2019教科版 高中信息技术 选择性必修6 开源硬件项目设计《第2单元 实验模拟型项目设计》大单元整体教学设计2020课标

教科版高中信息技术选择性必修6开源硬件项目设计《第2单元实验模拟型项目设计》大单元整体教学设计[2020课标]一、内容分析与整合二、《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解三、学情分析四、大主题或大概念设计五、大单元目标叙写六、大单元教学重点七、大单元教学难点八、大单元整体教学思路九、学业评价十、大单元实施思路及教学结构图十一、大情境、大任务创设十二、单元学历案十三、学科实践与跨学科学习设计十四、大单元作业设计十五、“教-学-评”一致性课时设计十六、大单元教学反思一、内容分析与整合（一）教学内容分析本单元的教学内容围绕开源硬件项目设计展开，旨在通过一系列实验模拟型项目，引导学生掌握开源硬件的基础知识，培养其实践操作能力和创新思维。教学内容涵盖了LED灯的控制、蜂鸣器的声音控制、按钮开关的使用、声光检测、数码管显示、红外遥控、超声波测距、双电机控制以及循线等多个方面。每个项目都包含了项目规划、实现、测试与优化等环节，注重理论与实践相结合，通过项目式学习，帮助学生深入理解开源硬件的工作原理和应用方法。（二）单元内容分析本单元共包含九个项目，每个项目都侧重于某类传感器的使用，通过项目实践，使学生逐步掌握开源硬件的搭建和编程技能。具体项目分析如下：点亮LED：该项目通过连接LED和Arduino控制板，让学生了解数字输出与延时函数的功能，掌握编程控制LED亮灭的方法。控制蜂鸣器：通过编程控制蜂鸣器发出不同频率的声音，使学生了解模拟输出的概念，并体验声音频率的控制方法。按钮开关：利用按钮作为输入设备，控制蜂鸣器的声音播放，使学生掌握数字输入的含义与作用，并理解选择结构在程序控制中的应用。声光检测：结合声音传感器和光线传感器，设计实现根据环境声音和光线亮度控制LED亮灭的项目，培养学生的综合应用能力。数码管显示：通过编程控制数码管显示数字，使学生了解数码管的显像原理和使用方法，掌握while循环结构和子程序的定义与调用。红外遥控：利用红外遥控套件，设计实现遥控风扇挡位控制的项目，使学生了解红外通信的原理和应用。超声波测距：通过超声波传感器检测距离，设计实现自动变速风扇的项目，使学生掌握超声波测距的原理和映射函数的使用。双电机控制：利用双电机驱动小车，设计实现小车前进、后退、转弯等动作的项目，使学生了解双轮差速原理和控制双驱小车的方法。循线：通过循线传感器，设计实现小车循线行驶的项目，培养学生的实践操作能力和创新思维。（三）单元内容整合本单元的教学内容以开源硬件项目设计为主线，通过九个实验模拟型项目，逐步引导学生掌握开源硬件的基础知识、搭建技能和编程方法。在教学过程中，注重理论与实践相结合，通过项目式学习，培养学生的实践操作能力、创新思维和解决问题的能力。通过单元学习评价和单元学习总结，帮助学生巩固所学知识，提升信息技术学科核心素养。二、《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解（一）信息意识对信息的敏感度：学生能够通过观察和分析开源硬件项目中的信息输入和输出，提高对信息的敏感度，能够自觉、主动地关注项目中的关键信息。对信息价值的判断力：学生能够根据项目需求，判断不同传感器和硬件组件在信息获取与处理中的价值，选择合适的硬件和传感器实现项目功能。信息来源的可靠性分析：学生能够识别项目中所用硬件和传感器的品牌和型号，分析其性能参数和可靠性，确保项目信息的准确性和有效性。信息预期分析：学生能够根据项目规划和设计，对项目的实施效果进行预期分析，判断项目是否能够达到预期的功能和性能要求。（二）计算思维问题界定与抽象：学生能够将开源硬件项目中的问题进行界定和抽象，用形式化的方法表述问题，明确需要解决的关键问题。建立结构模型：学生能够根据问题需求，建立项目的结构模型，明确各硬件组件和传感器之间的连接关系和调用关系。数据组织与算法设计：学生能够合理组织项目中的数据，设计并实现相应的算法，解决项目中的实际问题。例如，在超声波测距项目中，学生能够设计算法实现距离测量和风速控制。迭代优化：学生能够根据项目测试结果，对项目进行迭代优化，改进算法和硬件连接，提高项目的性能和稳定性。迁移应用：学生能够将在开源硬件项目中学到的知识和技能迁移到其他相关问题的解决过程中，提升计算思维的应用能力。（三）数字化学习与创新数字化学习环境的适应：学生能够适应数字化学习环境，利用信息技术工具和资源开展自主学习和协作学习。数字化学习资源的采集与管理：学生能够根据项目需求，采集和管理相关的数字化学习资源，如开源硬件的驱动程序、开发文档、教程视频等。数字化学习工具的应用与创新：学生能够熟练运用Arduino编程环境、串口调试工具等数字化学习工具，进行项目设计、编程和调试。学生能够发挥创新思维，探索新的工具和方法，提高项目设计的效率和效果。知识分享与协作学习：学生能够利用网络平台分享项目设计经验和成果，与他人进行交流和协作学习，共同提高数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任信息安全意识：学生在项目设计和实施过程中，能够注重信息安全，保护个人隐私和知识产权，不侵犯他人的合法权益。信息法律法规的遵守：学生能够了解并遵守与信息技术相关的法律法规和伦理道德准则，在项目设计和实施中不违法违规。信息社会的贡献：学生能够利用所学知识和技能，设计并实现具有实际应用价值的开源硬件项目，为社会进步和发展做出贡献。4.理性判断和负责行动：学生在面对信息技术创新所产生的新观念和新事物时，能够保持理性判断，采取负责的行动，积极应对信息技术发展带来的挑战和机遇。三、学情分析（一）已知内容分析高一年级的学生在信息技术课程学习方面已经具备了一定的基础。他们完成了必修课程《数据与计算》和《信息系统与社会》的学习，掌握了基本的程序设计语言（如Python或Arduino）和数据处理技能，对信息系统、数据结构、网络基础等概念有了初步了解。学生在物理课程中学习了基本的电路原理和电流、电压等概念，为理解开源硬件的电路搭建奠定了基础。在日常生活和学习中，学生们已经接触过各种智能设备和应用，如智能手机、智能音箱等，对智能设备的操作和原理有一定的感性认识。他们对利用技术解决问题和创新设计有一定的兴趣，渴望通过动手实践来深化对信息技术的理解和应用。（二）新知内容分析本单元《开源硬件项目设计》的教学内容围绕开源硬件的项目设计与开发展开，旨在通过一系列实验模拟型项目，使学生掌握开源硬件的基础知识和应用技能。具体内容包括：点亮LED：学习LED的基本特性和电路连接方法，理解数字输出控制LED亮灭的原理。控制蜂鸣器：掌握蜂鸣器的基本工作原理，学习使用模拟输出控制蜂鸣器发出不同频率的声音。按钮开关：理解数字输入的概念，学习使用按钮开关控制程序的执行流程。声光检测：学习使用光线传感器和声音传感器进行环境检测，掌握模拟输入的处理方法。数码管显示：了解数码管的显像原理，学习使用数码管显示数字信息。红外遥控：掌握红外遥控的工作原理，学习使用红外遥控套件实现远程控制。超声波测距：了解超声波测距的原理，学习使用超声波传感器实现距离测量。双电机控制：学习使用双电机驱动装置控制机器人的运动。循线：学习使用循线传感器实现机器人的自动循线功能。这些内容不仅涉及开源硬件的基础知识和应用技能，还涵盖了数字输入/输出、模拟输入、循环结构、选择结构等程序设计的基本概念，以及项目设计、硬件搭建、程序编写、测试优化等综合能力。（三）学生学习能力分析高一年级的学生在信息技术方面已经具备了一定的学习能力，具体表现在以下几个方面：逻辑思维能力：学生能够理解基本的程序设计逻辑，如顺序结构、选择结构和循环结构，能够运用这些结构解决简单的问题。动手实践能力：学生喜欢动手实践，对搭建电路、编写程序等活动有较高的兴趣，愿意通过实践来深化对理论知识的理解。自主学习能力：学生已经具备了一定的自主学习能力，能够通过查阅资料、观看教学视频等方式自主学习新知识。团队合作能力：学生在小组合作中能够积极参与讨论，共同解决问题，具备一定的团队合作精神。学生在信息技术学习方面也存在一些不足，如：理论知识掌握不牢固：部分学生对程序设计的基本概念理解不够深入，容易混淆不同的结构和语法。动手实践能力有待提升：虽然学生对动手实践有较高的兴趣，但在实际操作中容易出现错误，如电路连接不正确、程序编写有误等。创新能力不足：学生在项目设计和创意方面缺乏足够的经验，难以提出具有创新性的设计方案。（四）学习障碍突破策略针对学生在学习过程中可能遇到的学习障碍，我们采取以下策略进行突破：加强理论知识教学在教学过程中，注重讲解程序设计的基本概念、语法和逻辑结构，通过实例演示和练习巩固学生的理论知识。引导学生理解开源硬件的工作原理和电路连接方法，通过动手操作加深对理论知识的理解。提升动手实践能力提供充足的实验材料和设备，让学生有机会进行多次实验和实践操作。在实验过程中，教师及时给予指导和帮助，纠正学生的错误操作，引导学生找到正确的解决方案。鼓励学生进行小组合作，通过互帮互助提升动手实践能力。培养创新能力和项目设计能力在教学过程中，注重培养学生的创新意识和创新能力，鼓励学生提出具有创新性的设计方案。提供一些具有挑战性的项目任务，让学生在解决问题的过程中锻炼项目设计能力。组织学生进行项目展示和交流，分享彼此的设计经验和创意，相互启发和借鉴。采用多样化的教学方法结合项目学习、任务驱动、案例分析等多种教学方法，激发学生的学习兴趣和积极性。利用多媒体教学资源，如教学视频、PPT等，帮助学生更好地理解和掌握新知识。开展课外拓展活动，如科技竞赛、创新设计等，为学生提供更多的实践机会和创新空间。注重评价和反馈建立完善的评价体系，包括过程性评价和结果性评价，及时了解学生的学习情况和进步程度。针对学生的学习情况给予及时的反馈和指导，帮助学生发现自身存在的问题并加以改进。鼓励学生进行自我评价和相互评价，培养学生的自我评价能力和批判性思维能力。通过加强理论知识教学、提升动手实践能力、培养创新能力和项目设计能力、采用多样化的教学方法以及注重评价和反馈等策略，我们可以有效地突破学生在学习过程中可能遇到的学习障碍，促进学生在信息技术方面的全面发展。四、大主题或大概念设计本单元的大主题或大概念设计为“基于开源硬件的创新设计与实现”。通过围绕开源硬件的项目设计与实现，引导学生深入理解信息技术在现实生活中的应用，体验从设计到实现的完整过程，培养学生的创新思维、实践能力和跨学科整合能力。本单元内容涵盖了从基础的LED控制、蜂鸣器控制，到复杂的数码管显示、红外遥控、超声波测距以及双电机控制等多个项目，旨在帮助学生建立基于开源硬件的项目设计思维，掌握项目设计的基本流程和方法，提升学生的信息素养和综合能力。五、大单元目标叙写（一）信息意识能够敏锐感知信息技术在日常生活中的应用价值，识别开源硬件项目设计的潜在需求和机会。具备对信息价值的判断力，能够评估不同项目设计的可行性和实用性，选择最具价值的项目进行设计和实现。在合作解决问题的过程中，愿意与团队成员共享信息，通过信息共享促进团队协作，共同完成项目设计任务。（二）计算思维能够采用计算机科学领域的思想方法界定问题，抽象出项目设计的关键特征和需求。建立结构模型，合理组织数据，设计项目实现方案，包括硬件选型、软件编程等。通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案，优化项目设计。（三）数字化学习与创新在数字化学习环境中，能够评估多样化的数字化资源与工具对特定项目设计的价值，选择合适的开源硬件和软件工具进行项目实现。利用数字化工具（如编程软件、开源硬件平台等）进行项目设计和实现，创造性地解决问题，形成具有创新性的项目作品。适应真实和虚拟混合环境中的学习，通过在线资源和开源社区的支持，不断迭代优化项目设计，提升创新能力。（四）信息社会责任具有一定的信息安全意识与能力，在项目设计和实现过程中，注意保护个人信息和知识产权。遵守信息法律法规，确保项目设计符合相关法律法规和伦理道德准则。积极关注信息技术发展对社会的影响，思考项目设计可能带来的社会价值和潜在问题，提出负责任的解决方案。六、大单元教学重点开源硬件项目设计的基本流程和方法：包括项目规划、硬件选型、软件编程、测试与优化等环节。通过案例分析和实践操作，让学生掌握项目设计的全过程。计算思维在项目设计中的应用：引导学生运用抽象、建模、算法设计等计算思维方法，解决项目设计中的实际问题。数字化工具在项目实现中的使用：教授学生如何选择合适的数字化工具（如编程软件、开源硬件平台等）进行项目实现，提高项目开发的效率和质量。跨学科整合能力的培养：鼓励学生将信息技术与其他学科知识相结合，进行跨学科的项目设计，提升综合应用能力和创新能力。七、大单元教学难点如何将抽象的计算思维方法应用于具体的项目设计中：学生可能难以将计算思维中的抽象概念（如形式化、模型化等）与具体的项目设计任务相结合。教师需要通过案例分析、实践操作等方式，帮助学生逐步理解和掌握计算思维在项目设计中的应用。项目设计的创新性和实用性平衡：学生在项目设计过程中，往往难以兼顾创新性和实用性。教师需要引导学生从实际需求出发，结合技术可行性，进行项目设计的创新探索，同时注重项目的实用价值和社会意义。跨学科知识的整合与应用：跨学科项目设计需要学生具备广泛的知识储备和跨学科整合能力。学生的知识背景和能力水平存在差异，如何有效整合跨学科知识，成为项目设计的难点。教师可以通过小组合作、专家讲座等方式，拓宽学生的知识视野，提升跨学科整合能力。项目测试与优化的复杂性：项目测试与优化是项目设计中的关键环节，涉及硬件调试、软件编程、系统集成等多个方面。学生可能难以全面考虑和解决测试过程中出现的问题。教师需要提供详细的测试方法和优化策略，指导学生进行有效的项目测试和优化。本单元的教学设计旨在通过基于开源硬件的项目设计与实现，培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任。在教学过程中，需要重点关注开源硬件项目设计的基本流程和方法、计算思维在项目设计中的应用、数字化工具在项目实现中的使用以及跨学科整合能力的培养。需要克服项目设计的创新性和实用性平衡、跨学科知识的整合与应用、项目测试与优化的复杂性等教学难点，确保学生能够有效掌握项目设计的方法和技能，提升信息素养和综合能力。八、大单元整体教学思路本单元的教学内容围绕“开源硬件项目设计”展开，旨在通过一系列实验模拟型项目，使学生掌握开源硬件的基本使用方法，培养创新能力和实践操作能力。根据《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本单元的教学目标设定将从信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面进行阐述。（一）信息意识培养学生对信息技术发展的敏感度和适应性通过学习开源硬件项目设计，学生能够敏锐地感知到信息技术在日常生活中的广泛应用，认识到信息技术对社会发展和个人成长的重要价值。在项目实践中，学生能够主动寻求并获取与项目相关的技术信息和资源，学会利用信息技术解决实际问题。增强学生对信息价值的判断力在项目设计过程中，学生需要对收集到的信息进行筛选和评估，判断哪些信息对项目有帮助，哪些信息可能是冗余或无效的。通过分析项目需求，学生能够明确信息的优先级和重要性，合理选择和利用信息资源，提高信息利用效率。培养学生的信息安全意识在项目实践中，学生需要了解信息安全的基本概念和重要性，学会采取适当的安全措施保护项目数据和信息安全。通过模拟信息泄露等情境，学生能够增强信息安全意识，学会识别和防范信息安全风险。（二）计算思维培养学生运用计算机科学领域的思想方法解决问题的能力在项目设计过程中，学生需要运用抽象、建模、算法设计等计算机科学领域的思想方法，将实际问题转化为计算机可以处理的形式。通过编写程序控制开源硬件的行为，学生能够体验到计算思维在解决问题过程中的重要作用，学会用计算思维的方式思考和解决问题。发展学生的形式化思维和自动化思维在项目实践中，学生需要将实际问题进行形式化描述，用精确的语言和符号表达问题的本质和约束条件。通过编写程序实现自动化控制，学生能够体验到自动化思维在提高效率和减少错误方面的优势，学会用自动化思维的方式优化项目设计。提高学生的逻辑思维和系统思维能力在项目设计过程中，学生需要对项目需求进行细致的分析和分解，明确各个模块的功能和相互之间的关系。通过系统设计和集成测试，学生能够提高逻辑思维和系统思维能力，学会从整体和局部两个角度思考问题，确保项目设计的合理性和有效性。（三）数字化学习与创新适应数字化学习环境通过使用开源硬件和编程工具进行项目设计，学生能够适应数字化学习环境，学会利用数字化工具和资源进行学习和创作。在项目实践中，学生能够体验到数字化学习的便利和高效，提高数字化学习的意识和能力。掌握数字化学习系统的操作技能学生需要掌握开源硬件的连接、配置和编程技能，学会使用编程工具和开发环境进行项目设计和开发。通过不断练习和实践，学生能够熟练掌握数字化学习系统的操作技能，提高项目设计和开发的效率和质量。培养创新意识和创新能力在项目设计过程中，鼓励学生发挥想象力和创造力，提出新颖的项目创意和解决方案。通过项目实施和展示交流，学生能够体验到创新的乐趣和成就感，激发创新意识和创新能力，为未来的学习和工作打下坚实的基础。（四）信息社会责任遵守信息法律法规和伦理道德规范在项目实践中，学生需要了解信息法律法规和伦理道德规范的基本内容，学会遵守相关法律法规和道德规范。通过案例分析和讨论交流，学生能够增强法律意识和道德观念，学会在信息技术应用中自觉维护社会公共利益和他人合法权益。关注信息技术发展带来的社会影响学生需要关注信息技术发展带来的社会影响，了解信息技术在促进社会进步和发展中的重要作用。通过项目实践和展示交流，学生能够深刻认识到信息技术对个人成长和社会发展的重要意义，增强对信息技术发展的认同感和责任感。积极参与信息社会的建设和发展鼓励学生将所学知识和技能应用于实际生活中，积极参与信息社会的建设和发展。通过参与社区服务、科技创新竞赛等活动，学生能够锻炼实践能力和团队合作精神，为信息社会的发展贡献自己的力量。具体教学实施步骤项目导入与情境设置通过介绍开源硬件项目设计的背景和意义，激发学生的学习兴趣和动力。设置具体的项目情境和任务要求，引导学生明确项目目标和需求。知识讲解与技能演示对开源硬件的基本组成和工作原理进行讲解，使学生了解硬件的基本功能和特点。通过演示和示例代码，展示如何编写程序控制开源硬件的行为，使学生掌握编程的基本方法和技巧。项目设计与实施学生根据项目需求和自身兴趣，设计具体的项目方案和实施步骤。在教师的指导下，学生分组进行项目实施，包括硬件连接、程序编写、调试测试等环节。展示交流与评价反馈学生完成项目后，进行成果展示和交流分享，介绍项目的设计思路、实施过程和遇到的问题及解决方法。教师和同学对项目进行评价和反馈，指出优点和不足之处，提出改进意见和建议。总结反思与拓展延伸引导学生对项目实施过程进行总结和反思，提炼经验和教训，为后续项目设计提供参考。拓展延伸相关知识和技能的学习，鼓励学生继续探索和创新，不断提升自己的信息技术素养和实践能力。通过以上教学实施步骤，本单元将围绕信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面的教学目标，通过一系列实验模拟型项目的设计和实施，全面提高学生的信息技术素养和实践能力，为未来的学习和工作打下坚实的基础。九、学业评价在《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，针对高中信息技术选择性必修6《开源硬件项目设计》第2单元《实验模拟型项目设计》的教学内容，本学业评价旨在全面评估学生在学习过程中达成的信息素养水平，特别是信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任等学科核心素养。以下将从教学目标、学习目标和评价目标三个方面进行详细设定。（一）教学目标通过本单元的学习，学生应达成以下教学目标：信息意识：学生能够自觉、主动地识别并获取与开源硬件项目设计相关的信息，包括硬件规格、编程知识、传感器应用等。学生能够敏锐感知项目设计过程中的信息变化，如硬件连接状态、程序运行效果等，并作出合理判断。学生能够在团队合作中共享项目信息，促进信息价值的最大化。计算思维：学生能够采用计算机科学领域的思想方法，对开源硬件项目设计中的问题进行抽象、建模，并设计合理的解决方案。学生能够运用合理的算法和编程技术，实现开源硬件项目的各项功能，如LED控制、蜂鸣器发声、传感器检测等。学生能够总结项目设计过程中的经验教训，将计算思维迁移到其他相关问题的解决中。数字化学习与创新：学生能够适应数字化学习环境，利用数字化工具和资源（如Arduino编程环境、开源硬件库等）开展项目设计。学生能够创造性地解决问题，如在项目设计中融入个人创意，优化项目方案，提升项目效果。学生能够在项目设计过程中形成创新作品，并尝试将作品应用于实际生活中，体现数字化学习的价值。信息社会责任：学生应具备一定的信息安全意识，能够在项目设计过程中保护个人信息和知识产权。学生应遵守信息法律法规和伦理道德规范，在项目设计和应用中尊重他人的合法权益和公共信息安全。学生应关注信息技术发展对环境和人文的影响，形成负责任的信息技术应用态度。（二）学习目标针对本单元的教学内容，学生应达成以下具体学习目标：信息意识：学会利用网络资源搜索开源硬件项目设计的相关资料和信息。能够根据项目需求，主动收集并整理硬件规格书、编程手册等参考资料。在项目设计过程中，能够及时发现并处理信息不一致或缺失的问题。计算思维：掌握Arduino编程环境的基本操作，能够编写简单的程序控制LED的亮灭。学会利用循环结构、选择结构等编程技巧，实现蜂鸣器的声音频率控制和LED的亮度调节。能够设计并实现基于按钮开关的交互功能，如门铃系统的制作。数字化学习与创新：能够利用数码管显示数字信息，结合振动传感器等元件实现电子色子项目。学会使用红外遥控套件实现远程控制功能，如遥控风扇的制作。能够在项目设计过程中融入个人创意，制作具有实用价值的智能装置，如倒车雷达、智能楼道灯等。信息社会责任：在项目设计过程中，注重保护个人信息和知识产权，不随意复制或传播他人的作品。遵守信息法律法规和伦理道德规范，在项目展示和交流中尊重他人的意见和成果。关注项目设计对环境和人文的影响，采取合理措施减少负面影响，如使用环保材料、降低能耗等。（三）评价目标为了全面评估学生在学习过程中达成的学科核心素养水平，本单元将采用以下评价目标：信息意识：评价指标：信息获取能力、信息敏感度、信息共享意愿。评价方法：通过观察学生在项目设计过程中搜索和整理资料的行为，评估其信息获取能力；通过项目展示和交流环节，评估学生对项目相关信息的敏感度和共享意愿。计算思维：评价指标：问题抽象能力、算法设计能力、编程实现能力。评价方法：通过审查学生的项目设计方案和程序代码，评估其对问题的抽象能力和算法设计能力；通过实际运行项目，评估其编程实现能力和问题解决效果。数字化学习与创新：评价指标：数字化工具应用能力、创新能力、作品实用性。评价方法：通过观察学生在项目设计过程中使用数字化工具的行为，评估其数字化工具应用能力；通过项目展示和交流环节，评估学生的创新能力和作品的实用性。信息社会责任：评价指标：信息安全意识、法律法规遵守情况、人文关怀意识。评价方法：通过审查学生的项目设计方案和程序代码，评估其信息安全意识和法律法规遵守情况；通过项目展示和交流环节，评估学生的人文关怀意识和对他人的尊重程度。评价实施在评价实施过程中，将采用多种评价方式相结合的方法，包括观察记录、作品评价、交流评价等。具体评价活动设计如下：观察记录：在项目设计过程中，教师将定期观察并记录学生的行为表现，如信息搜索和整理、硬件连接和调试、程序代码编写等。通过观察记录，评估学生的信息意识、计算思维和数字化学习与创新能力。作品评价：在项目完成后，学生将提交项目作品和相关文档（如项目设计方案、程序代码、测试报告等）。教师将根据学生的作品质量、创新性和实用性进行评价，评估学生的计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任等学科核心素养。交流评价：在项目展示和交流环节，学生将展示自己的项目作品并分享设计思路和经验。教师和同学将根据项目的创新性、实用性以及学生的表达能力进行评价，评估学生的数字化学习与创新和信息社会责任等学科核心素养。自我反思：鼓励学生撰写项目学习心得和自我反思报告，回顾项目设计过程中的得失和收获。通过自我反思，学生能够更深入地理解项目设计的意义和价值，进一步提升自己的信息素养水平。通过以上评价目标和评价活动的实施，本单元将全面评估学生在学习过程中达成的信息素养水平，特别是信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任等学科核心素养。这将有助于教师及时了解学生的学习情况，调整教学策略，促进学生的全面发展。也将为学生的学习成果提供有力的证明，为其未来的学习和职业发展奠定坚实的基础。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路本单元以开源硬件项目设计为主题，通过一系列实验模拟型项目，引导学生掌握开源硬件的基础知识和应用技能。通过搭建硬件、编写程序、测试优化等环节，培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。具体实施思路如下：项目导入与情境创设：通过生活中的实际案例，如交通信号灯、智能门铃、智能楼道灯等，创设学习情境，激发学生的学习兴趣和探究欲望。知识讲解与技能训练：围绕每个项目，讲解相关的开源硬件知识，如LED、蜂鸣器、按钮开关、光线传感器、声音传感器、数码管、红外遥控、超声波传感器、双电机控制、循线传感器等的工作原理和使用方法。通过动手实践，训练学生的硬件搭建和编程技能。项目实践与问题解决：引导学生分组进行项目实践，从项目规划、硬件搭建、程序编写到测试优化，全程参与项目实现过程。鼓励学生在实践中发现问题、解决问题，培养自主学习和协作学习的能力。成果展示与评价反馈：组织学生进行项目成果展示，通过互评、自评和教师评价，对学生的作品给予肯定和建议。根据反馈结果，引导学生对项目进行优化和改进。总结反思与拓展延伸：单元结束后，组织学生进行总结反思，回顾学习过程中的收获和不足。结合当前科技发展趋势，拓展延伸相关知识和技能，激发学生的创新思维和探索欲望。二、教学目标设定（一）信息意识培养学生对开源硬件及其应用的敏感度和兴趣，能够主动关注开源硬件领域的新技术、新产品。引导学生根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的开源硬件解决方案。（二）计算思维通过项目实践，训练学生采用计算机科学领域的思想方法界定问题、抽象特征、建立结构模型。引导学生合理组织数据，运用合理的算法形成解决问题的方案，并迁移到与之相关的其他问题解决中。（三）数字化学习与创新培养学生适应数字化学习环境的能力，养成数字化学习与创新的习惯。引导学生掌握数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造。（四）信息社会责任引导学生遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则，在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范。培养学生的信息安全意识与能力，能够有效维护信息活动中个人的合法权益和公共信息安全。三、教学结构图开源硬件项目设计|+++|||项目导入与情境创设知识讲解与技能训练项目实践与问题解决|||激发兴趣与探究欲望讲解开源硬件知识分组项目实践|||成果展示与评价反馈训练硬件搭建与编程发现问题与解决问题|||总结反思与拓展延伸技能互评、自评与教师评价|项目优化与改进四、具体教学实施步骤1.项目导入与情境创设（2课时）活动1：交通信号灯模拟（1课时）情境创设：展示交通信号灯的工作视频，引导学生思考如何利用开源硬件模拟交通信号灯。知识讲解：介绍LED的工作原理和使用方法，讲解Arduino编程环境的基本操作。动手实践：指导学生搭建LED交通信号灯模型，编写程序控制LED的亮灭规律。活动2：智能门铃设计（1课时）情境创设：讨论家庭门铃的功能和改进方向，引出智能门铃的设计需求。知识讲解：介绍按钮开关的工作原理和使用方法，讲解条件语句在编程中的应用。动手实践：指导学生搭建智能门铃模型，编写程序实现按钮控制蜂鸣器播放声音。2.知识讲解与技能训练（6课时）活动3：声光检测（2课时）知识讲解：介绍光线传感器和声音传感器的工作原理和使用方法，讲解模拟输入在编程中的应用。动手实践：指导学生搭建声光检测模型，编写程序实现光线和声音的检测与显示。活动4：数码管显示（2课时）知识讲解：介绍数码管的工作原理和使用方法，讲解循环结构和子程序在编程中的应用。动手实践：指导学生搭建数码管显示模型，编写程序实现数码管的随机数字显示。活动5：红外遥控风扇（2课时）知识讲解：介绍红外遥控原理和使用方法，讲解字符串处理和键值解码在编程中的应用。动手实践：指导学生搭建红外遥控风扇模型，编写程序实现红外遥控风扇的换挡功能。3.项目实践与问题解决（8课时）活动6：自动变速风扇（2课时）项目规划：引导学生讨论自动变速风扇的设计需求和实现方案。硬件搭建与编程：指导学生搭建自动变速风扇模型，编写程序实现超声波测距和风扇转速的自动调节。测试与优化：组织学生测试自动变速风扇的功能，根据测试结果进行优化和改进。活动7：防跌落智能小车（2课时）项目规划：引导学生讨论智能小车的防跌落功能需求和实现方案。硬件搭建与编程：指导学生搭建防跌落智能小车模型，编写程序实现防跌落传感器的检测和电机的控制。测试与优化：组织学生测试防跌落智能小车的功能，根据测试结果进行优化和改进。活动8：循线挑战赛（4课时）项目规划：介绍循线传感器的工作原理和使用方法，引导学生讨论循线挑战赛的规则和策略。硬件搭建与编程：指导学生搭建循线小车模型，编写程序实现循线传感器的检测和小车的循线行驶。测试与优化：组织学生参加循线挑战赛，根据比赛结果进行优化和改进。4.成果展示与评价反馈（2课时）活动9：项目成果展示与评价成果展示：组织学生展示各自的项目成果，包括硬件模型、程序代码和演示视频等。评价反馈：采用互评、自评和教师评价相结合的方式，对学生的作品给予肯定和建议。项目优化：引导学生根据反馈结果对项目进行优化和改进，提高项目的实用性和创新性。5.总结反思与拓展延伸（2课时）活动10：单元学习总结与反思学习总结：引导学生回顾本单元的学习过程，总结学习收获和不足之处。反思交流：组织学生分享学习心得和体会，交流学习过程中的困惑和解决方法。拓展延伸：结合当前科技发展趋势，介绍开源硬件在智能家居、机器人等领域的应用案例，激发学生的创新思维和探索欲望。通过以上教学实施步骤，学生将全面掌握开源硬件项目设计的基础知识和应用技能，同时培养信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。十一、大情境、大任务创设教学目标设定本单元的教学目标围绕开源硬件项目设计展开，旨在通过一系列实验模拟型项目，引导学生掌握开源硬件的基础知识和应用技能，同时培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。具体教学目标设定如下：（一）信息意识培养对开源硬件及其应用的敏感度和兴趣：通过了解开源硬件的基本概念和发展趋势，激发学生对开源硬件及其应用的兴趣，使其能够主动关注开源硬件领域的新技术和新产品。提高信息获取和筛选能力：在项目设计过程中，学生能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的开源硬件解决方案，并能够从多种信息源中筛选出有价值的信息。增强信息共享和合作意识：通过小组合作完成项目，学生能够愿意与团队成员共享信息，实现信息的更大价值，并在合作中提升问题解决的能力。（二）计算思维提升问题抽象和形式化能力：在信息活动中，学生能够采用计算机科学领域的思想方法界定问题，抽象出问题的关键特征，并用形式化的方法表述问题。培养数据组织和算法设计能力：通过项目实践，学生能够合理组织数据，运用合适的算法形成解决问题的方案，并能够将这种思维方法迁移到与之相关的其他问题解决中。增强系统分析和迭代优化能力：学生能够根据系统设计的普遍原则对基于开源硬件的项目进行较全面的评估，并采用恰当的方法对项目进行迭代优化。（三）数字化学习与创新适应数字化学习环境：学生能够认识数字化学习环境的优势和局限性，适应数字化学习环境，并养成数字化学习与创新的习惯。掌握数字化学习工具：在项目设计和实施过程中，学生能够熟练掌握数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能，利用这些工具开展自主学习和协同工作。促进知识分享与创新创造：通过项目成果的展示和交流，学生能够积极分享自己的学习经验和创新成果，并在交流中激发新的创意和灵感。（四）信息社会责任增强信息安全意识：在项目设计和实施过程中，学生能够认识到信息安全的重要性，采取有效的技术手段保护数据和信息的安全。遵守信息法律法规：学生能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则，在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范。维护信息环境健康：学生能够积极维护信息环境的健康和安全，对于不良信息行为能够自觉抵制，并采取适当的措施进行防范和应对。大情境、大任务创设大情境：智能家居的设计与实现随着物联网技术的快速发展，智能家居已经成为现代家庭的重要组成部分。通过智能家居系统，人们可以方便地控制家中的各种设备，提高生活的便利性和舒适度。本单元将以智能家居的设计与实现为大情境，通过一系列实验模拟型项目，引导学生掌握开源硬件的基础知识和应用技能，并培养其信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。大任务：设计并实现一个智能家居控制系统在大情境下，本单元的大任务是设计并实现一个智能家居控制系统。该系统能够实现对家中各种设备的智能控制，如灯光、窗帘、空调、电视等。学生需要以小组为单位，完成以下子任务：需求分析：分析智能家居控制系统的功能需求，确定需要控制的设备和控制方式。系统设计：根据需求分析的结果，设计智能家居控制系统的整体架构和各个模块的功能。硬件选型和搭建：选择合适的开源硬件和传感器，搭建智能家居控制系统的硬件平台。软件开发和调试：编写控制程序，实现智能家居控制系统的各项功能，并进行调试和优化。系统测试和评估：对智能家居控制系统进行测试，评估其性能和稳定性，并根据测试结果进行改进和优化。成果展示和交流：展示智能家居控制系统的设计成果，分享项目设计和实施过程中的经验和教训，与其他小组进行交流和学习。子任务详解1.需求分析教学目标：信息意识：培养对智能家居领域新技术的敏感度和兴趣，能够根据实际需求提出合理的功能需求。计算思维：提升问题抽象和形式化能力，能够明确需要解决的关键问题。活动内容：分析智能家居控制系统的应用场景和用户需求，确定需要控制的设备和控制方式。编写需求分析文档，明确项目的目标和要求。2.系统设计教学目标：计算思维：培养系统分析和设计能力，能够合理组织数据和设计算法。数字化学习与创新：适应数字化学习环境，掌握数字化学习工具的使用。活动内容：设计智能家居控制系统的整体架构，包括硬件平台和软件平台。确定各个模块的功能和接口，绘制系统框图和流程图。3.硬件选型和搭建教学目标：信息意识：了解开源硬件的基本概念和选型原则。数字化学习与创新：掌握开源硬件的搭建和调试技能。活动内容：根据系统设计的结果，选择合适的开源硬件和传感器。搭建智能家居控制系统的硬件平台，进行初步的调试和测试。4.软件开发和调试教学目标：计算思维：提升算法设计和编程实现能力。数字化学习与创新：利用数字化学习工具进行软件开发和调试。活动内容：编写控制程序，实现智能家居控制系统的各项功能。进行软件测试和调试，确保程序的正确性和稳定性。5.系统测试和评估教学目标：计算思维：增强系统分析和迭代优化能力。信息社会责任：遵守信息法律法规，确保系统的安全性和稳定性。活动内容：对智能家居控制系统进行全面的测试，评估其性能和稳定性。根据测试结果进行改进和优化，确保系统满足实际需求。6.成果展示和交流教学目标：信息意识：增强信息共享和合作意识。数字化学习与创新：促进知识分享和创新创造。信息社会责任：积极维护信息环境的健康和安全。活动内容：展示智能家居控制系统的设计成果，包括硬件平台、软件平台和系统演示。分享项目设计和实施过程中的经验和教训，与其他小组进行交流和学习。对项目进行自我评价和互评，提出改进意见和建议。通过以上大情境和大任务的创设，学生将能够在实践中掌握开源硬件的基础知识和应用技能，同时培养其信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：开源硬件项目设计课时设计：项目导入与情境创设（2课时）活动1：交通信号灯模拟（1课时）活动2：智能门铃设计（1课时）知识讲解与技能训练（6课时）活动3：声光检测（2课时）活动4：数码管显示（2课时）活动5：红外遥控风扇（2课时）项目实践与问题解决（8课时）活动6：自动变速风扇（2课时）活动7：防跌落智能小车（2课时）活动8：循线挑战赛（4课时）成果展示与评价反馈（2课时）活动9：项目成果展示与评价总结反思与拓展延伸（2课时）活动10：单元学习总结与反思（二）学习目标根据《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合本单元的教学内容，设定以下学习目标：（一）信息意识激发学生对开源硬件及其应用的敏感度和兴趣，能够主动关注开源硬件领域的新技术、新产品。引导学生根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的开源硬件解决方案。（二）计算思维通过项目实践，训练学生采用计算机科学领域的思想方法界定问题、抽象特征、建立结构模型。引导学生合理组织数据，运用合理的算法形成解决问题的方案，并迁移到与之相关的其他问题解决中。（三）数字化学习与创新培养学生在数字化环境中利用开源硬件进行创作和解决问题的能力。鼓励学生在项目实践中发挥创新思维，设计具有创意的作品。（四）信息社会责任培养学生的信息安全意识，确保在项目实施过程中遵守信息法律法规和伦理道德准则。引导学生认识到信息技术对社会和环境的影响，形成负责任的信息技术应用态度。（三）评价任务项目完成情况评价：通过观察学生在项目实践中的表现，评价其项目完成的质量和创意性。技能掌握情况评价：通过课堂测试和实操演练，评价学生对开源硬件基础知识和应用技能的掌握情况。信息意识与计算思维评价：通过项目规划和问题解决过程，评价学生的信息意识和计算思维能力。数字化学习与创新评价：通过学生的作品展示和创意表达，评价其在数字化环境中的学习和创新能力。信息社会责任评价：通过项目实施过程中的行为观察和作品审查，评价学生的信息安全意识和信息社会责任。（四）学习过程1.项目导入与情境创设（2课时）活动1：交通信号灯模拟（1课时）情境创设：展示交通信号灯的工作视频，引导学生思考如何利用开源硬件模拟交通信号灯。知识讲解：介绍LED的工作原理和使用方法，讲解Arduino编程环境的基本操作。动手实践：指导学生搭建LED交通信号灯模型，编写程序控制LED的亮灭规律。活动2：智能门铃设计（1课时）情境创设：讨论家庭门铃的功能和改进方向，引出智能门铃的设计需求。知识讲解：介绍按钮开关的工作原理和使用方法，讲解条件语句在编程中的应用。动手实践：指导学生搭建智能门铃模型，编写程序实现按钮控制蜂鸣器播放声音。2.知识讲解与技能训练（6课时）活动3：声光检测（2课时）知识讲解：介绍光线传感器和声音传感器的工作原理和使用方法，讲解模拟输入在编程中的应用。动手实践：指导学生搭建声光检测模型，编写程序实现光线和声音的检测与显示。活动4：数码管显示（2课时）知识讲解：介绍数码管的工作原理和使用方法，讲解循环结构和子程序在编程中的应用。动手实践：指导学生搭建数码管显示模型，编写程序实现数码管的随机数字显示。活动5：红外遥控风扇（2课时）知识讲解：介绍红外遥控原理和使用方法，讲解字符串处理和键值解码在编程中的应用。动手实践：指导学生搭建红外遥控风扇模型，编写程序实现红外遥控风扇的换挡功能。3.项目实践与问题解决（8课时）活动6：自动变速风扇（2课时）项目规划：引导学生讨论自动变速风扇的设计需求和实现方案。硬件搭建与编程：指导学生搭建自动变速风扇模型，编写程序实现超声波测距和风扇转速的自动调节。测试与优化：组织学生测试自动变速风扇的功能，根据测试结果进行优化和改进。活动7：防跌落智能小车（2课时）项目规划：引导学生讨论智能小车的防跌落功能需求和实现方案。硬件搭建与编程：指导学生搭建防跌落智能小车模型，编写程序实现防跌落传感器的检测和电机的控制。测试与优化：组织学生测试防跌落智能小车的功能，根据测试结果进行优化和改进。活动8：循线挑战赛（4课时）项目规划：介绍循线传感器的工作原理和使用方法，引导学生讨论循线挑战赛的规则和策略。硬件搭建与编程：指导学生搭建循线小车模型，编写程序实现循线传感器的检测和小车的循线行驶。测试与优化：组织学生参加循线挑战赛，根据比赛结果进行优化和改进。4.成果展示与评价反馈（2课时）活动9：项目成果展示与评价成果展示：组织学生展示各自的项目成果，包括硬件模型、程序代码和演示视频等。评价反馈：采用互评、自评和教师评价相结合的方式，对学生的作品给予肯定和建议。项目优化：引导学生根据反馈结果对项目进行优化和改进，提高项目的实用性和创新性。5.总结反思与拓展延伸（2课时）活动10：单元学习总结与反思学习总结：引导学生回顾本单元的学习过程，总结学习收获和不足之处。反思交流：组织学生分享学习心得和体会，交流学习过程中的困惑和解决方法。拓展延伸：介绍开源硬件在智能家居、机器人等领域的应用案例，激发学生的创新思维和探索欲望。（五）作业与检测课后作业：完成项目实践中的拓展练习任务，设计并制作具有创意的开源硬件作品。撰写项目实践报告，总结项目设计思路、实施过程和遇到的问题及解决方法。单元检测：通过课堂测试和实操演练，检测学生对开源硬件基础知识和应用技能的掌握情况。组织学生进行项目展示和互评，评价其项目完成的质量和创意性。（六）学后反思在本单元的学习过程中，学生通过一系列实验模拟型项目的设计与实施，不仅掌握了开源硬件的基础知识和应用技能，还培养了信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任。以下是学生可能的学后反思点：信息意识的提升：通过关注开源硬件领域的新技术、新产品，学生逐渐形成了对信息技术的敏感度和兴趣，能够主动寻求恰当的解决方案来解决问题。计算思维的训练：在项目实践中，学生学会了采用计算机科学领域的思想方法界定问题、抽象特征、建立结构模型，并运用合理的算法形成解决问题的方案。数字化学习与创新能力的增强：通过利用开源硬件进行创作和解决问题，学生培养了数字化环境中的学习和创新能力，能够设计出具有创意的作品。信息社会责任的形成：在项目实施过程中，学生注重信息安全，遵守信息法律法规和伦理道德准则，认识到信息技术对社会和环境的影响，形成了负责任的信息技术应用态度。团队合作与沟通能力的提升：在项目实践中，学生需要与小组成员合作完成任务，这锻炼了他们的团队合作和沟通能力，学会了如何在团队中发挥自己的优势并协同解决问题。通过本单元的学习，学生不仅掌握了开源硬件的相关知识和技能，还培养了多方面的能力和素养，为未来的学习和生活奠定了坚实的基础。教师也应根据学生的反馈和表现，不断调整和优化教学策略和方法，以提高教学效果和学生的学习体验。十三、学科实践与跨学科学习设计一、引言《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出，信息技术课程应注重学科实践，通过丰富多样的实践活动，培养学生的核心素养，包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。开源硬件项目设计作为选择性必修模块之一，旨在通过具体的项目实践，提升学生的信息技术应用能力，培养学生的创新思维和跨学科解决问题的能力。本单元《第2单元实验模拟型项目设计》以开源硬件为基础，围绕输入/输出设备展开，通过一系列实验模拟型项目，引导学生掌握开源硬件的基础知识和应用技能。在此基础上，本设计将结合学科实践与跨学科学习，进一步拓展学生的学习视野，提升其综合素养。二、教学目标设定（一）信息意识引导学生关注开源硬件及其应用领域的新技术、新产品，培养对开源硬件的敏感度和兴趣。培养学生的信息获取与处理能力，使其能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的开源硬件解决方案。（二）计算思维通过项目实践，训练学生采用计算机科学领域的思想方法界定问题、抽象特征、建立结构模型。引导学生合理组织数据，运用合理的算法形成解决问题的方案，并迁移到与之相关的其他问题解决中。（三）数字化学习与创新培养学生适应数字化学习环境的能力，养成数字化学习与创新的习惯。引导学生掌握数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造。（四）信息社会责任培养学生的信息安全意识与能力，使其能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则。引导学生关注信息技术应用中的环境问题与人文问题，培养其在信息技术创新中的积极学习态度、理性判断和负责行动的能力。三、学习目标设定2.1点亮LED信息意识：了解LED在日常生活中的应用，关注LED技术的发展动态。计算思维：通过编程控制LED的亮灭，理解数字输出与延时函数的作用。数字化学习与创新：熟悉Arduino编程环境，掌握编程控制LED的基本方法。信息社会责任：在LED使用过程中，注意节能环保，避免资源浪费。2.2控制蜂鸣器信息意识：关注声音传感器在智能设备中的应用，了解其发展趋势。计算思维：通过编程控制蜂鸣器的声音频率和持续时间，理解模拟输出的概念。数字化学习与创新：掌握利用Arduino控制蜂鸣器的方法，实现声音渐变效果。信息社会责任：在蜂鸣器使用过程中，注意避免噪音污染，尊重他人的生活环境。2.3按钮开关信息意识：了解按钮开关在电子设备中的广泛应用，关注其技术革新。计算思维：通过编程实现按钮开关的控制逻辑，理解数字输入的含义与作用。数字化学习与创新：掌握利用按钮开关控制其他设备的方法，如控制蜂鸣器播放不同声音。信息社会责任：在按钮开关的设计和使用中，注重用户体验，避免误操作带来的不便。2.4声光检测信息意识：关注光线传感器和声音传感器在智能设备中的应用场景。计算思维：通过编程实现声光检测功能，理解模拟输入的处理方法。数字化学习与创新：掌握利用光线传感器和声音传感器实现智能控制的方法。信息社会责任：在声光检测系统的设计中，注重隐私保护，避免侵犯他人的合法权益。2.5数码管显示信息意识：了解数码管在数字显示领域的应用，关注其技术发展趋势。计算思维：通过编程控制数码管的显示内容，理解数字显示的实现原理。数字化学习与创新：掌握利用数码管显示数字或字符的方法，实现创意显示效果。信息社会责任：在数码管显示系统的设计中，注重信息传达的准确性和清晰性，避免误导用户。2.6红外遥控信息意识：关注红外遥控技术在家用电器中的应用，了解其工作原理。计算思维：通过编程实现红外遥控功能，理解红外信号的编码与解码过程。数字化学习与创新：掌握利用红外遥控套件控制其他设备的方法，实现遥控操作。信息社会责任：在红外遥控系统的设计中，注重用户体验和安全性，避免误操作带来的风险。2.7超声波测距信息意识：关注超声波传感器在测距领域的应用，了解其技术特点。计算思维：通过编程实现超声波测距功能，理解超声波测距的原理和方法。数字化学习与创新：掌握利用超声波传感器实现智能控制的方法，如自动变速风扇。信息社会责任：在超声波测距系统的设计中，注重测量的准确性和可靠性，避免误导用户或造成安全隐患。2.8双电机控制信息意识：了解双电机控制在机器人或智能设备中的应用场景。计算思维：通过编程实现双电机的协调控制，理解双轮差速原理。数字化学习与创新：掌握利用双电机控制实现复杂运动的方法，如智能小车的行驶和转向。信息社会责任：在双电机控制系统的设计中，注重系统的稳定性和安全性，避免出现故障或事故。2.9循线信息意识：关注循线传感器在自动导航领域的应用，了解其技术原理。计算思维：通过编程实现循线功能，理解循线传感器的工作原理和循线策略。数字化学习与创新：掌握利用循线传感器实现自动导航的方法，如循线小车比赛。信息社会责任：在循线导航系统的设计中，注重系统的准确性和可靠性，避免偏离路线或造成安全隐患。四、作业目标设定（一）信息意识完成每个项目后，要求学生上网查找相关的开源硬件应用案例，了解其在日常生活中的应用场景和技术特点。鼓励学生关注开源硬件领域的新技术、新产品，撰写一篇关于开源硬件发展趋势的小论文。（二）计算思维针对每个项目，要求学生设计并实现一个改进方案，通过编程实现更复杂的控制逻辑或功能。引导学生分析项目中的计算问题，如数据处理、算法设计等，并撰写计算思维分析报告。（三）数字化学习与创新要求学生利用数字化学习资源和工具，如在线教程、编程软件等，自主完成项目中的学习任务。鼓励学生结合所学知识，设计并制作一个具有创意的开源硬件作品，如智能小车、智能家居控制系统等。（四）信息社会责任在项目设计和实现过程中，要求学生考虑信息安全和隐私保护问题，撰写一份信息安全分析报告。引导学生关注信息技术应用中的环境问题与人文问题，撰写一篇关于开源硬件与可持续发展的论文。五、学科实践与跨学科学习设计（一）学科实践项目实践：围绕每个项目主题，组织学生进行硬件搭建、程序编写、测试优化等实践活动，提升学生的动手能力和问题解决能力。创新设计：鼓励学生结合所学知识，设计并制作具有创意的开源硬件作品，培养学生的创新思维和实践能力。成果展示与评价：组织学生进行项目成果展示和评价活动，通过互评、自评和教师评价等方式，肯定学生的成绩并提出改进建议。（二）跨学科学习物理学科：在超声波测距项目中，结合物理学科中的声波传播原理、速度公式等知识，帮助学生理解超声波测距的原理和方法。数学学科：在数码管显示项目中，结合数学学科中的数字编码、进制转换等知识，帮助学生理解数码管的显示原理和实现方法。艺术学科：在LED创意显示项目中，结合艺术学科中的色彩搭配、造型设计等知识，引导学生设计出美观、富有创意的LED显示作品。通过以上学科实践与跨学科学习设计，旨在培养学生的综合素养和创新能力，使其在未来的学习和工作中能够更好地适应信息社会的发展需求。十四、大单元作业设计一、教学目标根据《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本单元的教学目标设定为以下几个方面：信息意识：培养学生对开源硬件及其应用的敏感度和兴趣，能够主动关注开源硬件领域的新技术、新产品。引导学生根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的开源硬件解决方案。计算思维：通过项目实践，训练学生采用计算机科学领域的思想方法界定问题、抽象特征、建立结构模型。引导学生合理组织数据，运用合理的算法形成解决问题的方案，并迁移到与之相关的其他问题解决中。数字化学习与创新：在利用数字化工具和资源的过程中，培养学生适应数字化学习环境的能力，通过项目设计、硬件搭建和编程实践，提升学生的创新能力和问题解决能力。信息社会责任：在使用开源硬件的过程中，培养学生的信息安全意识，使其能够遵守信息法律法规，具备良好的信息道德和伦理规范，在数字化学习和创新中承担相应的社会责任。二、作业目标设定根据教学目标，本单元的作业目标设定为以下几个方面：信息意识：学生能够通过查找资料，了解并关注开源硬件领域的最新技术和产品，能够主动搜集并分享与开源硬件相关的项目案例和应用场景。学生能够针对特定问题，主动思考并选择合适的开源硬件解决方案，形成初步的项目规划。计算思维：学生能够运用计算机科学领域的思想方法，对项目进行问题界定、特征抽象和结构建模，形成清晰的问题解决方案。学生能够合理组织项目数据，设计并优化算法，通过编程实现项目功能，并能够对解决方案进行迭代优化。数字化学习与创新：学生能够熟练运用数字化工具和资源，进行项目设计、硬件搭建和编程实践，提升数字化学习和创新的能力。学生能够通过团队合作，共同完成项目作品，并在作品中体现创新性和实用性。信息社会责任：学生能够在项目设计和实施过程中，遵守信息法律法规，具备良好的信息道德和伦理规范，保护个人隐私和信息安全。学生能够在团队合作中，积极沟通、协调分工，共同完成项目任务，体现良好的团队协作和社会责任感。三、作业设计1.作业一：项目规划与设计（2课时）作业内容：学生以小组为单位，选择一个与开源硬件相关的项目主题（如智能门铃、自动变速风扇、循线小车等），进行项目规划与设计。学生需要查找相关资料，了解项目背景、应用场景和技术实现方案，形成初步的项目规划书。项目规划书应包含项目目标、项目需求、技术选型、硬件清单、软件设计等内容。作业目标：培养学生的信息意识，使其能够主动关注并选择合适的开源硬件解决方案。提升学生的计算思维，使其能够运用计算机科学领域的思想方法进行问题界定和结构设计。评价标准：项目规划书内容完整、逻辑清晰，能够准确反映项目需求和技术实现方案。小组分工明确，成员积极参与，能够充分体现团队合作精神。2.作业二：硬件搭建与编程（8课时）作业内容：学生根据项目规划书，进行硬件搭建和编程实践。硬件搭建包括选择合适的开源硬件组件、连接电路、调试硬件等步骤。编程实践包括编写控制程序、调试程序、优化程序等步骤。学生需要记录硬件搭建和编程过程中的关键步骤和遇到的问题，形成项目日志。作业目标：提升学生的数字化学习与创新能力，使其能够熟练运用数字化工具和资源进行项目实践。培养学生的计算思维，使其能够合理组织数据、设计算法并通过编程实现项目功能。评价标准：硬件搭建和编程实践过程规范、记录详细，能够准确反映项目进展和问题解决过程。项目作品功能实现完整、运行稳定，能够充分体现创新性和实用性。3.作业三：项目测试与优化（2课时）作业内容：学生对项目作品进行测试，包括功能测试、性能测试、稳定性测试等。根据测试结果，学生对项目作品进行优化和改进，提升作品的质量和性能。学生需要撰写项目测试报告和优化方案，详细记录测试过程和优化结果。作业目标：培养学生的信息意识，使其能够关注项目作品的质量和性能。提升学生的计算思维，使其能够运用合理的方法对解决方案进行迭代优化。评价标准：项目测试报告内容完整、记录详细，能够准确反映测试过程和测试结果。优化方案合理有效，能够显著提升项目作品的质量和性能。4.作业四：项目展示与评价（2课时）作业内容：学生以小组为单位，进行项目展示，包括项目背景介绍、技术实现方案展示、作品演示等环节。其他小组和教师对展示项目进行评价，提出意见和建议。学生根据评价反馈，对项目作品进行进一步的优化和改进。作业目标：培养学生的数字化学习与创新能力，使其能够通过项目展示和交流提升作品的质量和影响力。提升学生的信息社会责任意识，使其能够在项目展示和评价中遵守信息法律法规和伦理道德规范。评价标准：项目展示内容完整、形式新颖，能够充分体现项目作品的特点和优势。学生能够积极听取评价反馈，对项目作品进行进一步的优化和改进。四、单元学习评价本单元的学习评价将贯穿整个教学过程，采用过程性评价与总结性评价相结合的方式。具体评价内容包括：项目规划与设计：评价学生的项目规划书内容完整性、逻辑清晰性和团队合作精神。硬件搭建与编程：评价学生的硬件搭建和编程实践过程规范性、记录详细性和项目作品质量。项目测试与优化：评价学生的项目测试报告内容完整性、记录详细性和优化方案有效性。项目展示与评价：评价学生的项目展示内容完整性、形式新颖性和评价反馈处理情况。通过全面的学习评价，旨在促进学生信息素养的全面提升，包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任等方面的发展。五、单元学习总结通过本单元的学习，学生将全面掌握开源硬件项目设计的基础知识和应用技能，同时培养信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。具体学习成果包括：信息意识：学生能够主动关注开源硬件领域的新技术、新产品，根据解决问题的需要自觉寻求恰当的开源硬件解决方案。计算思维：学生能够运用计算机科学领域的思想方法进行问题界定、特征抽象和结构建模，合理组织数据、设计算法并通过编程实现项目功能。数字化学习与创新：学生能够熟练运用数字化工具和资源进行项目设计、硬件搭建和编程实践，提升数字化学习和创新能力。信息社会责任：学生在项目设计和实施过程中能够遵守信息法律法规和伦理道德规范，保护个人隐私和信息安全，体现良好的社会责任感。本单元的学习将为学生未来的信息技术学习和创新奠定坚实的基础，同时也将为其个人成长和社会发展作出积极贡献。十五、“教-学-评”一致性课时设计教材版本：教课版高中信息技术选择性必修6单元主题：第2单元实验模拟型项目设计课时设计：第1课时：点亮LED教学目标：（一）信息意识：激发学生对开源硬件的兴趣，理解LED在信息技术项目中的应用价值。（二）计算思维：引导学生理解LED的基本工作原理，培养简单电路设计与搭建的能力。（三）数字化学习与创新：通过动手实践，提升学生的实践操作能力，激发创新思维。（四）信息社会责任：培养学生的安全意识，正确使用和保护电子元件。作业目标：完成LED电路的设计与搭建，实现LED的点亮与熄灭。思考LED在日常生活中的应用，并尝试设计一个简单的LED应用方案。课程目标设定：信息意识：学生能够关注LED技术的发展，理解其在信息技术项目中的重要作用。计算思维：学生能够根据LED的特性，设计并搭建简单的电路，实现特定功能。数字化学习与创新：通过动手实践，学生能够掌握LED的基本操作方法，提升实践操作能力和创新思维。信息社会责任：学生能够认识到在使用电子元件时需要注意的安全问题，并养成良好的使用习惯。第2课时：控制蜂鸣器教学目标：（一）信息意识：了解蜂鸣器的基本工作原理及其在信息技术项目中的应用。（二）计算思维：通过编程控制蜂鸣器发声，培养学生的编程思维和逻辑思维能力。（三）数字化学习与创新：引导学生将编程与硬件结合，实现蜂鸣器的声音控制，提升数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任：培养学生的环保意识，合理使用电子元件，减少噪音污染。作业目标：编写程序控制蜂鸣器发出不同频率的声音。思考蜂鸣器在报警系统中的应用，并尝试设计一个简单的报警方案。课程目标设定：信息意识：学生能够关注蜂鸣器技术的发展，理解其在信息技术项目中的重要作用。计算思维：学生能够根据蜂鸣器的特性，编写程序实现特定声音的控制。数字化学习与创新：通过编程与硬件的结合，学生能够掌握蜂鸣器的控制方法，提升数字化学习与创新能力。信息社会责任：学生能够认识到在使用电子元件时需要注意的环保问题，并养成良好的使用习惯。第3课时：按钮开关教学目标：（一）信息意识：了解按钮开关的基本工作原理及其在信息技术项目中的应用。（二）计算思维：通过编程实现按钮开关对硬件设备的控制，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。（三）数字化学习与创新：引导学生将按钮开关与编程结合，实现交互式控制，提升数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任：培养学生的安全意识，正确使用按钮开关，防止误操作导致的安全事故。作业目标：编写程序实现按钮开关对LED或蜂鸣器的控制。思考按钮开关在智能家居中的应用，并尝试设计一个简单的智能家居控制方案。课程目标设定：信息意识：学生能够关注按钮开关技术的发展，理解其在信息技术项目中的重要作用。计算思维：学生能够根据按钮开关的特性，编写程序实现硬件设备的控制。数字化学习与创新：通过按钮开关与编程的结合，学生能够掌握交互式控制的方法，提升数字化学习与创新能力。信息社会责任：学生能够认识到在使用按钮开关时需要注意的安全问题，并养成良好的使用习惯。第4-5课时：声光检测教学目标：（一）信息意识：了解光线传感器和声音传感器的基本工作原理及其在信息技术项目中的应用。（二）计算思维：通过编程实现光线和声音的检测与响应，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。（三）数字化学习与创新：引导学生将传感器与编程结合，实现复杂的交互功能，提升数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任：培养学生的环保意识，合理使用传感器，避免不必要的能源浪费。作业目标：编写程序实现光线和声音的检测与显示。思考传感器在环境监测中的应用，并尝试设计一个简单的环境监测方案。课程目标设定：信息意识：学生能够关注传感器技术的发展，理解其在信息技术项目中的重要作用。计算思维：学生能够根据传感器的特性，编写程序实现特定功能的检测与响应。数字化学习与创新：通过传感器与编程的结合，学生能够掌握复杂的交互功能实现方法，提升数字化学习与创新能力。信息社会责任：学生能够认识到在使用传感器时需要注意的环保问题，并养成良好的使用习惯。第6-7课时：数码管显示教学目标：（一）信息意识：了解数码管的基本工作原理及其在信息技术项目中的应用。（二）计算思维：通过编程实现数码管的数字显示，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。（三）数字化学习与创新：引导学生将数码管与编程结合，实现多样化的显示功能，提升数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任：培养学生的安全意识，正确使用数码管，防止误操作导致的设备损坏。作业目标：编写程序实现数码管的数字显示。思考数码管在电子时钟或计时器中的应用，并尝试设计一个简单的电子时钟或计时器方案。课程目标设定：信息意识：学生能够关注数码管技术的发展，理解其在信息技术项目中的重要作用。计算思维：学生能够根据数码管的特性，编写程序实现特定数字的显示。数字化学习与创新：通过数码管与编程的结合，学生能够掌握多样化的显示功能实现方法，提升数字化学习与创新能力。信息社会责任：学生能够认识到在使用数码管时需要注意的安全问题，并养成良好的使用习惯。第8-9课时：红外遥控教学目标：（一）信息意识：了解红外遥控的基本工作原理及其在信息技术项目中的应用。（二）计算思维：通过编程实现红外遥控的功能，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。（三）数字化学习与创新：引导学生将红外遥控与编程结合，实现远程控制功能，提升数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任：培养学生的安全意识，正确使用红外遥控设备，防止误操作导致的安全事故。作业目标：编写程序实现红外遥控风扇的换挡功能。思考红外遥控在智能家居中的应用，并尝试设计一个简单的智能家居控制方案。课程目标设定：信息意识：学生能够关注红外遥控技术的发展，理解其在信息技术项目中的重要作用。计算思维：学生能够根据红外遥控的特性，编写程序实现远程控制功能。数字化学习与创新：通过红外遥控与编程的结合，学生能够掌握远程控制功能的实现方法，提升数字化学习与创新能力。信息社会责任：学生能够认识到在使用红外遥控设备时需要注意的安全问题，并养成良好的使用习惯。第10-11课时：超声波测距教学目标：（一）信息意识：了解超声波传感器的基本工作原理及其在信息技术项目中的应用。（二）计算思维：通过编程实现超声波测距的功能，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。（三）数字化学习与创新：引导学生将超声波传感器与编程结合，实现自动变速功能，提升数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任：培养学生的安全意识，正确使用超声波传感器，防止误操作导致的设备损坏或安全事故。作业目标：编写程序实现超声波测距功能，并控制风扇的转速。思考超声波传感器在自动驾驶或智能避障中的应用，并尝试设计一个简单的应用方案。课程目标设定：信息意识：学生能够关注超声波传感器技术的发展，理解其在信息技术项目中的重要作用。计算思维：学生能够根据超声波传感器的特性，编写程序实现测距和自动控制功能。数字化学习与创新：通过超声波传感器与编程的结合，学生能够掌握自动变速功能的实现方法，提升数字化学习与创新能力。信息社会责任：学生能够认识到在使用超声波传感器时需要注意的安全问题，并养成良好的使用习惯。第12-13课时：双电机控制教学目标：（一）信息意识：了解双电机控制的基本原理及其在信息技术项目中的应用。（二）计算思维：通过编程实现双电机的协调控制，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。（三）数字化学习与创新：引导学生将双电机控制与编程结合，实现智能小车的运动控制，提升数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任：培养学生的安全意识，正确使用双电机控制设备，防止误操作导致的设备损坏或安全事故。作业目标：编写程序实现双电机的协调控制，制作防跌落智能小车。思考双电机控制在机器人或其他智能设备中的应用，并尝试设计一个简单的应用方案。课程目标设定：信息意识：学生能够关注双电机控制技术的发展，理解其在信息技术项目中的重要作用。计算思维：学生能够根据双电机控制的原理，编写程序实现智能小车的运动控制。数字化学习与创新：通过双电机控制与编程的结合，学生能够掌握智能小车运动控制的实现方法，提升数字化学习与创新能力。信息社会责任：学生能够认识到在使用双电机控制设备时需要注意的安全问题，并养成良好的使用习惯。第14-15课时：循线教学目标：（一）信息意识：了解循线传感器的基本工作原理及其在信息技术项目中的应用。（二）计算思维：通过编程实现循线功能，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。（三）数字化学习与创新：引导学生将循线传感器与编程结合，实现循线小车的自动控制，提升数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任：培养学生的安全意识，正确使用循线传感器，防止误操作导致的设备