課題項(xiàng)目四設(shè)計(jì)制作自行車?yán)锍虄x——體驗(yàn)作品的迭代優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)-2025-2026學(xué)年高中信息技術(shù)滬科版2019選擇性必修6開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)-滬科版2019課時(shí)安排1課前準(zhǔn)備XX課程基本信息1.課程名稱：項(xiàng)目四設(shè)計(jì)制作自行車?yán)锍虄x——體驗(yàn)作品的迭代優(yōu)化

2.教學(xué)年級和班級：2019級高中信息技術(shù)選擇性必修6班級

3.授課時(shí)間：2025-2026學(xué)年第二學(xué)期第X周X節(jié)

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.信息意識(shí)：培養(yǎng)學(xué)生對開源硬件技術(shù)的關(guān)注和興趣，提高學(xué)生對信息技術(shù)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。

2.計(jì)算思維：通過設(shè)計(jì)制作自行車?yán)锍虄x，鍛煉學(xué)生運(yùn)用算法解決問題的能力，培養(yǎng)邏輯思維和系統(tǒng)化設(shè)計(jì)能力。

3.創(chuàng)新實(shí)踐：鼓勵(lì)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中嘗試創(chuàng)新，體驗(yàn)作品迭代優(yōu)化的過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

4.數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化工具和方法，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和問題解決，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)素養(yǎng)。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握的相關(guān)知識(shí)：學(xué)生在進(jìn)入本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)操作、簡單的編程知識(shí)和電路基礎(chǔ)知識(shí)。他們能夠使用一些基本的編程語言，如Python或Arduino，以及了解基礎(chǔ)的電路連接方法。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)生對信息技術(shù)和科技創(chuàng)新有較高的興趣，具備一定的動(dòng)手實(shí)踐能力。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生可能更傾向于動(dòng)手操作和實(shí)際體驗(yàn)，而另一部分學(xué)生可能更偏向于理論學(xué)習(xí)和分析。學(xué)生的能力水平參差不齊，有的學(xué)生可能已經(jīng)具備一定的開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，而有的學(xué)生則是初次接觸。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學(xué)生在設(shè)計(jì)制作自行車?yán)锍虄x時(shí)，可能會(huì)遇到編程邏輯復(fù)雜、電路連接錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確等問題。此外，對于初次接觸開源硬件的學(xué)生來說，理解硬件模塊的功能和相互之間的連接關(guān)系可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。在項(xiàng)目迭代優(yōu)化過程中，學(xué)生可能需要克服對創(chuàng)新和改進(jìn)的恐懼，以及如何有效地評估和實(shí)施改進(jìn)措施的問題。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有《開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)》教材，以備查閱相關(guān)理論知識(shí)。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的自行車?yán)锍虄x設(shè)計(jì)原理圖、操作步驟視頻、成功案例圖片等。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備Arduino開發(fā)板、里程傳感器、連接線、自行車等實(shí)驗(yàn)器材，確保器材的完整性和安全性。

4.教室布置：布置教室環(huán)境，設(shè)置分組討論區(qū)，每個(gè)小組配備實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)，方便學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)和制作。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

1.老師提問：同學(xué)們，你們有沒有騎過自行車？你們知道自行車是如何計(jì)程的嗎？

2.學(xué)生回答：有的同學(xué)知道，自行車上有一個(gè)里程表。

3.老師總結(jié)：是的，里程表可以顯示自行車的行駛里程。今天，我們就來學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)制作一個(gè)自行車?yán)锍虄x，讓它能夠?qū)崟r(shí)顯示自行車的行駛里程。

二、新課講授

1.老師講解：首先，我們需要了解自行車?yán)锍虄x的工作原理。里程儀通常由里程傳感器、微控制器和顯示屏組成。里程傳感器負(fù)責(zé)檢測自行車輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，微控制器根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)計(jì)算出行駛里程，并將數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上。

2.老師展示：接下來，我將演示如何使用Arduino開發(fā)板和里程傳感器制作一個(gè)簡單的自行車?yán)锍虄x。

3.學(xué)生觀察：請同學(xué)們認(rèn)真觀察老師的操作步驟，并思考如何將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際操作中。

三、小組討論

1.老師提出問題：在制作自行車?yán)锍虄x的過程中，你們可能會(huì)遇到哪些問題？

2.學(xué)生討論：同學(xué)們可以組成小組，討論可能遇到的問題，并提出解決方案。

3.老師總結(jié)：同學(xué)們提出的問題很有價(jià)值，我們可以將這些解決方案記錄下來，以便在后續(xù)的制作過程中參考。

四、實(shí)踐操作

1.老師分配任務(wù)：請同學(xué)們按照以下步驟制作自行車?yán)锍虄x：

a.準(zhǔn)備Arduino開發(fā)板、里程傳感器、連接線、自行車等實(shí)驗(yàn)器材。

b.將里程傳感器安裝在自行車輪子上，并連接到Arduino開發(fā)板上。

c.編寫程序，實(shí)現(xiàn)里程數(shù)據(jù)的采集和顯示。

d.測試?yán)锍虄x，確保其能夠準(zhǔn)確顯示自行車的行駛里程。

2.學(xué)生操作：同學(xué)們按照老師分配的任務(wù)，開始實(shí)踐操作。

五、作品展示與評價(jià)

1.老師提問：同學(xué)們，你們的自行車?yán)锍虄x制作好了嗎？請展示一下你們的成果。

2.學(xué)生展示：同學(xué)們依次展示自己的作品，并介紹制作過程中的經(jīng)驗(yàn)和遇到的問題。

3.老師評價(jià)：請同學(xué)們互相評價(jià)，指出作品中的優(yōu)點(diǎn)和不足，并提出改進(jìn)建議。

六、總結(jié)與拓展

1.老師總結(jié)：今天，我們學(xué)習(xí)了如何設(shè)計(jì)制作自行車?yán)锍虄x，了解了開源硬件項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程。希望大家能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中，為我們的生活帶來便利。

2.老師拓展：除了自行車?yán)锍虄x，你們還能設(shè)計(jì)制作哪些開源硬件項(xiàng)目呢？請同學(xué)們課后思考，并嘗試實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意。

教學(xué)過程中，老師需要密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，針對學(xué)生的疑問進(jìn)行解答，確保每位學(xué)生都能掌握本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論和實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握以下內(nèi)容：

1.自行車?yán)锍虄x的工作原理。

2.使用Arduino開發(fā)板和里程傳感器制作自行車?yán)锍虄x的方法。

3.編寫程序?qū)崿F(xiàn)里程數(shù)據(jù)的采集和顯示。

4.學(xué)會(huì)分析問題、解決問題，并具備一定的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.知識(shí)掌握情況：

-學(xué)生能夠理解并解釋自行車?yán)锍虄x的工作原理，包括里程傳感器的原理、微控制器的應(yīng)用以及數(shù)據(jù)采集和顯示的過程。

-學(xué)生掌握了使用Arduino開發(fā)板的基本方法，包括硬件連接和編程調(diào)試。

-學(xué)生學(xué)會(huì)了如何編寫簡單的程序來處理傳感器數(shù)據(jù)，并將其顯示在顯示屏上。

2.技能提升：

-學(xué)生在實(shí)踐操作中提高了動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)了如何操作實(shí)驗(yàn)器材，包括Arduino開發(fā)板、里程傳感器等。

-學(xué)生通過編程實(shí)踐，提高了編程能力和問題解決能力，學(xué)會(huì)了如何將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目。

-學(xué)生在小組合作中提升了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，學(xué)會(huì)了如何分工合作、溝通協(xié)調(diào)。

3.創(chuàng)新思維：

-學(xué)生在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中展現(xiàn)了創(chuàng)新思維，能夠提出改進(jìn)方案，優(yōu)化自行車?yán)锍虄x的性能。

-學(xué)生在遇到問題時(shí)，能夠獨(dú)立思考，嘗試不同的解決方案，培養(yǎng)了批判性思維。

4.學(xué)習(xí)態(tài)度和方法：

-學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，對開源硬件技術(shù)產(chǎn)生了更濃厚的興趣。

-學(xué)生學(xué)會(huì)了自主學(xué)習(xí)，能夠利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，提高了自我學(xué)習(xí)能力。

-學(xué)生在遇到困難時(shí)，能夠堅(jiān)持不懈，培養(yǎng)了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和毅力。

5.實(shí)踐應(yīng)用：

-學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活中，設(shè)計(jì)出具有實(shí)用價(jià)值的自行車?yán)锍虄x。

-學(xué)生在項(xiàng)目完成后，能夠撰寫項(xiàng)目報(bào)告，展示自己的設(shè)計(jì)思路和成果。

6.綜合評價(jià)：

-學(xué)生在本節(jié)課中表現(xiàn)出了良好的學(xué)習(xí)效果，不僅掌握了相關(guān)知識(shí)，還提升了技能和素養(yǎng)。

-學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，展示了較強(qiáng)的實(shí)踐能力。

-學(xué)生在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和制作過程中，展現(xiàn)了創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。教學(xué)評價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：學(xué)生在課堂上的參與度較高，能夠積極回答問題，對知識(shí)點(diǎn)的理解較為準(zhǔn)確。在實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，學(xué)生們的動(dòng)手能力得到了鍛煉，能夠按照要求完成實(shí)驗(yàn)步驟。

2.小組討論成果展示：在小組討論環(huán)節(jié)，學(xué)生們能夠圍繞自行車?yán)锍虄x的設(shè)計(jì)和制作展開深入的討論，提出了許多有創(chuàng)意的想法和解決方案。各小組的討論成果展示充分體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作的精神和學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3.隨堂測試：通過隨堂測試，了解學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握程度。測試結(jié)果顯示，大部分學(xué)生能夠熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，對里程儀的工作原理和編程方法有較好的理解。

4.學(xué)生自評與互評：鼓勵(lì)學(xué)生在課后進(jìn)行自評與互評，總結(jié)自己在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和制作過程中的收獲和不足。學(xué)生通過自評和互評，認(rèn)識(shí)到自己在編程、硬件操作和團(tuán)隊(duì)協(xié)作方面的優(yōu)勢和待提高之處。

5.教師評價(jià)與反饋：針對學(xué)生的表現(xiàn)，教師進(jìn)行以下評價(jià)與反饋：

-對于理論知識(shí)掌握較好的學(xué)生，教師鼓勵(lì)他們繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，探索更高級的編程技巧。

-對于在實(shí)踐操作中遇到困難的學(xué)生，教師提供個(gè)別輔導(dǎo)，幫助他們解決實(shí)際問題。

-對于在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中表現(xiàn)突出的學(xué)生，教師給予肯定和表揚(yáng)，激勵(lì)他們在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)保持。

-對于在創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面有獨(dú)到見解的學(xué)生，教師鼓勵(lì)他們進(jìn)一步發(fā)揮創(chuàng)意，將想法付諸實(shí)踐。

-教師對學(xué)生在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和制作過程中的不足之處提出具體建議，如優(yōu)化程序代碼、改進(jìn)硬件連接等，幫助學(xué)生不斷提高。課后作業(yè)1.設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的自行車?yán)锍虄x程序，要求能夠計(jì)算并顯示自行車行駛的公里數(shù)。假設(shè)里程傳感器的輸出信號(hào)為每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖，編寫程序?qū)崿F(xiàn)從開始騎行到停止騎行時(shí)，累積脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為公里數(shù)的計(jì)算。

```python

#假設(shè)脈沖計(jì)數(shù)變量為pulse_count，每轉(zhuǎn)一圈脈沖數(shù)為pulses_per_revolution

pulse_count=0

pulses_per_revolution=1000#假設(shè)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生1000個(gè)脈沖

distance_kilometers=pulse_count/pulses_per_revolution

print(f"Totaldistancetraveled:{distance_kilometers}km")

```

2.修改上述程序，使其能夠?qū)崟r(shí)顯示自行車行駛的公里數(shù)，每行駛一公里更新一次顯示。

```python

importtime

#假設(shè)脈沖計(jì)數(shù)變量為pulse_count，每轉(zhuǎn)一圈脈沖數(shù)為pulses_per_revolution

pulse_count=0

pulses_per_revolution=1000#假設(shè)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生1000個(gè)脈沖

distance_kilometers=0

whileTrue:

pulse_count+=1

time.sleep(1)#假設(shè)每秒更新一次

ifpulse_count>=pulses_per_revolution:

distance_kilometers+=1

pulse_count=0

print(f"Currentdistance:{distance_kilometers}km")

```

3.編寫一個(gè)程序，模擬自行車行駛過程中的速度變化。假設(shè)自行車在0-5分鐘內(nèi)速度逐漸增加，5-10分鐘內(nèi)保持最高速度，10-15分鐘內(nèi)速度逐漸減少至停止。

```python

importtime

#假設(shè)自行車行駛時(shí)間為15分鐘

total_time_minutes=15

start_time=time.time()

end_time=start_time+total_time_minutes*60

#假設(shè)初始速度為0，最高速度為20公里/小時(shí)

current_speed_kmh=0

max_speed_kmh=20

whiletime.time()<end_time:

#計(jì)算當(dāng)前行駛時(shí)間

elapsed_time=time.time()-start_time

minutes_elapsed=elapsed_time//60

#根據(jù)時(shí)間計(jì)算速度

ifminutes_elapsed<5:

current_speed_kmh=minutes_elapsed*(max_speed_kmh/5)

elifminutes_elapsed<10:

current_speed_kmh=max_speed_kmh

else:

current_speed_kmh=max_speed_kmh-(minutes_elapsed-10)*(max_speed_kmh/5)

#計(jì)算行駛距離

distance_kilometers=current_speed_kmh/3.6*(elapsed_time/60)

print(f"Time:{minutes_elapsed}min,Speed:{current_speed_kmh}km/h,Distance:{distance_kilometers}km")

time.sleep(1)

```

4.設(shè)計(jì)一個(gè)程序，用于記錄自行車行駛過程中的速度和行駛距離。要求程序能夠記錄每個(gè)分鐘的速度和行駛距離，并在結(jié)束時(shí)輸出一個(gè)表格。

```python

importtime

#假設(shè)自行車行駛時(shí)間為30分鐘

total_time_minutes=30

start_time=time.time()

end_time=start_time+total_time_minutes*60

#初始化記錄表格

speed_distance_table=[]

#假設(shè)初始速度為0，每分鐘增加速度

current_speed_kmh=0

pulses_per_minute=100#假設(shè)每分鐘產(chǎn)生100個(gè)脈沖

distance_kilometers=0

whiletime.time()<end_time:

#計(jì)算當(dāng)前行駛時(shí)間

elapsed_time=time.time()-start_time

minutes_elapsed=elapsed_time//60

#根據(jù)時(shí)間計(jì)算速度

current_speed_kmh=minutes_elapsed*(10/30)

#計(jì)算行駛距離

distance_kilometers=current_speed_kmh/3.6*(elapsed_time/60)

pulse_count=distance_kilometers*pulses_per_minute

#記錄速度和行駛距離

speed_distance_table.append((minutes_elapsed,current_speed_kmh,distance_kilometers))

print(f"Time:{minutes_elapsed}min,Speed:{current_speed_kmh}km/h,Distance:{distance_kilometers}km")

time.sleep(60)

#輸出表格

print("\nSpeedandDistanceTable:")

forrowinspeed_distance_table:

print(f"Time:{row[0]}min,Speed:{row[1]}km/h,Distance:{row[2]}km")

```

5.編寫一個(gè)程序，模擬自行車行駛過程中的速度和行駛距離，并記錄下每個(gè)5分鐘內(nèi)的平均速度和總行駛距離。

```python

importtime

#假設(shè)自行車行駛時(shí)間為30分鐘

total_time_minutes=30

start_time=time.time()

end_time=start_time+total_time_minutes*60

#初始化記錄表格

speed_distance_table=[]

#假設(shè)初始速度為0，每分鐘增加速度

current_speed_kmh=0

pulses_per_minute=100#假設(shè)每分鐘產(chǎn)生100個(gè)脈沖

distance_kilometers=0

whiletime.time()<end_time:

#計(jì)算當(dāng)前行駛時(shí)間

elapsed_time=time.time()-start_time

minutes_elapsed=elapsed_time//60

#根據(jù)時(shí)間計(jì)算速度

current_speed_kmh=minutes_elapsed*(10/30)

#計(jì)算行駛距離

distance_kilometers=current_speed_kmh/3.6*(elapsed_time/60)

pulse_count=distance_kilometers*pulses_per_minute

#每隔5