第4章开源硬件项目制作4.1实现功能 教案（表格式）-2024新人教中图版（2019）《高中信息技术》选修性必修第六册.docx

1、信息技术-开源硬件项目设计教案课 题第4章开源硬件项目制作4.1实现功能课 型班课课 时1授课班级高一1班学习目标4.1.1 启动项目学习如何根据上一章学到的知识，结合“智造美好生活”主题，启动一个开源硬件项目。介绍“互联网智能闹钟”案例的项目立项书和系统结构图，帮助学生理解项目实施流程及具体制作方向。4.1.2 外形制作掌握如何根据项目立项书中的内容进行外形设计并制作。学习不同的制作工艺，如使用3D建模设计作品外形并进行打印，应用数字化设计工具绘制作品平面并利用激光切割机进行材料切割，以及采用塑料瓶、硬纸盒等不同材料手工制作作品外形。4.1.3 技术实现深入理解开源硬件项目的技术实现，包括数

2、据采集（如传感器数据采集和网络数据采集）、数据输出（图文、声音、光线等形式的数据输出）和运算处理（比较、计算和搜索等运算类型）。通过实际操作，学习如何在项目中应用这些技术。4.1.4 实现原型完成项目的外观设计、算法实现和程序编写后，学习如何组装作品原型。了解将各类硬件合理组装到项目作品中的方法，并通过螺丝、铆钉和黏合剂等连接方式固定作品，初步完成项目作品的整体制作。同时，注意操作过程中的安全事项，确保制作的顺利进行。学习重难点教学重点：4.1 实现功能4.1.1 启动项目本节课的教学重点是让学生了解如何通过开源硬件设计和实施一个实际项目。重点介绍“互联网智能闹钟”案例的项目立项书和系统结构图

3、，使学生能够理解项目的制作流程和具体方向。强调项目立项书的重要性，包括要实现的功能、采用的硬件、所用材料等细节，以确保项目制作的顺利进行。4.1.2 外形制作本节课的另一教学重点是学习如何根据项目立项书中的内容进行外形设计并制作。学生将掌握不同的制作工艺，如3D建模与打印、数字化设计工具与激光切割机的使用，以及利用手边材料进行手工制作的方法。特别强调在外形制作过程中注意操作安全事项，确保学生的安全。教学难点：技术实现部分是本节课的教学难点。学生需要深入理解并实践数据采集（包括传感器数据采集和网络数据采集）、数据输出（多种形式的数据输出）和运算处理（比较、计算和搜索等运算类型）。特别是在实际操作

4、中应用这些技术，要求学生不仅要理解理论，还要能够将其应用于具体的项目制作中。此外，对于初学者来说，如何在项目中合理组装各类硬件部件，并通过螺丝、铆钉和黏合剂等连接方式固定作品，也是一大挑战。教师需要提供充分的指导和支持，帮助学生克服这些难点。教学方法案例分析法：通过“互联网智能闹钟”项目立项书和系统结构图的具体案例，帮助学生理解开源硬件项目的实施流程和具体制作方向。这种方法能够让学生通过具体的实例，更加直观地了解理论与实践的结合。实践操作法：课程强调学生的动手能力，如外形设计制作、激光切割机的使用、3D打印等实际操作。通过实践操作，学生可以将理论知识应用于实际操作中，加深对知识点的理解。安全教

5、育法：在教学过程中穿插安全教育，如设备用电安全、设备使用安全等，培养学生的安全意识。这不仅保护了学生的人身安全，也教会了他们在实际工作中必须注意的安全事项。问题解决法：通过技术实现部分的教学，如数据采集、数据输出以及运算处理等功能的实现，引导学生思考如何解决实际问题。这种方法激发了学生的探索精神和解决问题的能力。归纳总结法：在每个部分的学习之后，教师会引导学生进行归纳总结，帮助他们整理和巩固所学知识。例如，对功能分解图的分析，以及对不同类型数据采集方法的比较和选择。互动讨论法：在教学过程中鼓励学生提问和讨论，特别是在技术难点和操作安全方面，通过师生互动和生生互动，提高学生的参与度和学习兴趣。程

6、序编写与调试：通过编写和调试程序（如“互联网智能闹钟”中的传感器数据采集关键代码），使学生学会如何将编程知识应用于实际项目中，培养他们的逻辑思维和问题解决能力。课前准备项目立项书准备：教师需要提前准备“互联网智能闹钟”项目的立项书，包括要实现的功能、采用的硬件、所用材料等详细内容。这有助于学生理解项目的整体制作实施流程和具体制作方向。功能分解图设计：准备一个清晰的功能分解图，帮助学生直观地理解整体项目要求，并促进课堂上的沟通与讨论。外形设计和制作工艺资料：收集并提供关于开源硬件项目制作中常用的外形设计和制作工艺的资料，如3D建模、激光切割机使用教程以及手工制作方法等。安全操作指南：制定详细的外

7、形制作操作安全事项，确保学生在实践操作中的人身安全。技术实现方案：准备数据采集、数据输出和运算处理等方面的技术实现方案，特别是针对“互联网智能闹钟”案例的具体实现方法。编程与调试工具：提供必要的编程环境（如mPython模块）和调试工具，以便学生能够编写和测试传感器数据采集的关键代码。网络数据采集示例：准备通过网络爬虫或API获取数据的示例，如从中国天气网站API获取JSON格式数据的示例。采样周期和操作安全事项说明：明确数据采集时的采样周期设置原则和开源硬件使用时的操作安全事项。数据输出和运算处理实例：准备数据输出和运算处理的实例，如“互联网智能闹钟”的数据输出实现和运算处理流程图。原型组装

8、指导：提供关于如何组装作品原型的指导，包括所需材料、连接方式和注意事项。教学媒体项目立项书：以文档形式呈现，详细描述“互联网智能闹钟”项目的功能、硬件和材料等细节。系统结构图：通过图表展示项目的系统结构，帮助学生直观理解项目的整体架构。功能分解图：用于展示项目功能的分解，便于学生理解各部分如何协同工作。数字化设计工具软件：如Inkscape等，用于绘制外形图纸和设计作品的平面。激光切割机控制软件：将设计好的外形图纸导入该软件，控制激光切割机进行材料切割。编程环境（如mPython模块）：提供必要的编程工具，让学生能够编写和测试数据采集的关键代码。网络数据采集示例：展示如何通过网络爬虫或API获

9、取数据的示例，如从中国天气网站API获取JSON格式数据。采样周期说明：提供关于如何合理设置数据采集周期的指导，以优化运算处理并节省资源。操作安全事项指南：详细说明在实践操作中应注意的安全事项，确保学生的人身安全。数据输出和运算处理实例：通过实例展示如何实现数据的输出和运算处理，如“互联网智能闹钟”的功能框图和运算处理流程图。原型组装指导：提供关于如何组装作品原型的详细指导，包括所需材料、连接方式和注意事项。教学过程教学环节教师活动设计学生活动设计设计意图活动一：创设情境 生成问题展示“互联网智能闹钟”的成品图片或实物，引起学生的兴趣。介绍该项目的功能和应用场景，如闹钟叫醒、显示天气信息、灯光

10、照明等。提出问题：“如果我们要制作一个类似的智能设备，需要解决哪些技术问题？”观察“互联网智能闹钟”的外观和功能。思考并回答老师提出的问题，列举可能涉及的技术点。通过展示实际项目案例，激发学生的学习兴趣，引导学生思考项目实施过程中可能遇到的技术挑战，为后续的学习内容做好铺垫。活动二： 调动思维探究新知分发“互联网智能闹钟”项目的立项书和系统结构图，让学生阅读。讲解功能分解图的作用和如何根据项目需求进行功能分解。组织学生讨论：如何根据功能分解图设计项目的硬件结构和软件架构？仔细阅读项目立项书和系统结构图，了解项目的具体需求和设计方案。参与课堂讨论，提出自己的想法和见解。通过阅读和讨论项目文档，帮

11、助学生理解项目的整体架构和设计思路，培养学生的系统思维和问题分析能力。活动三： 调动思维探究新知介绍开源硬件项目中常用的外形设计和制作工艺，如3D建模、激光切割等。演示如何使用数字化设计工具（如Inkscape）绘制外形图纸。指导学生进行实践操作：绘制“互联网智能闹钟”的外形图纸并使用激光切割机制作。学习并掌握外形设计和制作的基本方法。动手绘制外形图纸并使用激光切割机制作零件。通过实际操作，让学生亲身体验开源硬件项目的制作过程，提高学生的动手能力和实践经验。活动四：巩固练习素质提升布置作业：要求学生根据所学知识，设计一个简单的开源硬件项目，并撰写项目立项书和制作计划。提供评价标准，包括项目的创

12、新性、实用性、技术可行性等方面。独立或小组合作完成作业，设计一个简单的开源硬件项目。根据评价标准自我评估，并准备展示和分享。通过布置综合性作业，巩固学生在本节课所学的知识，提升学生的项目规划和设计能力，同时培养学生的创新思维和团队协作精神。课堂小结作业布置课堂小结本节课我们深入探讨了“互联网智能闹钟”项目的实现过程，从项目立项到技术实现再到原型组装，每一步都为我们提供了宝贵的学习机会。我们了解了如何根据实际需求编制项目立项书，以及功能分解图在项目开发中的重要性。同时，我们也学习了外形设计和制作的关键步骤，包括使用数字化设计工具和激光切割机等技术。此外，数据采集、输出和处理的相关知识也是本节课的

13、重点内容，特别是如何通过网络和传感器采集数据，以及如何安全地操作开源硬件设备。作业布置项目设计提案：请同学们设计一个小型的开源硬件项目，编写项目立项书，包括但不限于项目背景、目的、预期功能、所需材料及预算。功能分解练习：针对你所设计的项目，绘制一张功能分解图，清晰地表示出项目的主要功能和附属功能。数据采集与输出方案：描述你计划如何在项目中实现数据采集（至少包括一种传感器数据采集和一种网络数据采集方法），并简述数据输出的方式（如显示屏、声音提示等）。安全操作规程：列出至少三条在开源硬件项目实施过程中应注意的安全事项，并解释其重要性。反思与前瞻：写一篇短文（不少于200字），反思在本课程中学到的知

14、识如何帮助你更好地理解和实施开源硬件项目，以及你对未来可能探索的技术或应用领域的看法。板书设计4.1 实现功能4.1.1 启动项目 - 学习成果：完成开源项目设计，形成项目立项书。 - 主题案例：“互联网智能闹钟”项目立项书及系统结构图。 - 功能分解图：理解项目要求，促进团队沟通。 - 主要功能：闹钟叫醒；附属功能：显示天气信息、灯光照明。4.1.2 外形制作 - 设计依据：项目立项书中的设计草图和硬件平台。 - 制作工艺：3D建模、激光切割机、手工制作。 - 安全事项：设备用电安全、操作安全。4.1.3 技术实现 - 数据采集：传感器采集（光敏、声音、温度等）和网络采集。 - 数据输出：显

15、示屏、声音提示、信号灯等。 - 运算处理：比较、计算、搜索。 - 注意事项：硬件电路连线正确、防止短路、静电防护、电源供电正常。4.1.4 实现原型 - 组装步骤：外观设计、算法实现、程序编写后进行硬件组装。 - 原型图示：展示“互联网智能闹钟”作品原型图。 - 安全提醒：使用胶水、烙铁、热熔胶枪的安全注意事项。教学反思4.1.1 启动项目在介绍“互联网智能闹钟”案例的项目立项书和系统结构图时，我意识到学生对于如何将理论知识应用到实际项目中存在一定的理解障碍。我发现仅仅展示文档和图表信息并不足以帮助学生全面理解项目的实际应用。因此，我计划在未来的课程中加入更多的实践环节，例如让学生参与到实际的

16、项目立项书的编写中，以及通过角色扮演等互动方式来模拟项目实施流程，以增强学生的实践经验和理解深度。4.1.2 外形制作本节课介绍了多种外形设计和制作的工艺，包括3D建模、激光切割等技术。然而，课程反馈显示学生对这些高端技术存有畏难情绪，担心操作复杂、难以掌握。为此，我认识到需要在未来的教学中更加注重基础技能的培养，并逐步引导学生从简单手工制作过渡到使用先进工具。此外，我计划安排更多的实操练习和安全教育，确保学生在掌握技能的同时，能够注意到操作过程中的安全风险。4.1.3 技术实现在讲解数据采集和输出方法时，我忽略了评估学生对于编程基础的掌握程度，导致部分学生在理解传感器数据采集关键代码时显得吃

17、力。这提醒我在以后的教学过程中需要对学生的预备知识进行充分的调研，以便调整教学内容和难度，确保所有学生都能跟上进度。同时，我也意识到应当增加更多关于数据处理逻辑和算法方面的讲解，帮助学生更好地理解数据是如何被处理和应用的。4.1.4 实现原型在原型组装环节，我忽视了个别学生对使用黏合剂和烙铁等工具的技术不熟悉。这一方面影响了学生的实践体验，另一方面也可能带来安全隐患。因此，我将在未来的课堂上设置一个专门的技能培训环节，详细演示这些工具的使用方法，并在课后提供一对一的指导，以确保每个学生都能熟练掌握必要的操作技能。通过本次教学反思，我认识到在未来的教学中需要更加关注学生的实践能力和安全意识的培养，同时根据学生的基础知识调整教学内容，确保每位学生都能从课程中获得必要的知识和技能。