六年級樹莓派機器人編程課 9初識數(shù)碼管（教學設計）

六年級樹莓派機器人編程課9初識數(shù)碼管（教學設計）授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點授課時間教學內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學內(nèi)容為六年級樹莓派機器人編程課的初識數(shù)碼管部分，教材章節(jié)為《樹莓派機器人編程實戰(zhàn)》。本節(jié)課將介紹數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及如何在樹莓派上進行編程控制。教學內(nèi)容與學生已有知識的聯(lián)系主要在于：學生需要掌握基本的計算機編程知識，了解樹莓派的基本使用方法，以及具備一定的科學實驗操作能力。通過本節(jié)課的學習，學生將能夠掌握數(shù)碼管的工作原理，熟練地在樹莓派上進行數(shù)碼管編程控制，進一步培養(yǎng)學生的科技創(chuàng)新能力和實踐操作能力。核心素養(yǎng)目標本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標主要包括以下幾個方面：

1.信息意識：培養(yǎng)學生對數(shù)碼管及其應用的關注和好奇心，引導學生主動搜集和處理相關信息。

2.創(chuàng)新實踐：通過編程實踐，培養(yǎng)學生解決問題的能力，提高學生的創(chuàng)新實踐能力。

3.團隊協(xié)作：在課堂討論和實驗操作中，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識，提高學生的溝通能力。

4.批判性思維：引導學生對編程過程中出現(xiàn)的問題進行分析和思考，培養(yǎng)學生的批判性思維。學情分析針對六年級的學生，他們在知識層次上已經(jīng)掌握了基本的數(shù)學和科學知識，對于電子元件有一定的了解。在能力層次上，他們具備基本的邏輯思維能力和實驗操作能力，能夠進行簡單的編程實踐。在素質(zhì)方面，學生們表現(xiàn)出對新技術(shù)和新知識的強烈好奇心，對于機器人編程有著較高的興趣。

然而，學生們在行為習慣上存在差異。部分學生可能對編程和電子技術(shù)有先入為主的畏難情緒，需要在教學過程中給予更多的鼓勵和支持。另外，部分學生在實驗操作過程中可能不夠細心，容易忽視細節(jié)，這對于編程控制數(shù)碼管的準確性和穩(wěn)定性會產(chǎn)生影響。

針對這些學情特點，本節(jié)課的教學設計和實施將注重引導學生克服畏難情緒，鼓勵他們積極參與實驗操作和編程實踐。同時，通過小組合作和互動交流，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力和溝通能力，提高他們對細節(jié)的關注度，從而更好地完成數(shù)碼管編程任務。教學資源準備1.教材：確保每位學生都有《樹莓派機器人編程實戰(zhàn)》教材，以便跟隨教學進度進行學習和實踐。

2.輔助材料：收集與數(shù)碼管相關的圖片、圖表和視頻等多媒體資源，以直觀地向?qū)W生展示數(shù)碼管的工作原理和編程控制過程。

3.實驗器材：準備數(shù)碼管、樹莓派開發(fā)板、連接線等實驗器材，并確保其完整性和安全性，以便學生進行實驗操作和編程實踐。

4.教室布置：根據(jù)教學需要，將教室布置成分組討論區(qū)和實驗操作臺，以便學生進行小組合作和實驗操作。教學實施過程1.課前自主探索

教師活動：

-發(fā)布預習任務：通過在線平臺或班級微信群，發(fā)布預習資料，如PPT、視頻、文檔等，明確預習目標和要求。

-設計預習問題：圍繞“初識數(shù)碼管”課題，設計一系列具有啟發(fā)性和探究性的問題，引導學生自主思考。

-監(jiān)控預習進度：利用平臺功能或?qū)W生反饋，監(jiān)控學生的預習進度，確保預習效果。

學生活動：

-自主閱讀預習資料：按照預習要求，自主閱讀預習資料，理解數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)和編程原理。

-思考預習問題：針對預習問題，進行獨立思考，記錄自己的理解和疑問。

-提交預習成果：將預習成果（如筆記、思維導圖、問題等）提交至平臺或老師處。

教學方法/手段/資源：

-自主學習法：引導學生自主思考，培養(yǎng)自主學習能力。

-信息技術(shù)手段：利用在線平臺、微信群等，實現(xiàn)預習資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

-幫助學生提前了解數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)和編程原理，為課堂學習做好準備。

-培養(yǎng)學生的自主學習能力和獨立思考能力。

2.課中強化技能

教師活動：

-導入新課：通過故事、案例或視頻等方式，引出數(shù)碼管編程的實際應用，激發(fā)學生的學習興趣。

-講解知識點：詳細講解數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)和編程原理，結(jié)合實例幫助學生理解。

-組織課堂活動：設計小組討論、實驗等活動，讓學生在實踐中掌握數(shù)碼管編程技能。

-解答疑問：針對學生在學習中產(chǎn)生的疑問，進行及時解答和指導。

學生活動：

-聽講并思考：認真聽講，積極思考老師提出的問題。

-參與課堂活動：積極參與小組討論、實驗等活動，體驗數(shù)碼管編程的實際應用。

-提問與討論：針對不懂的問題或新的想法，勇敢提問并參與討論。

教學方法/手段/資源：

-講授法：通過詳細講解，幫助學生理解數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)和編程原理。

-實踐活動法：設計實踐活動，讓學生在實踐中掌握數(shù)碼管編程技能。

-合作學習法：通過小組討論等活動，培養(yǎng)學生的團隊合作意識和溝通能力。

作用與目的：

-幫助學生深入理解數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)和編程原理，掌握數(shù)碼管編程技能。

-通過實踐活動，培養(yǎng)學生的動手能力和解決問題的能力。

-通過合作學習，培養(yǎng)學生的團隊合作意識和溝通能力。

3.課后拓展應用

教師活動：

-布置作業(yè)：根據(jù)數(shù)碼管編程課題，布置適量的課后作業(yè)，鞏固學習效果。

-提供拓展資源：提供與數(shù)碼管編程相關的拓展資源（如書籍、網(wǎng)站、視頻等），供學生進一步學習。

-反饋作業(yè)情況：及時批改作業(yè)，給予學生反饋和指導。

學生活動：

-完成作業(yè)：認真完成老師布置的課后作業(yè)，鞏固學習效果。

-拓展學習：利用老師提供的拓展資源，進行進一步的學習和思考。

-反思總結(jié)：對自己的學習過程和成果進行反思和總結(jié)，提出改進建議。

教學方法/手段/資源：

-自主學習法：引導學生自主完成作業(yè)和拓展學習。

-反思總結(jié)法：引導學生對自己的學習過程和成果進行反思和總結(jié)。

作用與目的：

-鞏固學生在課堂上學到的數(shù)碼管編程知識點和技能。

-通過拓展學習，拓寬學生的知識視野和思維方式。

-通過反思總結(jié)，幫助學生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進建議，促進自我提升。知識點梳理本節(jié)課的主要教學內(nèi)容為數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)和編程控制方法。以下是本節(jié)課需要掌握的知識點梳理：

1.數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)

-數(shù)碼管的定義和分類

-常見數(shù)碼管的實物展示和圖片

-數(shù)碼管的引腳分布和功能

-數(shù)碼管的顯示原理

2.數(shù)碼管的編程原理

-數(shù)碼管的掃描顯示原理

-數(shù)碼管的顯示控制信號

-數(shù)碼管的驅(qū)動電路

-數(shù)碼管的顯示編程方法

3.樹莓派的數(shù)碼管編程

-樹莓派的GPIO接口介紹

-樹莓派數(shù)碼管編程庫的安裝和使用

-數(shù)碼管顯示控制代碼的編寫和調(diào)試

-數(shù)碼管顯示實例和拓展應用

4.數(shù)碼管編程實踐

-數(shù)碼管顯示數(shù)字的編程實踐

-數(shù)碼管顯示字符的編程實踐

-數(shù)碼管顯示動畫的編程實踐

-數(shù)碼管與其他模塊的聯(lián)合編程實踐

5.數(shù)碼管編程的注意事項

-數(shù)碼管驅(qū)動電路的連接和調(diào)試

-數(shù)碼管編程代碼的優(yōu)化和調(diào)試

-數(shù)碼管顯示過程中的常見問題和解決方法

-數(shù)碼管編程的安全性和可靠性典型例題講解本節(jié)課的典型例題將圍繞數(shù)碼管編程展開，通過具體的編程實例讓學生更好地理解數(shù)碼管的工作原理和編程方法。以下是五個典型的例題及其解答：

例題1：數(shù)碼管顯示數(shù)字“1234”

解答：首先，我們需要使用樹莓派的GPIO接口來控制數(shù)碼管的顯示。通過編寫程序，我們可以使用數(shù)碼管的掃描顯示原理來顯示數(shù)字“1234”。具體的代碼實現(xiàn)如下：

```python

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

#設置GPIO口

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(18,GPIO.OUT)

GPIO.setup(23,GPIO.OUT)

GPIO.setup(24,GPIO.OUT)

GPIO.setup(25,GPIO.OUT)

#定義數(shù)碼管的顯示函數(shù)

defdisplay_number(number):

foriinrange(len(number)):

GPIO.output(18,(number[i]&0x01)>0)

GPIO.output(23,(number[i]&0x02)>0)

GPIO.output(24,(number[i]&0x04)>0)

GPIO.output(25,(number[i]&0x08)>0)

time.sleep(0.001)

#顯示數(shù)字“1234”

display_number("1234")

#關閉GPIO口

GPIO.cleanup()

```

例題2：數(shù)碼管顯示字符“ABCD”

解答：與顯示數(shù)字類似，我們也可以使用數(shù)碼管的掃描顯示原理來顯示字符“ABCD”。首先，我們需要將字符轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字編碼，然后使用display_number函數(shù)來顯示。具體的代碼實現(xiàn)如下：

```python

#定義字符到數(shù)字編碼的映射關系

char_to_num={

'A':0x30,

'B':0x5E,

'C':0x7D,

'D':0x7F

}

#顯示字符“ABCD”

forcharin"ABCD":

display_number(char_to_num[char])

```

例題3：數(shù)碼管顯示動畫“滾動數(shù)字”

解答：通過編寫程序，我們可以實現(xiàn)數(shù)碼管顯示動畫，例如滾動顯示數(shù)字“12345”。具體的代碼實現(xiàn)如下：

```python

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

#設置GPIO口

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(18,GPIO.OUT)

GPIO.setup(23,GPIO.OUT)

GPIO.setup(24,GPIO.OUT)

GPIO.setup(25,GPIO.OUT)

#定義數(shù)碼管的顯示函數(shù)

defdisplay_number(number):

foriinrange(len(number)):

GPIO.output(18,(number[i]&0x01)>0)

GPIO.output(23,(number[i]&0x02)>0)

GPIO.output(24,(number[i]&0x04)>0)

GPIO.output(25,(number[i]&0x08)>0)

time.sleep(0.001)

#定義滾動顯示函數(shù)

defscroll_display(number,delay=0.5):

foriinrange(len(number)):

display_number(number[i:]+number[:i])

time.sleep(delay)

#顯示滾動數(shù)字“12345”

scroll_display("12345")

#關閉GPIO口

GPIO.cleanup()

```

例題4：數(shù)碼管顯示溫度信息

解答：通過樹莓派的溫度傳感器，我們可以獲取當前的溫度信息，并使用數(shù)碼管顯示。具體的代碼實現(xiàn)如下：

```python

importRPi.GPIOasGPIO

importAdafruit_DHT

#設置GPIO口

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(4,GPIO.IN)

#定義溫度傳感器讀取函數(shù)

defread_temperature():

sensor=Adafruit_DHT.DHT11

humidity,temperature=Adafruit_DHT.read_retry(sensor,4)

returntemperature

#定義數(shù)碼管的顯示函數(shù)

defdisplay_temperature(temperature):

#將溫度轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字編碼

temp_num=int(temperature)

temp_str=str(temp_num)

display_number(temp_str)

#獲取并顯示溫度信息

temperature=read_temperature()

display_temperature(temperature)

#關閉GPIO口

GPIO.cleanup()

```

例題5：數(shù)碼管顯示實時時間

解答：通過樹莓派的時間模塊，我們可以獲取當前的系統(tǒng)時間，并使用數(shù)碼管顯示。具體的代碼實現(xiàn)如下：

```python

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

importdatetime

#設置GPIO口

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(18,GPIO.OUT)

GPIO.setup(23,GPIO.OUT)

GPIO.setup(24,GPIO.OUT)

GPIO.setup(25,GPIO.OUT)

#定義數(shù)碼管的顯示函數(shù)

defdisplay_number(number):

foriinrange(len(number)):

GPIO.output(18,(number[i]&0x01)>0)

GPIO.output(23,(number[i]&0x02)>0)

GPIO.output(24,(number[i]&0x04)>0)

GPIO.output(25,(number[i]&0x08)>0)

time.sleep(0.001)

#定義顯示時間的函數(shù)

defdisplay_time():

now=datetime.datetime.now()

hour=now.hour

minute=now.minute

second=now.second

#將時間轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字編碼

hour_num=int(hour)

hour_str=str(hour_num)

minute_num=int(minute)

minute_str=str(minute_num)

second_num=int(second)

second_str=str(second_num)

display_number(hour_str)