創(chuàng)客教育開(kāi)源硬件掌控板項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)范例

#項(xiàng)目名稱(chēng)：感知環(huán)境一、項(xiàng)目前置知識(shí)簡(jiǎn)析本項(xiàng)目配合教材必修一課程使用，基于核心知識(shí)點(diǎn)：數(shù)據(jù)與信息。教學(xué)需要的前置知識(shí)點(diǎn)有：1、 數(shù)據(jù)特征2、 信息特征項(xiàng)LI實(shí)踐內(nèi)容主要包括：1、 學(xué)習(xí)如何使用傳感器采集數(shù)據(jù)；2、 學(xué)習(xí)從數(shù)據(jù)中獲取信息；3、 理解數(shù)字量和模擬量的概念；4、 理解數(shù)據(jù)與信息的概念和它們之間的關(guān)系；5、 學(xué)習(xí)計(jì)算思維的概念，理解如何借助計(jì)算思維解決計(jì)算問(wèn)題。二、 教學(xué)目標(biāo)1、 根據(jù)連線圖進(jìn)行實(shí)物連接，理解傳感器的使用和接線方法；2、 理解數(shù)據(jù)釆集的方法；3、 掌握在BXY中編寫(xiě)代碼及查看數(shù)據(jù)的方法；4、 掌握從數(shù)據(jù)中獲取信息的能力。三、 教學(xué)中點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：根據(jù)連線圖進(jìn)行實(shí)物連接，理解傳感器的使用方法。教學(xué)難點(diǎn)：掌握在BXY中編寫(xiě)代碼讀取傳感器數(shù)據(jù)。教學(xué)流程1、背景分析，引入H標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖情景導(dǎo)入1背景故事閱讀：大家都知道?在氣溫過(guò)罷和過(guò)低的時(shí)侯都會(huì)影響到我們身怎的狀態(tài)，甚至可能會(huì)生病?但是你知道嗎？其實(shí)除了溫度，還有其他因素會(huì)彭響到我們的身心狀態(tài)?在炎熱的夏季，很多人都會(huì)覺(jué)得悶熱難忍，身體乏力，而在冬季?很多人又會(huì)覺(jué)得干燥上火，大多數(shù)人認(rèn)為這是”溫度"在作祟?其實(shí)?彩響我們身體健廣及身心健護(hù)的并不僅僅是溫度，空氣濕度也是造成這一現(xiàn)越的主要原因。參與討論，并記錄討論結(jié)果?逬行分享?通過(guò)討論影響身體狀況的因素?引出濕度的條件?提岀冋題并討論：1、 大冢知道空氣濕度是隨著什么變化的嗎？（會(huì)根據(jù)一年四季的氣候?qū)D化而變化。）2、 那么濕度的多少會(huì)影響到我們的身禪健康呢？（引入到下階段資料閱讀）缶到不運(yùn)在了解了空氣中的溫濕度條件對(duì)健康的影響?在了解了空氣中的溫濕度條件對(duì)健康的影響?引出本節(jié)課的目標(biāo)，設(shè)計(jì)環(huán)煩檢測(cè)裝置的任務(wù)?參與討論，并記錄討論結(jié)果?逬行分享-參與討論，并記錄討論結(jié)果?逬行分享-人體感覺(jué)比採(cǎi)毎適的濕度S40%-60%f。在空氣濕度情景導(dǎo)入為5 / \2 5%時(shí)/病菌較難傳播；但如果空氣濕度超過(guò)65%<人會(huì)感到悶悶、呼吸困難?濕度過(guò)高時(shí)?潮濕旳空氣容易讓入患風(fēng)濕病和氣管炎，相對(duì)濕度如果達(dá)到80%以上?有礙人的機(jī)體蒸友散熱?對(duì)患有腎病、結(jié)核病二慢性腰腿病的人都有不艮影響?如超過(guò)90%?會(huì)使人體呼吸系統(tǒng)和黏膜產(chǎn)生不適?當(dāng)室內(nèi)空氣濕度低于40%的時(shí)候?灰塵、細(xì)菌等容易附著在黏膜上>剌激喉部>引友咳嗽，同時(shí)容易誘友支氣管炎、哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病。濕度過(guò)小時(shí)?因上呼吸道粘膜的水分大皇喪失，人感覺(jué)口干舌燥，甚至出現(xiàn)咽陵腫痛、聲音嘶啞和鼻出血?并誘友愍冒。

提岀冋題并討論：1、 那么，在了解了濕度對(duì)入體的影響后，猜猜現(xiàn)在的溫度與濕度大概是多少？2、 結(jié)合溫度與濕度，分析一下什么樣的溫濕度是會(huì)讓人感覺(jué)舒適的，什么樣是會(huì)彩響健康的?提示：統(tǒng)計(jì)記錄大冢的猜測(cè)的溫濕度與適宜的溫濕度，可以與后續(xù)實(shí)際測(cè)得的數(shù)扌居逬行對(duì)比?敎師總結(jié)：在這里，溫度與濕度的數(shù)值就是"數(shù)據(jù)"，而我們通過(guò)這兩個(gè)數(shù)值分析得出對(duì)健鬲有影響的狀態(tài)就是“信息"?當(dāng)我們積累足夠多的“信息"?這些信息也就是我們自己的“知識(shí)"了?引出目標(biāo)數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)與皆彗的遞進(jìn)矢系妊垃認(rèn)尢孚系鬥w芒充實(shí)的信e引出目標(biāo)數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)與皆彗的遞進(jìn)矢系妊垃認(rèn)尢孚系鬥w芒充實(shí)的信e犧參旳穴容，獨(dú)立時(shí)無(wú)色義回顧數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)與智彗之間的吳系并思考本節(jié)課的任務(wù)如何設(shè)計(jì)。明確目標(biāo)為下階段任務(wù)做準(zhǔn)備。通過(guò)以上的學(xué)習(xí)、大家了解到溫濕度對(duì)健康的重要性?我們需要一個(gè)能夠檢測(cè)環(huán)境溫濕度并且能夠在環(huán)境孌差的時(shí)候提醒我們的裝習(xí)。2、項(xiàng)H實(shí)踐對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，分為三人一組完成項(xiàng)口。討論對(duì)該裝置的功能需求環(huán)節(jié)1問(wèn)題分解教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖

根據(jù)計(jì)蔓思維解決冋題的流程，第一步就是問(wèn)題的分為了方便分析?帯領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)使用思維導(dǎo)圖工具?教師根據(jù)以下示例?引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖的使用及應(yīng)用思維導(dǎo)雯時(shí)的思路。環(huán)節(jié)1

問(wèn)題分解環(huán)節(jié)1

問(wèn)題分解學(xué)生利用思維導(dǎo)圖工具分析裝這的功能需求和設(shè)計(jì)需求?完成并分享在此環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖工具來(lái)訓(xùn)練學(xué)生的問(wèn)題分解與關(guān)聯(lián)的能力?

環(huán)節(jié)2模式識(shí)別教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖環(huán)節(jié)2模式識(shí)別計(jì)豊思維的第二步是模式識(shí)別?利用KANO模型可以快速的實(shí)現(xiàn)功能的模式識(shí)別。KANO模型工具介紹：KANO模型適用于對(duì)大里需求進(jìn)行分婪和整理旳一種分析模型，能夠快速將需求歸尖整理理出產(chǎn)品的核心需求，并篩去非必要甚至有彩響產(chǎn)品滿(mǎn)意度的需求?根據(jù)不同尖型的質(zhì)星特住與煩客滿(mǎn)意度之間的尖系，狩野敎?zhǔn)趯a(chǎn)品服務(wù)的質(zhì)量特性分為五類(lèi):基本（必備）型需求 Must-beQuality/BasicQuality崩望（意恿）型需求 One-dimensionalQuality/PerformaneeQuality興奮（魅力）型需求—AttractiveQuality/ExcitementQuality無(wú)差異型需求 IndifferentQuality/NeutralQuality反向（逆向）型需求 ReverseQuality?亦可以將?Quality*館譯成”質(zhì)皇"或”品質(zhì)”?前三種需求根據(jù)績(jī)效指標(biāo)分尖就是基本因素、績(jī)效因素和激勵(lì)因素。提示：簡(jiǎn)化KANO模型?將需求簡(jiǎn)單分為：1、基礎(chǔ)需求，就是最基礎(chǔ)的必要功能；2、期望吾求，就是在完成了基礎(chǔ)需求的基礎(chǔ)上，有這些功能會(huì)提升體驗(yàn)感；3、無(wú)差異需求，就是無(wú)論有沒(méi)有，并不會(huì)影響使用體驗(yàn)的好壞?按照要求引導(dǎo)完成分析■并填寫(xiě)完成表格內(nèi)容?逬行計(jì)豊思維第二步的分析，并學(xué)習(xí)KAN0模型工具解決實(shí)際問(wèn)題。KANO模型表格示例：項(xiàng)目需求分級(jí)表基礎(chǔ)需求期望需求無(wú)差異需求測(cè)得溫度數(shù)據(jù)測(cè)得濕度數(shù)據(jù)可以根據(jù)溫度孌化提醍用戶(hù)酷炫的外觀R提示：根據(jù)分析得出.基礎(chǔ)需求為：1、 能夠監(jiān)測(cè)和顯示環(huán)境溫度與濕度;2、 能夠提醒入們溫度濕度不適宜了。環(huán)節(jié)3知識(shí)學(xué)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖硬件知識(shí)導(dǎo)入教師提冋：1、 在你們的家里有沒(méi)有可以檢測(cè)環(huán)墳信息的物品？（如溫度計(jì)、濕度計(jì)等）2、 你們知道他們的工作原理嗎？（針對(duì)幾種常見(jiàn)物品逬行簡(jiǎn)析?水銀溫度計(jì)：根據(jù)熱脹冷縮的原連來(lái)反饋溫度；傳販器溫濕度計(jì)：通過(guò)傳販器檢測(cè)溫濕度逬行反饋?）引出傳販器和學(xué)控板編程控制?討論河題并記錄.引出傳感器與字控板編程控制?硬件介紹：掌控板掌控板擴(kuò)展板溫濕度傳感器掌控板掌控板擴(kuò)展板溫濕度傳感器拿控板在這個(gè)案例中的作用是作為核心控制板?用于實(shí)現(xiàn)我們編寫(xiě)程序中的功能，并且板載模塊多?事控板功能模決如圖?事控板支持MicroPython編程，可以通過(guò)Python語(yǔ)法來(lái)編程控制硬絆?掌控板介紹:（RGBLED）rA :座B（外部輸入接口〕—GNDOLED你好世養(yǎng)

（外部輸入接口〕—GNDOLED你好世養(yǎng)

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HA/Vti世界線傳感霽）isaniHnn引導(dǎo)環(huán)節(jié):FS上壹IM1-S崖可以看到字控版上有很多擴(kuò)展引腳，但是我們要怎么接出來(lái)呢？我們需要借助10擴(kuò)展板來(lái)將劃分得很細(xì)得這些引腳引岀來(lái)使用?10擴(kuò)展板介紹：擴(kuò)展板的作用是將拿控板上的10口以接線口的形式引出，方便我們接入傳甌器、執(zhí)行骼等模決。10口與拿控板上的接口一一對(duì)應(yīng)?蜂嗚器開(kāi)尖 金手扌旨 USB電源接口 電源指示燈UART電源開(kāi)尖電池接口UART電源開(kāi)尖電池接口電機(jī)接口溫濕度傳感器是傳甌器得一種?它的功能則是用于采隼溫度和濕度數(shù)據(jù)?讓我們可以通過(guò)拿控板有到環(huán)煩得溫濕度數(shù)據(jù)及變化。連接模塊，并逬行簡(jiǎn)單控制讀取環(huán)煩溫濕度數(shù)據(jù)。詳細(xì)連接與操作參考教程文檔。硬件搭建硬件清單：主控：拿控板?擴(kuò)展板；模塊：溫濕度傳感器。通過(guò)圖示或?qū)嵨镎故荆耗每匕迮c擴(kuò)展板的連接方式（主要是防止主控板插反）和傳感器與擴(kuò)展板的連接方法（防止反接>可能會(huì)損傷模塊）。學(xué)生操作：按照接線圖將模塊利用連接線組裝好。（提示學(xué)生注意接線的顏色與接口的顏色對(duì)應(yīng)）注：此処傳感器接到了擴(kuò)展板的P0接口，這里接口與后續(xù)編程中程序使用的接口號(hào)需要一致。如果這里接到了P1在程序中，所有P0的指令需要替換為P1。

程岸部分：本項(xiàng)目使用到的編程軟件為BXYPythonEditor（后直接用BXY表示），該軟件是一款運(yùn)行于Windows平臺(tái)的MicroPython編程IDE＞界面簡(jiǎn)潔?操作便利。內(nèi)置了很多基礎(chǔ)操作庫(kù)。為眾多MicroPython爰好者提供了一個(gè)簡(jiǎn)潔實(shí)用的平臺(tái)。我們需要下載MicroPython編程IDE-BXY注：BXY在下載安裝時(shí)有綠色版和安裝版兩種可以選^^擇，建議使用安裝版，綠色版使用時(shí)需要注意，初次開(kāi)百是沒(méi)有示例程序的，需要在有網(wǎng)的前提下，首次百動(dòng)軟件—次后重匡才可以看到。程序運(yùn)行效果:菜罩欄00000000MM 會(huì)."程序運(yùn)行效果:菜罩欄00000000MM 會(huì)."軟件界面功能如圖詳細(xì)操作步驟見(jiàn)附錄。112345678學(xué)習(xí)BXY軟件操作，調(diào)試程序，并能通過(guò)模塊獲取溫濕度數(shù)據(jù)。程序解析：frommpythonimport*fromdhtimportDHT11importtime#導(dǎo)入程序必要的包和塊dht=DHTU(Pin(Pin.PO))#設(shè)置DHT11傳感器引腳vhileTrue：dht.measure0oled.fill(O)oled.DispChar(/'溫度："，0,10)

910213oled.text(，z%dz/%(dht.temperature()),4&14)oled.DispCharC濕度："，0,35)910213oled.textCz%d，/%(dht.humidity0),4&40)oled?show()time,sleep(l)教師提問(wèn)：傳感器獲取到的溫度和濕度屬于什么信號(hào)？（數(shù)字信號(hào)/模擬信號(hào)）環(huán)節(jié)4抽象化教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖環(huán)節(jié)4抽象化概念敎師講解：在上一步中■我們分析得出了幾個(gè)具越化的功能，就是每個(gè)功能都很具體?可能由于項(xiàng)目?jī)?nèi)容不是很復(fù)殺，所以條件較少?還可以分辨清楚，但是當(dāng)具箋化的條件變多之后，這些條件之間的邏垣尖糸就會(huì)變得復(fù)雜，就需要我們將這些冋題逬行擁雯化處浬。抽姦化槪念：抽吏化是提取槪念的本質(zhì)的過(guò)程?這樣的話就去除了與原來(lái)有矣聯(lián)的現(xiàn)實(shí)中的對(duì)越的依賴(lài)矢系?并對(duì)其逬行泛化.使其具有更廣泛的應(yīng)用，從而與其他等效現(xiàn)象的擁黒描述相匹配?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是識(shí)別模式形成背后的一般原理。這么看也許很不好理解?下固用示例釆堵強(qiáng)大冢對(duì)抽越化這一步驟的理解，如團(tuán)是將丑小粵旳敵事和灰姑娘的故事中的矣鍵點(diǎn)進(jìn)行抽箋化提取，然后逬行對(duì)比?抽妾化杲例教學(xué)：?jiǎn)?這里好黒嘰。抽越化結(jié)果：需要光源（開(kāi)燈或手電）問(wèn)：我好冷呱?抽箋化結(jié)果：需要幵空誠(chéng)或加衣服動(dòng)檜 II 女孩參與抽象化學(xué)習(xí)?并對(duì)問(wèn)題逬行抽象化處理，記錄?由于本案例對(duì)抽霞化應(yīng)用比tvi^n 9主要需要學(xué)習(xí)推妾化的分析方式及使用它UK]乂0

序號(hào)條件抽象化結(jié)果1能夠監(jiān)測(cè)和顯示環(huán)境溫度與濕度讀取傳感器數(shù)據(jù)示例：我們項(xiàng)目中提取出來(lái)的核心需求:示例：我們項(xiàng)目中提取出來(lái)的核心需求:1、 能夠監(jiān)測(cè)和顯示環(huán)境溫度與濕度；2、 能夠提81人們溫度濕度不適宜了。經(jīng)過(guò)抽象化之后就是：1、 讀取傳感器數(shù)據(jù)；2、 傳感器數(shù)值在超過(guò)閾值時(shí)報(bào)警環(huán)節(jié)5算法設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖環(huán)節(jié)5蔓法設(shè)計(jì)提示：本環(huán)節(jié)將任務(wù)分為三個(gè)階段，逬行宜法設(shè)計(jì)與程序編寫(xiě)，由于這階段學(xué)生還未學(xué)習(xí)算法相尖知識(shí)?所以這里的蔓法設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)化，通過(guò)河題引導(dǎo)學(xué)生討論?通過(guò)實(shí)驗(yàn)并記錄在手冊(cè)中?夏法設(shè)計(jì)階段一數(shù)據(jù)測(cè)試教師提冋:如果當(dāng)溫度和濕度到達(dá)不宜健護(hù)的時(shí)候?我們通過(guò)設(shè)計(jì)旳裝置提醒?然后打開(kāi)窗戶(hù)（或其他改變環(huán)煩條件的操作）這時(shí)，教空內(nèi)的溫度和濕度會(huì)立刻恢復(fù)到合適的數(shù)值范長(zhǎng)內(nèi)嗎？不會(huì)？為什么？回答示例：因?yàn)榄h(huán)煩數(shù)據(jù)的變化是一個(gè)緩慢變化的過(guò)程?不會(huì)出現(xiàn)斷崖式上升或下降的情況?敎師提示：如果等到溫濕度己經(jīng)到達(dá)“紅線"時(shí)再提醒?就會(huì)有些遲了?所以，我們需要在數(shù)據(jù)趨近于臨界值之前就進(jìn)行提醒?那么需要提前多久？在什么時(shí)候提醒？就需要我們逬行對(duì)數(shù)據(jù)的捜集并預(yù)估。如:幵畫(huà)10分神的溫濕度變化前后對(duì)比至內(nèi)封岡10分鐘溫濕度變化前后對(duì)比打開(kāi)加濕器10分鐘溫濕度前后對(duì)比每個(gè)小組選擇不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，并記錄之后將大家得到的結(jié)果進(jìn)行分享?憑信這些數(shù)據(jù)推負(fù)需要在何時(shí)提醒“我“環(huán)墳即將孌得"不宜“。在運(yùn)行裝置時(shí)可能會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題?所以設(shè)計(jì)萇法之前需要將現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的冋題進(jìn)行思考?減少河題的友生率.

豊法設(shè)計(jì)階段二設(shè)置提醒教師提冋:拿控板上有這么多執(zhí)行器可以對(duì)我們進(jìn)行提醒?你所選擇得方式是什么？提示：根據(jù)小組選擇得執(zhí)行器不同，去苣閱資料獲取該執(zhí)行器的使用方法。（參考示例程序中if函數(shù)的使用方法來(lái)編寫(xiě)到自己的程學(xué)中。小組討論決定使用什么功能作為提醒?此步作為豊法設(shè)計(jì)初步接觸了解判斷功能為之后學(xué)習(xí)豊法打下基昭?項(xiàng)目示例程序：示例程序是使用聿控板上方的三顆彩燈實(shí)現(xiàn)提醒功能。123456789101214168192022425frommpythonimport*fromdhtimportDHT11importtimedht=DHTll(Pin(Pin.P0))whileTrue:x=dht.temperature()#定義溫度值為Xy=dht.humidity0#定義濕度值為Ydht?measure0oled.fill(0)oled.DispChar溫度："，0,10)oled.text(/z%d，?%(dht.temperature0),4&14)oled.DispChar濕度:",0,3