2023-2024学年天津市中小学生mixly创意编程 第4课 聪明的按键-教学设计

2023-2024学年天津市中小学生mixly创意编程第4课聪明的按键-教学设计学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容本课选自《mixly创意编程》第4课，主要内容包括：认识按键模块，学习如何使用按键模块编写程序控制LED灯的亮灭，了解按键输入的原理。通过本节课的学习，学生能够掌握基本的按键控制方法，为后续的编程学习打下基础。核心素养目标培养学生的问题解决能力、逻辑思维能力和创新实践能力。通过学习按键控制程序，学生能够理解编程逻辑，提升对编程的兴趣，同时锻炼动手操作和解决问题的能力，为培养学生的计算思维和信息技术素养奠定基础。教学难点与重点1.教学重点，

①理解按键模块的工作原理，掌握如何通过Mixly软件编写控制LED灯亮灭的程序；

②能够正确配置按键模块的输入端口，实现按键的读取和响应；

③熟悉编程过程中的调试方法，确保程序能够正常运行。

2.教学难点，

①按键去抖动处理，理解并实现按键稳定输入的逻辑；

②将按键输入与LED灯控制逻辑相结合，编写出能够根据按键状态改变LED灯状态的完整程序；

③在编程过程中培养学生的逻辑思维和问题解决能力，面对程序运行中出现的问题能够进行有效调试。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《mixly创意编程》教材，包含本节课所需的编程指南和练习题。

2.辅助材料：准备与按键模块相关的图片、图表，以及编程示例视频，帮助学生理解按键控制原理。

3.实验器材：准备Arduino开发板、LED灯、按键等实验器材，确保其完整性和安全性。

4.教室布置：设置分组讨论区，方便学生合作学习；在实验操作台布置好实验器材，便于学生进行编程实践。教学流程1.导入新课

详细内容：首先，通过提问学生生活中常见的按键应用，如电视遥控器、门禁系统等，引导学生思考按键在生活中的作用。接着，展示一个简单的按键控制LED灯的实验，引发学生对编程控制硬件的兴趣。最后，引入本节课的主题“聪明的按键”，并简要介绍本节课的学习目标和内容。

2.新课讲授

①讲解按键模块的基本原理：讲解按键的工作原理，包括按键的物理构造和电路连接，以及按键信号的处理方式。

②学习Mixly软件中按键模块的使用方法：展示如何通过Mixly软件添加按键模块，并介绍按键模块的输入端口和配置选项。

③编写控制LED灯亮灭的程序：指导学生编写一个简单的程序，实现按下按键时LED灯亮，松开按键时LED灯灭。

3.实践活动

①学生独立完成按键控制LED灯的编程任务，教师巡视指导，解答学生疑问。

②学生尝试修改程序，实现按键控制LED灯闪烁的效果。

③学生尝试使用其他硬件，如蜂鸣器、继电器等，实现按键控制不同设备的操作。

4.学生小组讨论

①按键去抖动处理：讨论如何解决按键抖动问题，如软件去抖动、硬件去抖动等。

②按键输入与LED灯控制逻辑的结合：讨论如何将按键输入与LED灯控制逻辑相结合，实现更复杂的控制效果。

③程序调试与优化：讨论在编程过程中遇到的问题，如程序运行异常、代码优化等。

5.总结回顾

内容：首先，回顾本节课所学内容，强调按键模块的工作原理、Mixly软件的使用方法以及编程技巧。然后，针对教学重难点进行具体分析和举例，如按键去抖动处理、程序调试等。最后，鼓励学生在课后继续探索编程的乐趣，尝试编写更多有趣的程序。

教学流程用时分钟：

1.导入新课：5分钟

2.新课讲授：

-按键模块基本原理：5分钟

-Mixly软件中按键模块的使用方法：10分钟

-编写控制LED灯亮灭的程序：10分钟

3.实践活动：

-学生独立完成编程任务：20分钟

-学生尝试修改程序：15分钟

4.学生小组讨论：10分钟

5.总结回顾：5分钟

总计用时：45分钟知识点梳理1.按键模块的基本原理

-按键的物理结构：通常包括一个导电层、一个绝缘层和一个金属片。

-按键的工作方式：当按下按键时，导电层和金属片接触，形成电路闭合，产生信号。

-按键信号的类型：通常有常开型（NO）和常闭型（NC）两种，用于不同的电路设计。

2.Mixly软件中的按键模块使用

-添加按键模块：在Mixly软件中添加按键模块，选择合适的输入端口。

-配置按键模块：设置按键模块的输入参数，如读取的值和响应时间。

-读取按键状态：通过读取按键模块的返回值，判断按键是否被按下。

3.编程控制LED灯

-使用LED模块：在Mixly软件中添加LED模块，选择相应的输出端口。

-控制LED灯亮灭：通过编程，根据按键状态控制LED灯的亮灭。

-实现LED灯闪烁：通过编程，使LED灯按照一定频率闪烁。

4.按键去抖动处理

-原因分析：按键去抖动是为了防止按键在按下和释放过程中产生的多次信号干扰。

-处理方法：软件去抖动和硬件去抖动。软件去抖动通过延时和逻辑判断实现，硬件去抖动通过滤波电路实现。

5.程序调试与优化

-调试方法：使用Mixly软件的调试功能，逐步检查程序中的错误。

-优化技巧：优化程序结构，提高代码可读性和执行效率。

6.实验器材与连接

-实验器材：Arduino开发板、LED灯、按键、连接线等。

-连接方法：根据电路图连接LED灯、按键和Arduino开发板。

7.代码示例

-基本代码：```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//设置数字引脚2为输入

pinMode(3,OUTPUT);//设置数字引脚3为输出

}

//循环

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按键被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED灯亮

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED灯灭

}

}

```

-修改后的代码：```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//设置数字引脚2为输入

pinMode(3,OUTPUT);//设置数字引脚3为输出

}

//循环

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按键被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED灯亮

delay(100);//延时100毫秒

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED灯灭

}

}

```

-闪烁代码：```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//设置数字引脚2为输入

pinMode(3,OUTPUT);//设置数字引脚3为输出

}

//循环

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按键被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED灯亮

delay(500);//延时500毫秒

digitalWrite(3,LOW);//LED灯灭

delay(500);//延时500毫秒

}

}

```课后作业1.实验巩固

-任务：使用Mixly软件和Arduino开发板，编写一个程序，实现按下按键时LED灯亮，松开按键时LED灯灭。

-答案示例：在Mixly软件中添加LED模块和按键模块，将LED模块的输出端口连接到Arduino开发板的数字引脚3，将按键模块的输入端口连接到数字引脚2。编写程序如下：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//设置数字引脚2为输入

pinMode(3,OUTPUT);//设置数字引脚3为输出

}

//循环

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按键被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED灯亮

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED灯灭

}

}

```

2.程序调试

-任务：编写一个程序，实现按下按键时LED灯闪烁，闪烁频率为每秒两次。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//设置数字引脚2为输入

pinMode(3,OUTPUT);//设置数字引脚3为输出

}

//循环

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按键被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED灯亮

delay(250);//延时250毫秒

digitalWrite(3,LOW);//LED灯灭

delay(250);//延时250毫秒

}

}

```

3.硬件连接

-任务：使用Mixly软件和Arduino开发板，连接LED灯、按键和蜂鸣器，编写一个程序，实现按下按键时LED灯亮，同时蜂鸣器发出声音。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//设置数字引脚2为输入

pinMode(3,OUTPUT);//设置数字引脚3为输出

pinMode(4,OUTPUT);//设置数字引脚4为输出

}

//循环

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按键被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED灯亮

tone(4,440);//蜂鸣器发出440Hz的声音

delay(500);//延时500毫秒

noTone(4);//停止蜂鸣器发声

}

}

```

4.逻辑判断

-任务：编写一个程序，实现按下按键时，LED灯亮，同时蜂鸣器发出声音；松开按键时，LED灯灭，蜂鸣器停止发声。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//设置数字引脚2为输入

pinMode(3,OUTPUT);//设置数字引脚3为输出

pinMode(4,OUTPUT);//设置数字引脚4为输出

}

//循环

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按键被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED灯亮

tone(4,440);//蜂鸣器发出440Hz的声音

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED灯灭

noTone(4);//停止蜂鸣器发声

}

}

```

5.程序优化

-任务：编写一个程序，实现按下按键时，LED灯亮，同时蜂鸣器发出声音；松开按键时，LED灯灭，蜂鸣器停止发声。要求程序简洁，避免不必要的延时。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//设置数字引脚2为输入

pinMode(3,OUTPUT);//设置数字引脚3为输出

pinMode(4,OUTPUT);//设置数字引脚4为输出

}

//循环

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按键被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED灯亮

tone(4,440);//蜂鸣器发出440Hz的声音

}

if(digitalRead(2)==LOW){//如果按键被松开

digitalWrite(3,LOW);//LED灯灭

noTone(4);//停止蜂鸣器发声

}

}

```板书设计1.按键模块

①按键原理

②按键类型（常开型、常闭型）

③按键信号

2.Mixly软件使用

①添加按键模块

②配置按键模块

③读取按键状态

3.LED灯控制

①LED模块

②连接LED灯

③控制LED灯亮灭

4.程序编写

①初始化设置

②循环检测按键状态

③控制LED灯

5.去抖动处理

①原因分析

②软件去抖动

③硬件去抖动

6.程序调试

①调试方法

②优化技巧

7.实验器材

①Arduino开发板

②LED灯

③按键

④连接线

8.代码示例

①基本代码结构

②读取按键状态

③控制LED灯

④去抖动处理

⑤程序优化课堂小结，当堂检测课堂小结：

1.回顾本节课所学内容，重点强调按键模块的工作原理、Mixly软件中按键模块的使用方法，以及如何通过编程控制LED灯的亮灭。

2.强调按键去抖动处理的重要性，以及软件去抖动和硬件去抖动的方法。

3.总结程序调试和优化的基本技巧，如逐步检查代码、优化程序结构等。

4.鼓励学生在课后继续探索编程的乐趣，尝试编写更多有趣的程序。

当堂检测：

1.简答题：

-描述按键模块的工作原理。

-解释Mixly软件中按键模块的配置参数。

-说明按键去抖动的原因和处理方法。

2.编程题：

-编写一个程序，实现按下按键时LED灯亮，松开按键时LED灯灭。

-修改程序，使LED灯在按下