《我的小家變聰明了》

基于Arduino開源硬件搭建應(yīng)用系統(tǒng)

一、教學內(nèi)容：

本課是八年級第六單元《物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用》的活動2——搭建應(yīng)用系統(tǒng)。重點講解開源硬件以及其在物聯(lián)網(wǎng)中智能家居的應(yīng)用，選擇不同的傳感器作為本課一個核心問題“如何根據(jù)設(shè)計需求做相應(yīng)的硬件準備和搭建工作？”展開項目式學習。本課時分四個階段來進行：

1.構(gòu)思需求階段：此階段在上一個課時已完成，明確了設(shè)計方案。 2.準備階段：課前讓同學們學習微課，學生進一步認識了開源硬件的功能，除此之外，根據(jù)設(shè)計方案選擇不同的傳感設(shè)備。3.實施階段：本階段共分為兩個環(huán)節(jié)：1.根據(jù)設(shè)計方案要求，組內(nèi)討論思考，完成傳感設(shè)備與房屋模型的搭建工作；2.根據(jù)測試報告中安裝清單，完成Arduino主板與傳感器等電子設(shè)備連接工作。 4.測試運行階段：檢測主板、傳感器等硬件設(shè)備是否可以正常使用，獲取傳感器取值范圍，為下節(jié)課的編寫程序打下基礎(chǔ)。二、學情分析：

八年級的學生具備較強的動手能力，對于新鮮事物具有強烈的好奇心。學生在前期課程的學習中已了解物聯(lián)網(wǎng)的工作過程，認識各類傳感器。雖然學生在生活中有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的體驗，但是對物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、功能沒有清晰的認識。同時大部分學生沒有接觸過開源硬件，對其使用和編程更是知之甚少。三、教學目標：1.學科目標(1).理解物聯(lián)網(wǎng)的概念與結(jié)構(gòu)，學會開源硬件與常見的傳感器的使用。(2).學會合理搭建智能家居場景。(3).學會使用Arduino主板與傳感器等硬件設(shè)備的連接與測試。 2.核心素養(yǎng)

(1).信息選擇與加工意識的培養(yǎng)。感受物聯(lián)網(wǎng)對社會生活的價值，創(chuàng)設(shè)需求情境，利用信息系統(tǒng)解決實際問題。 (2).計算思維的培養(yǎng)。學生在項目實施過程中，通過判斷、分析語綜合各種信息資源，運用合理的思路形成解決問題的方案。 (3).創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。開放式作品設(shè)計過程中啟發(fā)了學生的思維，學生在實踐過程中激發(fā)出新的思路。四、教學重難點：教學重點：

1.理解物聯(lián)網(wǎng)的概念與結(jié)構(gòu)。2.學會開源硬件與常見的傳感器的使用。教學難點：

1.根據(jù)設(shè)計方案合理搭建智能家居場景。2.Arduino主板與傳感器等硬件設(shè)備的連接與測試。五、教學方法： 利用CDIO工程教育模式即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），進行項目式學習。學生采用小組合作，進行探究式學習。六、教學過程：教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖視頻導入明確設(shè)計需求播放《智能家居設(shè)想》視頻，綜合上節(jié)課學生的設(shè)計方案，教師給出三種可實現(xiàn)的方案，請學生選擇一種方案來實現(xiàn)。第一種：智能風扇

第二種：智能窗戶

第三種：智能門禁小組討論，交流想法確定設(shè)計方案通過視頻導入，快速進入情境。明確設(shè)計方案。項目實施準備硬件設(shè)備1.將學生分組：3人一組。2.教師按組發(fā)放已經(jīng)搭好的小家模型、主板、傳感器、電機和USB線等硬件設(shè)備，布置學生自學開源硬件介紹的微課。3.教師提問：智能小家的聰明大腦在哪里？學生回答。4.布置學生選擇硬件設(shè)備。展示學生測試報告【回答問題】學生認為聰明的大腦就是Arduino主板，而各種傳感器就是輔助大腦的各種外界感官。就像人的眼睛、鼻子。根據(jù)設(shè)計方案合理選擇硬件，完成測試報告中的硬件清單選擇。讓學生認識開源硬件和傳感器的功能與區(qū)別。項目實施設(shè)備搭建階段任務(wù)一：

1.教師提問：傳感器應(yīng)該放在房屋模型的什么位置？為什么？2.教師總結(jié)，安裝位置應(yīng)結(jié)合設(shè)計方案合理搭建。任務(wù)二：

1.教師提問：傳感器與主板如何連接？學生組內(nèi)討論，確定傳感器安裝位置，學生匯報。學生組內(nèi)討論，根據(jù)測試報告進行連接。學生在討論當中結(jié)合了生活當中的現(xiàn)象考慮問題，真正做到了在做中學。2.布置學生根據(jù)測試報告、微課《開源硬件使用指南》將選擇的傳感器與主板連接。自學微課《開源硬件使用指南》，完成連

接。項目測試運 行

程序測試任務(wù)三：硬件測試。1.教師演示傳感器測試。2.教師提問：LCD上顯示的數(shù)據(jù)從哪而來？如何結(jié)合你的設(shè)計，修改這段測試代碼？（此環(huán)節(jié)除了項目測試報告之外還提供《開源硬件使用指南》微課輔助指導學生。）

3.教師提問：硬件測試的目的是什么？4.下發(fā)測試程序的模板，指導學生使用MagicBlock軟件打開程序。教師作相應(yīng)指導輔助學生讀懂代碼。布置學生完成硬件測試。5.展示各組學生的測試報告。【回答問題】LCD顯示的數(shù)據(jù)就是我們所選擇的傳感器獲取的數(shù)據(jù)。在程序中找到傳感器代碼段，修改LCD顯示的數(shù)據(jù)為傳感器獲取的數(shù)據(jù)?！净卮饐栴}】一方面是為了確保硬件的正常使用，另一方面是將測試后得到的數(shù)值記錄下來，為下一步的程序編寫提供依據(jù)。學生打開測試程序的模板。觀看演示，并自己動手嘗試代碼修改，燒錄運行。學生匯報測試結(jié)果通過學生自己親手搭建測試的硬件設(shè)備，更加直觀的體驗開源硬件使用的過程和原理，了解數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)處理時發(fā)揮的作用。通過修改代碼，燒錄運行，讓學生進一步理解程序代碼在功能實現(xiàn)中的作用。項目評價拓展總結(jié)任務(wù)四：物聯(lián)網(wǎng)探究討論

1.教師提問：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的概念，實現(xiàn)了設(shè)計方案的聰明小家屬不屬于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用？2.布置學生分組討論并匯報討論結(jié)果?！净卮饐栴}】學生A:我認為這不是真正的物聯(lián)網(wǎng)，這只是單純的人工智能，自動化控制。學生B：我認為這就是物3.教師實物演示通過手機APP互聯(lián)操作家居的實例，引導學生再次認知物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)：感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層4.布置學生在《安徽省信息技術(shù)輔助平臺》完成項目學習評價問卷。5.教師及時收集學生學習的掌握情況并及時評價反饋。6.總結(jié)本節(jié)課收獲，播放《暢想2050》視頻。