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附件2 :
中小学综合实践活动案例模板
基本信息
案例学校
*_**学
案例名称
arduino中多个传感器的连接
活动方式
设计制做
相关学科
计算机编程、物理学、机械制做
学段
高中
年级
高一、高二
案例实施者
李某某
单位
*_**学
联系方式
***
案例指导者
黄某某
单位
*_**学
联系方式
***
活动
简介
(200字以内)
推荐
理由
(不少于100字)
师市教研部门(盖章):
填表说明:如果有多名案例实施者或案例指导者,可以补充填写。
二、活动背景
(一)选题背景
创客教育的兴起不仅是教育理念的革新,更是科技发展的结果。在新的时代背景下学生学习不再仅仅局限于书本的固有知识,而是应该将书本知识与生活实际相结合创造出更具有价值性的创新作品。
通过访谈、问卷调查了解到学生对动手制作各种创意更加的感兴趣,结合我校实际,创建了Arduino创客基地。Arduino 作为开源电子原型平台,价格较为便宜、开发板扩展性强、拥有简单易学的开发环境且制作自由度大,能较好地培养学生的创新能力和实践能力。同时学生不需要掌握复杂的专业知识,只需要了解函数的用法就可以进行创新设计。
(二)学校资源状况
1、活动场所:学校实验楼四楼,共有五间机房,学生可以用一至两个机房用来对Arduino进行编程。在学校科技楼六楼有五间闲置的通用技术教室,可以用来制做作品模型,把编好程序的单片机和传感器装到制做好的模型上。
2、配有适宜的Arduino硬件。我校根据自身实际,多方面考察,筛选出适合学生需要的Arduino 控制板及相关模块。
3、师资力量:学校现有信息技术教师9名,学校每周定期开展学科教研活动,旨在提升信息技术教师专业素养,促进科技创新辅导能力提升。信息技术教师李某某在2018年9月创办成立了“创客基地”,并逐渐发展成为以python编程、单片机应用开发、3D建模为不同专业方向的特色培养模式 ,近年来培养学生收获取得了多个兵团级、国家级科技创新奖项。
(三)参与活动的学生情况
针对每周两次的创客教学活动,通过前期宣传、网络报名、名额筛选,最终在高一高二年级筛选出20名学生。这些学生对信息技术和编程有一定的基础,能够编写简单的程序;对于工程方面的电子元件、电路设计与连接相关的知识了解较少;对于艺术方面,模型的设计与制作,学生有一定的基础和动手能力。
教学方式
Arduino教学过程中不是单一的理论知识的传授,还需要实践操作。所以从总体采用专业知识学习、创意调研设计和实物制造三个循序渐进的教学流程,并且融Python编程语言、arduino硬件技术、3D打印技术、数字化工具使用技术的创新内容的设计。同时鼓励学生积极参加各级创客类竞赛,让学生对创客教育拥有真实的生活体验。
而在理论知识教学过程中根据课堂任务阶段不同又分为以下三种模式:讲授学习——教师案例示范讲解;伙伴学习——学生分小组协作,分析解决问题;项目评价——自我评价及同伴互评。在教学过程中采用边讲边某某,通过极域教学软件,对所有学生电脑进行广播,在讲解完一个知识点后,学生进行练习,该教学模式学习效果深刻,后面做完整项目的时候,把学生分成组,两个学生为一个组,学生可以进行交流,提高团队合作能力。
教学手段
本活动采用信息化教学学习理论知识,如多媒体展示、电子白板、平台师生互动、远程学习支持(课下)等,同时提倡“做中学”,带着创意思想,通过Arduino 控制板及相关模块进行实物创作。
综上所述,依据学生阶段性发展要求、学校特色、可利用的资源等统筹考虑,形在学校开设Arduino课程的条件已完全具备。
三、活动目标
基于《中小学综合实践活动课程指导纲要》,整合信息技术教学和创客教育,通过Arduino课程的设计和开发,激发学生的学习兴趣,培养动手实践能力以及利用信息技术解决实际问题的能力。
具体来说以日常生活中出现的各种问题为基础,引导学生用Arduino单片机中的知识去解决这些问题,学习知识技能和动手创作。让学生学会在Arduino单片机上连接多个传感器,把多段程序代码融合在一起,并能发挥其作用。同时,本课程在以信息技术学科知识为主体的基础上与通用技术学科紧密联系,能有效促进学生综合应用知识的能力。
四、实施过程
这节课的内容是Arduino单片机创新应用,学生这时对传感器已经有了一部分了解,但是对多个传感器的连接和应用接触也不多,所以对多个传感器的物理线路的连接存在问题。而学生前面写代码,只写过单片机连接一个传感器的代码,现在在单片机上要把多个传感器的代码写在一起,并且能够相互作用,学生学C语言的时间并不多,基础并不是很成熟,这对学生来说是一个挑战。
环节一:创设情境,导入课题
我先在arduino的套件盒子里面把arduino单片机、倾斜传感器、重力传感器、蜂鸣器、三色LED灯、杜邦线等要用到的部件先拿出来展示给学生看,他们一下子就被这么多的传感器吸引住了,感觉这节课我们要做一个大的项目,激发了学生进一步学习的兴趣。我顺势提出本课的问题:arduino单片机能否控制多个传感器?这些传感器是怎样连接起来的?它们在arduino单片机上的程序应该如何写呢?同学们想不想把它制做出来呢?我发出邀请:那就让我们现在开始吧。
在这里我把对多个传感器的控制分别拿出来制做,每一个传感器都做完后,再进行合并,重写代码。
导入课题:arduino单片机对重力传感器和倾斜传感器的控制
环节二:arduino单片机控制倾斜传感器
本次任务的目标是让学生了解arduino单片机控制倾斜传感器的过程,各项难度指标都比较简单,一般的学生都可以完成。
我首先讲解使用到的倾斜传感器硬件及其连接方法,然后示范利用arduino单片机编程控制三色LED灯和蜂鸣器的过程,说明注意的事项。在连接电路的过程中,一定要告诉学生传感器在arduino单片机上正极、负极、信号线要接对,如果电路接反,有可能会击穿传感器,使硬件设备损坏,等检查完所有的学生电路后,我们就可以给学生解读相应的代码了,并告诉学生在代码中哪个变量是代表倾斜角度的值,它是如何控制其它传感器的,倾斜角度值达到多少时,才会把信号传递给其它传感器。学生听完后,就可以自行修改代码,选择倾斜的角度是多少时才会报警。当学生修改完代码后,就可以对代码进行编译,看下代码在语法上是否有错误,如果没有问题就可能上传到arduino开发板了,让程序通过倾斜传感器的角度来控制LED灯的颜色和蜂鸣器的声音,同时提示学生观察结果,
可以发现当倾斜传感器达到我们设定的角度值时,三色LED灯会由绿色变为红色,同时蜂鸣器会发出警报。
在这里我通过巧秒的设计,先从小的、简单的任务开始,先连接倾斜传感器的电路,为代码的分解书写的提出作了铺垫。
倾斜传感器代码:
void setup()
{
pinMode(8,OUTPUT);
pinMode(9,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
pinMode(feng,OUTPUT);
digitalWrite(feng,HIGH);
}
void loop()
{
int i;
while(1)
{
i=analogRead(5);
Serial.println(i);
if(i>1000)
{
digitalWrite(8,HIGH);
digitalWrite(9,LOW);
}
else
{
digitalWrite(9,HIGH);
digitalWrite(8,LOW);
fengm();
fengm();
fengm();
}
}
}
环节三:arduino单片机控制重力传感器
在这里我像介绍倾斜传感器一样,先讲解重力传感器的原理和其电路连接。不同的是重力传感器除了控制三色LED灯和蜂鸣器外、还要控制舵机,难度要比倾斜传感器难一些。我先让学生连接电路,注意告诉学生传感器的正负极一定要接对,不然会损坏arduino单片机,当所有学生都连接完电路后,我们就可以给学生解读相应的代码了。在这里要注意,因为重力传感器探测到的重力数据是玩具车的,而玩具车的重力比较小,所在我们要反复测量,测定一个标准值,来写到代码里。写完代码后,进行编译并上传到arduino单片机,重力传感器就可以探测到玩具车的重力了。同时提示学生观察结果,可以看到,当玩具车经过重力传感器的时候,重力传感器并没有报警。但是当我们随变在玩具车上放置一块重物,重力传感器就会产生反应,三色LED灯由绿色变为红色,蜂鸣器就会报警,舵机就会转动。
在这个实验里,我们对重力传感器测得玩具车重力的值要非常精确,不然有可以能我们在玩具车上加一重物后,重力传感器仍然没有反应,或者出现玩具车不加重物,重力传感器就会发生反应的现象。
重力传感器代码:
void setup() {
Serial.begin(9600);
wight=scale.getGram();
pinMode(13,OUTPUT);
digitalWrite(13,LOW);
duoji.attach(7);
pinMode(redPin,OUTPUT);
pinMode(greenPin,OUTPUT);
pinMode(feng,OUTPUT);
digitalWrite(feng,HIGH);
}
void loop() {
Serial.print(scale.getGram(), 1);
Serial.println(" g");
delay(200);
if(scale.getGram()>100){
digitalWrite(13,HIGH);
duoji.write(0);
digitalWrite(redPin,HIGH);
digitalWrite(greenPin,LOW);
fengm();
fengm();
fengm();
delay(1000);
}
else{
digitalWrite(13,LOW);
duoji.write(90);
digitalWrite(redPin,LOW);
digitalWrite(greenPin,HIGH);
delay(1000);
}
}
void fengm(){
digitalWrite(feng,LOW);
delay(20);
digitalWrite(feng,HIGH);
delay(20);
}
环节四:倾斜传感器和重力传感器的互连
这时,我就紧接着抛出问题:我们能不能把这两个传感器同时都连在arduino单片机上呢? 我继续抛出问题,它们两个的代码能不能合在一起写呢? 我分发新任务和实验材料,一捆杜某某、一个面包板、两个电阻等。
学生可以在倾斜传感器电路的基础上,把重力传感器的电路移接过去,但是要注意,先把倾斜传感器的电路从arduino单片机上接到面包板上,不然正负极的接口不够用。学生有了前面两次分开的接电路的经验,最终还是较轻松的完成了电路的合并。后面把两段程序合并为一段是整个课程中的难点,这个时候程序里面的变量较多,要把每个变量代表的数据是什么,全部都要区分出来比较困难。这里我们还是要把前面两个单个实验的代码再给学生讲解一遍,如果两个代码中有相同的变量名,要进行修改成不同的变量名。把程序进行合并需要在老师的指导下完成,可以先让学生试着做,最后老师再进行讲解。
最终在老师的指导下,学生们全都完成了最后一步,其合并代码如下:
void setup()
{
pinMode(8,OUTPUT);
pinMode(9,OUTPUT);
pinMode(feng,OUTPUT);
digitalWrite(feng,HIGH);
wight=scale.getGram();
pinMode(13,OUTPUT);
digitalWrite(13,LOW);
duoji.attach(7);
pinMode(redPin,OUTPUT);
pinMode(greenPin,OUTPUT);
pinMode(feng,OUTPUT);
digitalWrite(feng,HIGH);
}
void loop()
{
int i;
delay(200);
if(scale.getGram()>100){
digitalWrite(13,HIGH);
duoji.write(0);
digitalWrite(redPin,HIGH);
digitalWrite(greenPin,LOW);
fengm();
fengm();
fengm();
delay(1000);
}
else{
digitalWrite(13,LOW);
duoji.write(90);
digitalWrite(redPin,LOW);
digitalWrite(greenPin,HIGH);
delay(1000);
}
while(1)
{
i=analogRead(5);
Serial.println(i);
if(i>1000)
{
digitalWrite(8,HIGH);
digitalWrite(9,LOW);
}
else
{
digitalWrite(9,HIGH);
digitalWrite(8,LOW);
fengm();
fengm();
fengm();
}
}
}
void fengm(){
digitalWrite(feng,LOW);
delay(20);
digitalWrite(feng,HIGH);
delay(20);
}
前面看似简单的任务,但是其作用和意义都是巨大的。我设计这一系列任务的过程中,始终坚持循序渐进,逐步深入,最终达到最后的目标。
至此,学生们已经从实践中很好的掌握了两种电路方式的融合和其相应代码的合并,我作为课程的设计者,在最后环节引领学生进行思考,并对学生的操作及时做出指导,帮助学生更快的连接好电路、合并好代码。
环节五:小组讨论,合作探究
学生在完成前面三个任务后,自然会思考:如果是三个传感器同时获取数
据,能不能实现呢?是不是不简单?代码是不是要写的更多了?确实没有这么简单。经过小组讨论,得出要在arduino单片机上连接更多的传感器可能是会存在困难的。因为arduino的接口是有限的,那么可以连接的传感器数量也就受到了限制,所以我们需要一个拥用更多接口的开发板,并且在程序的代码实现上要采取更高效、更便捷的方式。这就需要继续学习其他的课程内容,以激发学生继续深入学习的热情。
五、效果评价
评价是本次活动的一个重要环节,应该贯穿于学生整个活动过程的始末。因为,经过学习、制作,他们收获了,成功了!不仅开阔了视野,提高了交往能力,磨炼了意志, 尝到了教室里无法品尝到的成功的甜蜜与挫折的苦涩。因此,指导教师充分利用评价的激励机制,在同学们各小组活动的各个阶段,采用教师评价、生生互评、学生自评、小组互评等多维度的评价手段,激励同学们克服困难完成课题研究任务,取得最后成果。
经过讨论,决定针对学生的评价方式主要包括三个方面:
1、学生书写收获体会,以及活动过程中可能产生的问题和想法以论文的形式呈现;通过写心得可以了解学生对活动的认识程度和收获有多少。 2、各活动小组最后对活动成果的汇总和展示,可以提升活动的最终结果。
3、填写活动评价表,通过自评、互评、辅导教师评价内容,对自己和组内同学在本次活动中做出真实、 客观的评价。 4、兴趣小组通过“综合评价表” 量化评选出”最优秀成员奖”和”最优秀小组奖”。
活动效果评价表
活动内容:___________________ 班 级:_______________
姓 名 :________________
项目
评价要点
自评
互评
师评
一、在活动中参与的态度
1、认真参加每一次活动。对每一次活动始终保持浓厚的兴趣。
2、努力完成自己承担的任务。
3、做好资料积累和处理工作。
4、主动提出自己的设想。
5、乐于合作,能和同学交流,尊重他人
二、在活动中获得的体验
6、善于提问,乐于研究,勤于动手。
7、关心国家大事,有一定的责任心。
8、能对自己进行“反思”
9、实事求是,尊重他人想法与成果。
10、活动中遇到困难不退缩,并且自己想办法解决问题。
三、在活动中学习方法的掌握
11、能用多种途径获取信息。
12、采用了两种以上的方法进行研究。
13、能运用已有知识解决问题。
四、在活动中的实践能力发展
14、有求知的好奇心、探索的欲望。
15、独立思考、自主学习,主动发现问题,提出问题,寻求解决问题的方法。
16、 积极实践,发挥个性特长,施展才能。
五、活动的总体会
17、自己的总体评价体
六、活动反思
通过一年的实践研究,基本达到了预期的目标,取得了一定的成果。在不断探索的过程中,我校创客基地得到广泛宣传,并获得广大师生的高度认可。对于收获主要有以下几点:
提高教师 内容过长,仅展示头部和尾部部分文字预览,全文请查看图片预览。 工智能(编程)中荣获国家级决赛银奖,并获得奖金800元;高三(15)班曹雨飞和高三(12)班席跃豪共同发明的作品《红绿灯预警装置》在高中组发明中荣获国家级决赛优秀奖。
当然由于现在正处于探索阶段,仍有许多不尽人意的地方:
(一)人员不足。开展创客教育首先要有一支创客教师队伍,但目前相关教师配备不足,出现一个老师代多班的现象,没有办法照顾到所有学生。
(二)资金有限。我校因没有相关经费,校领导想办法解决困难,购置了一批Arduino 控制板及相关模块用以保障常规的教学活动,但在实践过程中没有办法照顾所有学生。
(三)该课程是一门新兴的以兴趣小组的形式开展的实践课程,没有学分,也没有参考的标准,需要不断地探索迭代以及完善。
面对以上困难,在今后的实践过程中先进行一下两点的改进:
(一)师资队伍建设。调动我校信息技术教师积极性,通过定期开展学科教研活动,提升信息技术教师专业素养,促进科技创新辅导能力,进而培养一支具有创客能力和创新精神的老师。
(二)编辑校本课程。通过访谈、调查问卷等形式了解师生对arduino的态度及建议,在教师磨课的过程中,编辑出符合我校实际的校本课程,方便学生学习。
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