1、教学基本信息课题 认识 Arduino 单片机学科 劳动技术 2015-2016 学年 第二学期 年级 初一教师 修金鹏教材 书名：劳动技术电子技术出版社：北京出版社 出版日期： 2013 年 6 月教学设计参与人员姓名 单位 联系方式设计者 修金鹏 人大附中西山学校 13811912718实施者 修金鹏 人大附中西山学校 13811912718指导者 陈雪梅 海淀教师进修学校 13681199519课件制作者 修金鹏 人大附中西山学校 13811912718其他参与者 马丽娟 一零一中学其他参与者 马勇 人大附中其他参与者 郭秀丽 理工附中南校区其他参与者 宋鹂 理工附中指导思想与理论依据北
2、京市义务教育阶段中小学劳动技术学科教学指导意见明确指出，义务教育阶段劳动技术课程以操作性、实践性、技术性、创新性为主要特征，重在培养学生正确的技术意识和创新意识。强调劳动技术的基本概念、操作技能、思想与方法；重视通过学生亲身体验，学会解决实际问题，发展创造性思维，形成正确的技术观和价值观，最终达到培养学生技术素养的目的，促进每个学生全面而富有个性地发展，以适应未来生活。电子技术课的教学可以提高学生观察生活、解决生活实际问题的能力，学生在解决问题的过程中，能够提升动手能力、逻辑思维能力，成就自我，感受快乐。教学背景分析教学内容分析新版电子技术教材按照电子元器件、常用电路、电子控制电路、集成电路、
3、单片机的层次安排教学内容，单片机知识是在电子技术基础知识学习的基础上进行拓展提高学习的内容。单片机内容包括认识单片机、单片机实验、单片机复杂项目智能寻迹车三部分。本课是单片机学习的起始课。以“闪烁的 LED”案例为引领，学习 Arduino 单片机的知识，认识其硬件系统组成及编程软件。LED 作为电子技术课程中常见的输出装置，通过之前的电子实验学习，学生已经比较熟悉，并且 LED 在实际生活中也广泛应用，比如流水灯、交通灯、光控灯等。本节课选择将其作为 Arduino单片机学习的一个良好载体，能够很好的激发学生的学习兴趣。考虑到初一学生的知识水平与接受程度，为帮助学生顺利完成本课的学习，教学中
4、使用 S4A 图形化编程软件代替 Arduino 自带的 C 代码编程软件，降低学生的学习难度。另外，将教材内容进行整合，在教学中设置技术实践环节，帮助学生理解和应用所学技术知识。学生情况本课教学对象是我校初一年级学生。从知识能力方面看，通过前面的学习，学生已经学习了常用电子元器件基本知识，并学会了用面包板搭建简单电路，具备了简单的电子技术知识和电子技术操作技能。但 Arduino 单片机是第一次接触。学生对于单片机智能控制没有基础，一方面他们会觉得新奇好玩儿，乐于尝试；一方面因为对新知识新技能不了解，难免遇到困难。在实际教学中应该不断激发学生积极性，帮助他们解决遇到的困难，使他们更快地接受新
5、知识掌握新技能。另外，虽然学生拥有很强的好奇心和探究意识，喜欢挑战自我，但是安全和规范意识不够，需要在教学中加以特别强调。教学方式实物展示、讲授、小组合作、个别辅导教学手段 多媒体课件、教具、Arduino 单片机学具、笔记本电脑、电视屏幕、无线网络等教学目标1、知识与技能（1） 认识 Arduino 单片机主板及主要引脚（2） 能运用 Arduino 单片机搭接简单硬件电路（3） 能用 S4A 图形化编程软件编写简单程序（4） 了解 Arduino 单片机项目开发流程2、过程与方法经历 Arduino 单片机控制 闪烁的 LED 项目及交通信号灯模型项目的电路连接、编程、调试等过程，初步学会
6、用 Arduino 单片机完成简单电子作品制作的方法，并能够运用 S4A 图形化编程软件编写相应的程序，从而提升应用 Arduino 单片机的能力。3、情感、态度与价值观 体验简单 Arduino 单片机项目的制作过程，初步形成和保持应用电子技术解决现实问题的敏感性和探究欲望，领略电子技术世界的奥秘与神奇。4、教学重点、难点重点：Arduino 的使用方法难点：Arduino 实验电路连接教学流程示意教学过程教学环节 教师活动 学生活动 设置意图情境导入【展示实物】开关控制 LED 亮灭电路【提问 1】如何实现 LED 灯自动亮灭呢？【展示实物】单片机控制 LED 亮灭的电路【讲解】这个自动亮
7、灭的电路里使用了一个小板子，通过它就可以控制 LED 自动亮灭，这个小板子就是单片机，它里面运行了一段程序，可以控制连接到板子上的这个 LED。【提问】生活中还有哪些使用程序控制的实例呢？【总结】像家里的洗衣机、电冰箱、空调，还有商场的电梯、自动门，路口的交通信号灯都是使用单片机程序控制的。【提问】单片机程序控制除了可以制造各种家用电器以及其他设施，还可以做什么呢？【演示】展示各种单片机作品，如“无用的盒子” ，机器人、 “神奇的盒子”等。观看展示思考、回答问题观察、聆听回忆，思考、回答问题观察、思考设置问题，引出程序自动控制的概念。展示自动控制联系生活实际，由感性认识到理性认识。展示多种作品
8、，进一步吸引学生注意力，激发学生兴趣情境导入技术学习Arduino 单片机系统组成技术学习Arduino 硬件连接及 S4A编程实践操作及展示交流教师总结技术学习Arduino单片机系统组成一、单片机【提问】从它的名字上来看，大家猜一下到底什么是单片机呢？它和计算机有什么区别呢？【讲解】外观上看，单片机是一个小板子，计算机是一套硬件系统。1、单片机定义：单片机是单片计算机的简称，又称单片微控制器或微控制单元，它是一个集成了完整计算机系统的半导体芯片。2、单片机种类单片机有很多种类，功能特点也不尽相同。今天我们要用的是一个称作 Arduino 的单片机，因为它非常的简单易用，你可以很容易用它做出
9、一些很有趣的作品，你也可以在网上找到其他人五花八门的创意。【PPT 展示 Arduino 单片机种类】Arduino 单片机也有很多种，我们使用的具体型号是 Arduino Uno。二、Arduino Uno 单片机系统组成【PPT 展示 Arduino Uno 的系统组成图片】【讲解】介绍 Arduino Uno 单片机的组成。1、 ATmega328 单片机芯片Atmega328 单片机芯片是 Arduino Uno 板的核心元件，是整个系统的大脑。 2、 USB 接口下载程序和供电。3、 复位（重启）按钮使程序从起始位置开始运行。4、 数字输入/输出引脚013 引脚，可以用作数字输入和输
10、出。其输出只有两种状态，即 5V 和 0V。5、 模拟输入引脚用于测量连接到引脚的电压值，并将 0-5V 的电压值转换为 0-1023 之间的一个数值。6、 电源引脚5V，GND（负极）我们已经对 Arduino Uno 单片机的组成有了一个大概的了解，下面我们就来学习一下如何使用它来制作我开始给大家演示的闪烁的 LED 项目。思考、讨论、回答问题聆听，思考引出单片机的概念由单片机的种类引出 Arduino 单片机。帮助学生了解Arduino Uno 的组成，以便在接下来连接电路时能快速找到对应的端口。引出实践项目技术学习Arduino硬件连接及S4A 编程三、Arduino 硬件连接及 S4
11、A 编程【提问】我们已经学过使用开关控制 LED，如何让 Arduino Uno 单片机控制 LED 的闪烁呢？是不是将原来 LED 闪烁电路中的开关换成Arduino Uno 单片机就可以了？【PPT 展示 】开关控制 LED 电路原理图Arduino 控制 LED 闪烁电路原理图【讲解】使用 Arduino 单片机控制 LED，只需要将电源和开关使用 Arduino 上的两个端口代替就可以。【提问】根据这个电路图，大家想一下 LED 的亮灭到底是怎么实现的呢？【讲解】GND 相当于电池的负极，13 端口相当于电池的正极，它的电压有两种状态，要么是 5V，要么是 0V。当 13 端口是 5V
12、 时，LED 点亮；当13 端口是 0V 时，LED 熄灭。13 端口的具体状态是通过程序来进行控制的。【活动 1】搭接 Arduino 控制 LED 闪烁电路【PPT 展示 】面包板搭接电路图【提问】连接好硬件电路，LED 就可以闪烁了吗？【活动 2】编写程序并运行【演示】S4A 编程软件的使用方法，LED 闪烁程序的编写方法。打开程序界面在控制模块中找到绿旗图标并拖到中间区域，再将“重复执行”拖到绿旗下方。在动作模块中找到“digital 13 on”和“digital 13 off”模块，拖到重复执行里，再在控制模块中找到“等待 1 秒”拖到相应位置将 Arduino 连接到电脑的 US
13、B 口运行程序。主要用到两个模块：1、 控制模块：程序的流程控制2、 动作模块：Arduino 接受外界信息以及向外界讨论、思考观察、思考讨论、思考并回答问题聆听、思考根据电路图连接电路讨论、思考观察、思考，根据学案提示，完成程序编写通过与原有知识相对比，引出新知识，层层递进，减小知识跨度，降低学生学习难度引导学生明白整个实验的原理，从宏观上把握实验的本质设置实践环节，学习新的技能。引出软件编程环节发出执行命令。【提问】如果想要改变 LED 闪烁的频率，应该修改什么？【活动 3】修改程序参数修改等待时间参数，观察现象。【分析】修改等待的时间。将“等待 1 秒”改为其他的数值，比如 0.5 秒或
14、 2 秒，观察现象。【提问】能否用别的端口控制 LED 闪烁？【活动 4】更改硬件连接和程序参数将 13 端口改为 12 端口，修改硬件电路。同时将 digital 13 on 中的 13 改为 12，运行程序，观察现象。【讲解】程序要与电路连接相对应。电路连接用到 12 端口，那么在程序里也应该使用 12 端口。【巡回指导，个别操作演示】四、Arduino 单片机实验流程总结 Arduino 单片机实验的一般流程：设计、搭建硬件电路编写程序下载运行程序并进行调试修改讨论、思考，并进行实践讨论、思考，并进行实践帮助学生理解程序参数可以进行修改设置问题，帮助学生理解“软件程序要和硬件连接相对应”
15、 。帮助学生初步掌握 Arduino 实验电路的连接方法和 S4A 编程软件的用法。实践操作及展示交流五、交通灯实验【提出问题】在上课开始时我们提到了交通信号灯的控制也是通过单片机实现的，我们能不能使用单片机制作一个交通信号灯的模型呢？【提问】普通路口的红黄绿三个指示灯是如何工作的？【分析】绿黄红三个灯交替点亮，一个熄灭之后另一个立即点亮，绿灯和红灯亮的时间较长，黄灯亮的时间很短。我们可以使用红黄绿三个发光二极管代替三个路灯。【提问】我们已经知道了连接一个 LED 的电路，如何连接 3 各 LED 呢？【PPT 展示 】参考电路图：讨论、思考思考，回答问题讨论、思考，根据学案，理解电路原理图设
16、置新的课题，引导学生灵活运用所学知识。通过教师提问，学生讨论，将所学知识进行迁移，抽象出交通灯模型的方案。给学生参考电路图，降低学生学习难度。【提示】关于需要用到 3 个 GND 接口的问题，提示学生将 GND 引出到面包板的负极一行，扩展GND 接口。【活动 5】学生连接交通灯模型硬件电路，编写程序并进行调试【展示交流】评价标准：（1） 电路连接正确（2） 实现交通信号灯模拟显示效果展示学生作品并进行点评。对作品中出现的问题指出改进意见。根据电路图连接电路，并编写程序，调试，实现交通灯模拟控制展示交流展示学生作品完成情况，激发学生的成就感。同时指出制作中出现的问题，培养学生严谨的态度。归纳总
17、结六、总结归纳总结内容：（1） 单片机（2） Arduino Uno 单片机组成（3） S4A 编程软件（4） Arduino Uno 单片机实验流程拓展：如果给交通灯加上读秒装置，我们就可以更清楚的直到剩余的时间了。下一节课我们就来学习使用 Arduino 单片机控制来显示时间。回忆，总结回忆，思考，回答问题巩固所学知识设置悬念，引出下节课的课题。板书设计认识 Arduino 单片机学习效果评价设计根据任务完成情况进行评价评价量规任务 是否完成闪烁的 LED 电路连接闪烁的 LED 程序交通灯电路连接交通灯程序本教学设计与以往或其他教学设计相比的特点(300-500 字数)在教材内容处理上，充分考虑学生的知识水平和接受程度，为帮助学生顺利完成本课的学习，教学中使用 S4A 图形化编程软件代替 Arduino 自带的 C 代码编程软件，降低学生的学习难度。同时将教材内容进行整合，在教学中设置技术实践环节，激发学生兴趣，帮助学生理解和应用所学技术知识。在案例选择上，联系学生生活实际，从实例出发，由感性认识到理性认识。在教学过程中，难度由基础到提升，由简单到复杂，对学生的认知进行层层递进的引导。
