第四節(jié)無人小車·項(xiàng)目發(fā)布教學(xué)設(shè)計(jì)高中信息技術(shù)華東師大版2020選擇性必修6開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)-華東師大版2020課題：科目：班級(jí)：課時(shí)：計(jì)劃1課時(shí)教師：?jiǎn)挝唬阂?、教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課將圍繞《無人小車》項(xiàng)目展開，以華東師大版2020選擇性必修6《開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)》教材為依據(jù)。主要內(nèi)容包括：無人小車項(xiàng)目的背景介紹、項(xiàng)目目標(biāo)設(shè)定、所需硬件設(shè)備的選擇、編程軟件的安裝與使用、小車驅(qū)動(dòng)程序的編寫、項(xiàng)目測(cè)試與調(diào)試等。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基本流程和方法，提高動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)，通過開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用價(jià)值。提升計(jì)算思維，通過編程實(shí)現(xiàn)小車控制，鍛煉學(xué)生邏輯推理和問題解決能力。增強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中探索和改進(jìn)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力。同時(shí)，強(qiáng)化學(xué)生合作學(xué)習(xí)意識(shí)，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成項(xiàng)目，提升溝通與協(xié)作能力。三、重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：

1.項(xiàng)目目標(biāo)設(shè)定：理解項(xiàng)目需求，明確項(xiàng)目目標(biāo)，確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)的合理性和可行性。

2.硬件設(shè)備選擇：根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的開源硬件，了解硬件性能和接口，為編程做準(zhǔn)備。

難點(diǎn)：

1.編程實(shí)現(xiàn)：編寫小車驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)小車的基本運(yùn)動(dòng)控制，包括速度、方向等。

2.項(xiàng)目測(cè)試與調(diào)試：在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試小車性能，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)試，確保項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行。

解決辦法：

1.重點(diǎn)講解項(xiàng)目目標(biāo)設(shè)定的方法和步驟，引導(dǎo)學(xué)生通過調(diào)研和分析確定合理目標(biāo)。

2.提供硬件設(shè)備選擇指南，通過演示和討論幫助學(xué)生掌握硬件選擇技巧。

3.編程方面，通過分步講解和代碼示例，逐步引導(dǎo)學(xué)生完成小車驅(qū)動(dòng)程序的編寫。

4.項(xiàng)目測(cè)試與調(diào)試環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)問題后，通過查閱資料、小組討論等方式共同解決。同時(shí)，教師提供必要的指導(dǎo)和幫助，確保學(xué)生能夠順利突破難點(diǎn)。四、教學(xué)方法與策略1.采用項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)法，讓學(xué)生在完成無人小車項(xiàng)目的過程中，逐步掌握開源硬件知識(shí)和編程技能。

2.結(jié)合講授與討論，首先由教師講解項(xiàng)目背景和基本原理，然后組織學(xué)生分組討論，共同解決項(xiàng)目實(shí)施中的問題。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生動(dòng)手搭建小車，體驗(yàn)硬件與軟件結(jié)合的過程，通過實(shí)際操作加深對(duì)知識(shí)的理解。

4.利用多媒體教學(xué)資源，如視頻演示、在線教程等，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資料和輔助工具。

5.鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行角色扮演，模擬項(xiàng)目實(shí)施過程，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通技巧。五、教學(xué)過程【導(dǎo)入】

同學(xué)們，今天我們要一起探索一個(gè)有趣的項(xiàng)目——無人小車。你們可能對(duì)無人小車有一定的了解，但今天我們將從開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的角度來深入探討。請(qǐng)大家打開課本，翻到《無人小車》這一節(jié)，讓我們一起開始今天的課程。

【新課導(dǎo)入】

一、項(xiàng)目背景與目標(biāo)

（老師）同學(xué)們，首先讓我們來了解一下無人小車項(xiàng)目的背景。無人小車是一種利用開源硬件和編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)的設(shè)備。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么？請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合課本內(nèi)容，簡(jiǎn)要描述一下。

（學(xué)生）無人小車的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)，能夠在預(yù)設(shè)的路徑上行駛，完成特定的任務(wù)。

（老師）很好，無人小車的設(shè)計(jì)目標(biāo)確實(shí)如此。接下來，我們要明確項(xiàng)目目標(biāo)。請(qǐng)同學(xué)們思考，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們需要完成哪些具體任務(wù)？

（學(xué)生）我們需要選擇合適的硬件設(shè)備，編寫控制程序，進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試。

（老師）非常好，我們已經(jīng)明確了項(xiàng)目目標(biāo)。接下來，我們將逐步完成這些任務(wù)。

二、硬件設(shè)備選擇

（老師）同學(xué)們，現(xiàn)在我們來討論一下硬件設(shè)備的選擇。根據(jù)課本內(nèi)容，我們需要考慮哪些因素來選擇合適的硬件？

（學(xué)生）我們需要考慮硬件的性能、接口、成本等因素。

（老師）完全正確。那么，請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)課本提供的選項(xiàng)，選擇一套適合的硬件設(shè)備，并說明理由。

（學(xué)生）我選擇A套硬件，因?yàn)樗哂休^好的性能和豐富的接口，而且成本相對(duì)較低。

（老師）很好，你的選擇很合理。接下來，我們將一起學(xué)習(xí)如何安裝和配置這些硬件設(shè)備。

三、編程實(shí)現(xiàn)

（老師）同學(xué)們，現(xiàn)在我們已經(jīng)有了硬件設(shè)備，接下來是編程實(shí)現(xiàn)部分。請(qǐng)同學(xué)們回顧一下課本中關(guān)于編程的基礎(chǔ)知識(shí)。

（學(xué)生）編程包括編寫代碼、編譯和運(yùn)行程序。

（老師）很好，那么請(qǐng)同學(xué)們嘗試編寫一段簡(jiǎn)單的代碼，實(shí)現(xiàn)小車的基本移動(dòng)。

（學(xué)生）我編寫了以下代碼：if(distance<20){motor.forward();}else{motor.stop();}

（老師）很好，你的代碼實(shí)現(xiàn)了小車在距離傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)停止，否則繼續(xù)前進(jìn)。接下來，我們將進(jìn)一步學(xué)習(xí)如何控制小車的速度和方向。

四、項(xiàng)目測(cè)試與調(diào)試

（老師）同學(xué)們，現(xiàn)在我們已經(jīng)完成了編程，接下來是項(xiàng)目測(cè)試與調(diào)試環(huán)節(jié)。請(qǐng)同學(xué)們按照課本中的步驟，進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。

（學(xué)生）我按照步驟連接了小車，并進(jìn)行了測(cè)試。在測(cè)試過程中，我發(fā)現(xiàn)小車在遇到障礙物時(shí)，會(huì)突然停止。

（老師）很好，你已經(jīng)完成了測(cè)試。現(xiàn)在我們來分析一下這個(gè)問題，并嘗試解決它。

（學(xué)生）我猜測(cè)可能是距離傳感器的問題，導(dǎo)致小車在檢測(cè)到障礙物時(shí)反應(yīng)過激。

（老師）你的分析很有道理。我們可以嘗試調(diào)整距離傳感器的閾值，或者增加一個(gè)緩沖區(qū)來解決這個(gè)問題。

五、總結(jié)與反思

（老師）同學(xué)們，今天我們一起完成了無人小車項(xiàng)目的開發(fā)，從硬件選擇到編程實(shí)現(xiàn)，再到測(cè)試與調(diào)試。在這個(gè)過程中，我們不僅學(xué)到了開源硬件和編程知識(shí)，還鍛煉了問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

（學(xué)生）是的，通過這個(gè)項(xiàng)目，我學(xué)到了很多實(shí)際操作技能，也提高了我的創(chuàng)新能力。

（老師）非常好，希望大家能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中，不斷探索和創(chuàng)造?，F(xiàn)在，請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合自己的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行總結(jié)與反思。

【課堂小結(jié)】

今天我們學(xué)習(xí)了無人小車項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)際操作，同學(xué)們掌握了開源硬件和編程的基本技能。希望大家能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)運(yùn)用到未來的項(xiàng)目中，不斷挑戰(zhàn)自我，創(chuàng)造更多可能性。

【課后作業(yè)】

1.查閱資料，了解其他類型的開源硬件，如Arduino、RaspberryPi等，并思考它們?cè)跓o人小車項(xiàng)目中的應(yīng)用。

2.嘗試編寫更復(fù)雜的控制程序，實(shí)現(xiàn)小車的高級(jí)功能，如避障、循線等。

3.與同學(xué)們分享你的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，討論如何改進(jìn)和優(yōu)化無人小車項(xiàng)目。六、教學(xué)資源拓展一、拓展資源

1.**開源硬件平臺(tái)介紹**

-ArduinoUno：介紹ArduinoUno的開源硬件平臺(tái)，包括其基本結(jié)構(gòu)、引腳功能、編程環(huán)境等。

-RaspberryPi：探討RaspberryPi的特點(diǎn)，如其低功耗、高性價(jià)比以及在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。

-BeagleBoneBlack：介紹BeagleBoneBlack的特點(diǎn)，以及它在工業(yè)和科研中的應(yīng)用。

2.**編程語言基礎(chǔ)**

-Python編程：深入探討Python編程語言的基礎(chǔ)語法、常用函數(shù)和庫，以及其在開源硬件項(xiàng)目中的應(yīng)用。

-C/C++編程：介紹C/C++語言在嵌入式系統(tǒng)編程中的應(yīng)用，包括基本數(shù)據(jù)類型、控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)等。

3.**傳感器技術(shù)**

-溫濕度傳感器：講解溫濕度傳感器的工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景以及與微控制器的接口。

-光敏傳感器：介紹光敏傳感器的工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景以及其在避障功能中的應(yīng)用。

-超聲波傳感器：探討超聲波傳感器的工作原理、測(cè)量距離的方法以及其在無人小車項(xiàng)目中的應(yīng)用。

二、拓展建議

1.**編程實(shí)踐**

-學(xué)生可以嘗試使用ArduinoIDE編寫程序，控制LED燈、電機(jī)等硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制功能。

-鼓勵(lì)學(xué)生利用RaspberryPi構(gòu)建一個(gè)智能家居系統(tǒng)，如遠(yuǎn)程監(jiān)控家中的溫度、濕度等。

2.**項(xiàng)目創(chuàng)新**

-學(xué)生可以設(shè)計(jì)一個(gè)基于無人小車的智能巡檢系統(tǒng)，用于學(xué)?；蚬S的日常巡檢工作。

-探索使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，讓無人小車具備更高級(jí)的感知和決策能力。

3.**團(tuán)隊(duì)協(xié)作**

-組織學(xué)生分組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)無人小車項(xiàng)目的不同部分，如硬件設(shè)計(jì)、軟件編程、系統(tǒng)集成等。

-通過團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何分工合作、溝通協(xié)調(diào)，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

4.**拓展閱讀**

-推薦學(xué)生閱讀《Arduino編程入門》和《Python編程快速上手》等書籍，以加深對(duì)編程語言和開源硬件的理解。

-鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注相關(guān)的在線教程和社區(qū)論壇，如Arduino官網(wǎng)、StackOverflow等，以獲取更多編程和學(xué)習(xí)資源。

5.**競(jìng)賽參與**

-鼓勵(lì)學(xué)生參加機(jī)器人競(jìng)賽或開源硬件創(chuàng)新大賽，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，并與其他學(xué)生交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

-通過競(jìng)賽，學(xué)生可以鍛煉自己的問題解決能力和創(chuàng)新思維。七、課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)【課堂小結(jié)】

同學(xué)們，今天我們一起學(xué)習(xí)了無人小車項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解了開源硬件的基本概念，掌握了Arduino編程的基礎(chǔ)知識(shí)，并學(xué)習(xí)了如何選擇合適的硬件設(shè)備，編寫控制程序，進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)試與調(diào)試。

在課程中，我們重點(diǎn)討論了以下內(nèi)容：

1.**項(xiàng)目背景與目標(biāo)**：明確了無人小車的設(shè)計(jì)目標(biāo)和所需完成的任務(wù)。

2.**硬件設(shè)備選擇**：介紹了如何根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的硬件設(shè)備，并進(jìn)行了實(shí)際的選擇練習(xí)。

3.**編程實(shí)現(xiàn)**：學(xué)習(xí)了如何編寫簡(jiǎn)單的控制程序，實(shí)現(xiàn)小車的基本移動(dòng)。

4.**項(xiàng)目測(cè)試與調(diào)試**：了解了如何進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)試，以及如何分析和解決在測(cè)試過程中遇到的問題。

【當(dāng)堂檢測(cè)】

為了檢測(cè)同學(xué)們對(duì)今天課程內(nèi)容的掌握情況，我們將進(jìn)行以下檢測(cè)：

1.**選擇題**：

-無人小車項(xiàng)目的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么？

A.實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)

B.學(xué)習(xí)編程知識(shí)

C.掌握開源硬件技術(shù)

D.提高團(tuán)隊(duì)合作能力

-在選擇開源硬件時(shí)，以下哪個(gè)因素最為重要？

A.成本

B.性能

C.易用性

D.可擴(kuò)展性

2.**簡(jiǎn)答題**：

-簡(jiǎn)述無人小車項(xiàng)目的基本設(shè)計(jì)流程。

-在編寫控制程序時(shí)，如何確保代碼的簡(jiǎn)潔性和可讀性？

3.**實(shí)踐操作**：

-請(qǐng)同學(xué)們嘗試編寫一段代碼，實(shí)現(xiàn)小車在檢測(cè)到障礙物時(shí)停止，否則繼續(xù)前進(jìn)的功能。八、典型例題講解【例題1】

題目：編寫一段Arduino代碼，控制一個(gè)LED燈閃爍，閃爍周期為1秒。

解答：

```cpp

voidsetup(){

pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);//設(shè)置LED_BUILTIN引腳為輸出模式

}

voidloop(){

digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);//點(diǎn)亮LED燈

delay(1000);//延遲1秒

digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);//熄滅LED燈

delay(1000);//延遲1秒

}

```

【例題2】

題目：使用超聲波傳感器測(cè)量物體距離，當(dāng)距離小于20厘米時(shí)，控制小車后退，否則前進(jìn)。

解答：

```cpp

constinttrigPin=9;//超聲波傳感器觸發(fā)引腳

constintechoPin=10;//超聲波傳感器接收引腳

constintmotorPin=5;//小車電機(jī)控制引腳

voidsetup(){

pinMode(trigPin,OUTPUT);

pinMode(echoPin,INPUT);

pinMode(motorPin,OUTPUT);

}

voidloop(){

longduration=pulseIn(echoPin,HIGH);//測(cè)量距離

intdistance=duration*0.034/2;//計(jì)算距離（單位：厘米）

if(distance<20){

digitalWrite(motorPin,LOW);//小車后退

}else{

digitalWrite(motorPin,HIGH);//小車前進(jìn)

}

}

```

【例題3】

題目：使用串口通信將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦，數(shù)據(jù)包括溫度和濕度。

解答：

```cpp

constinttempSensorPin=A0;//溫度傳感器引腳

constinthumidSensorPin=A1;//濕度傳感器引腳

voidsetup(){

Serial.begin(9600);//初始化串口通信

}

voidloop(){

inttempValue=analogRead(tempSensorPin);//讀取溫度值

inthumidValue=analogRead(humidSensorPin);//讀取濕度值

Serial.print("Temperature:");

Serial.print(tempValue);

Serial.println("C");

Serial.print("Humidity:");

Serial.print(humidValue);

Serial.println("%");

delay(1000);//每隔1秒發(fā)送一次數(shù)據(jù)

}

```

【例題4】

題目：編寫一個(gè)函數(shù)，用于控制小車的速度和方向，參數(shù)為速度和方向（0-255表示速度，1或0表示方向）。

解答：

```cpp

voidsetMotorSpeed(intspeed,intdirection){

//根據(jù)速度和方向控制電機(jī)

//代碼實(shí)現(xiàn)...

}

```

【例題5】

題目：編寫一個(gè)函數(shù)，用于讀取溫度傳感器的值，并將其轉(zhuǎn)換為攝氏度。

解答：

```cpp

floatreadTemperature(){

intrawValue=analogRead(tempSensorPin);//讀取原始值

//將原始值轉(zhuǎn)換為溫度值

//代碼實(shí)現(xiàn)...

returnconvertedTemperature;

}

```反思改進(jìn)措施反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)：通過無人小車項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。

2.跨學(xué)科融合：將編程、硬件、傳感器等多個(gè)學(xué)科知識(shí)融合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。

反思改進(jìn)措施（二）存在主要問題

1.學(xué)生編程基礎(chǔ)參差不齊：部分學(xué)生在編程方面基礎(chǔ)薄弱，導(dǎo)致在項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到困難。

2.實(shí)驗(yàn)器材不足：實(shí)驗(yàn)課中，部分學(xué)生無法同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，影響了實(shí)驗(yàn)效果。

3.評(píng)價(jià)方式單一