buttonOnPin,INPUT_PULLUP);

pinMode(buttonOffPin,INPUT_PULLUP);

}

voidloop(){

if(digitalRead(buttonOnPin)==LOW){

ledState=true;//点亮LED

}elseif(digitalRead(buttonOffPin)==LOW){

ledState=false;//熄灭LED

}

digitalWrite(ledPin,ledState?HIGH:LOW);//根据状态设置LED

}

```

5.编写一个Arduino程序，使用一个旋转电位器控制一个LED灯的亮度。电位器的值映射到LED的PWM（脉冲宽度调制）值上，从而改变LED的亮度。

参考答案：

```cpp

constintpotPin=A0;//电位器连接到模拟引脚A0

constintledPin=LED_BUILTIN;//内置LED

voidsetup(){

pinMode(ledPin,OUTPUT);

pinMode(potPin,INPUT);

}

voidloop(){

intpotValue=analogRead(potPin);//读取电位器值（0-1023）

intpwmValue=map(potValue,0,1023,0,255);//映射到PWM值（0-255）

analogWrite(ledPin,pwmValue);//设置LED亮度

}

```教学评价与反馈1.课堂表现：

学生在课堂上的参与度较高，能够积极回答问题和参与讨论。尤其是在Arduino编程实