《《基于Arduino的二进制编码体验》 教学设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《基于Arduino的二进制编码体验》 教学设计.docx（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于Arduino的二进制编码体验 教学设计 教学内容分析 二进制的概念对于中学生来说还是比较难掌握的一个知识点，以前我在该模块的教学中主要采取的是理论讲解法，学生会觉得比较枯燥，难以理解。此前，我刚给高二年级的学生开过一期Arduino趣味编程与电子制作校本选修课，所以在高一信息技术基础课程该模块的教学设计上，自然而然地想到了将二者在某些内容上进行结合，用生动有趣的实验辅助教学以提高教学效率。本节课选取信息技术基础（浙江教育出版社）第一章第二节信息的编码的部分内容，同时整合了第三章第四节信息编程加工中的部分内容。本节创设的Arduino环境可以帮助学生掌握二进制编码的概念，将二进制计数器变为
2、现实，同时使其对计算机编程产生兴趣。 学情分析按学校的教学安排，教学对象为高一学生。他们经过初中信息技术课程的学习，掌握了计算机的基础操作，具备了一定的网络知识。但是对大多数学生来说，这是他们第一次编写计算机程序。学生对编程加工往往充满了期待，但是面对由数字、符号组成的程序，他们又有畏难情绪，还可能觉得枯燥。所以本节课我用看得见、摸得着的软硬件相结合的实验任务，通过分析代码引导学生进行思考，了解计算机的工作机制，培养学生的学习兴趣。 教学目标知识与技能目标：了解Arduino的编程环境，初识C程序代码；了解二进制编码的概念和二进制计数系统的特点。过程与方法目标：体验二进制编码的一般过程；引领学
3、习与自主学习相结合。情感态度与价值观目标：通过信息的二进制编码与二进制计数的学习讲解，进一步学习计算机原理，不断探究新知，了解科技新领域；培养自主探索、协作研究的精神，鼓励善于发现问题、提出问题，并分析、解决问题；初识编程，感受利用计算机解决问题的独特魅力，培养学习兴趣。 教学重点及难点教学重点：体验二进制编码的一般过程；理解二进制计数的方法。教学难点：理解二进制计数的方法。 教学资源与工具多媒体教学网络教室，Arduino开发板以及相应的电路元器件；部分源程序代码文件；Arduino控制的光立方展示作品。 教学过程1.创设情境，导入课题教师首先将在高二校本选修课Arduino趣味编程及电子制
4、作课上制作过的一个444矩阵LED光立方作品展示给学生，他们一下子就被这个炫彩的光立方吸引了，激发了进一步学习的兴趣。教师顺势提出本课问题：这个光立方是被谁控制的呢？它是怎样形成复杂的图案的？大家想不想做出自己的炫彩矩阵效果灯呢？教师发出邀请：那就让我们一起从Arduino控制LED小灯开始吧。导入课题：揭开光立方的秘密基于Arduino的二进制信息编码体验。2.Arduino控制LED小灯初体验本体验任务的目标是让学生了解并掌握利用Arduino编程控制LED灯的过程（如下页表1），各项难度指标都属于入门级，一般学生都可以完成。教师首先讲解使用到的硬件及其连接方法，然后示范利用Arduino
5、编程控制LED灯的过程，说明注意事项。在互动体验学习环节中，教师和学生一起连接好电路，一起解读相应的代码，并告诉学生打开或关闭LED灯的命令。学生可以自行修改代码，选择打开或者关闭，然后编译代码并上传到Arduino开发板，就可以让程序控制小灯了，同时提示学生观察结果。教师巧妙设计、分解任务单，从小的、简单的任务开始，显性任务虽然只是简单地记录了小灯的状态，但却为编码概念的提出作了铺垫。图1为连接电路图及主要程序代码。3.自主学习：控制两个LED灯教师抛出问题：用一个LED灯能实现光立方吗？这个问题的答案显然是否定的。教师继续抛出问题：那要不要再增加一个LED灯，并实现对两个LED灯的控制（如
6、表2）？教师分发新的任务单和实验材料，一个电阻、一个LED灯以及连接用的导线。图2为连接电路图及主要程序代码。学生在任务一的硬件电路基础上，增加两个新的元器件的难度系数也是适中的，最终轻松地完成了电路的调整。教师让学生自主学习修改任务一中的程序，使两个LED灯亮或者灭，并记录自己的两个LED灯的状态。教师通过电子教室回收并展示学生的任务单。有的学生用中文亮、灭描述，有的学生用英文on、off描述，有的用数字1、0描述，这些正是教师预设想要的结果，为讲解编码的概念埋下了伏笔。教师指出学生的描述都是正确的，对状态用不同的形式进行记录的过程就是编码的过程。教师引出本节课的一个重要概念：从一种形式或格
7、式转换为另一种形式就是编码。编码就是用预先规定的方法将文字、数字或其他对象编成数码，或将信息、数据转换成规定的电脉冲信号。虽然每个人对于每个灯的状态的描述用到了不同的语言或形式，但每个人都是只有两种情况，这和二进制只有两个基本数字是一致的，所以学生进行的编码过程也可以称为是二进制形式的编码。数字化编码，为了统一编码结果的形式，方便交流，对于每一个LED灯，灭的状态用数字0表示，亮的状态用1表示。请学生修改自己的任务单，把结果数字化表示。引出本节课的第二个重要概念：用数字0和1表示的编码就是二进制编码。同时指出，数字系统中常用的编码有两类，一类是二进制编码，另一类是十进制编码。再次回收数字化后的
8、编码结果，并和学生一起进行结果的汇总，将数字化后的编码写在黑板上，最后发现只有4个不同的记录。抛出问题：控制两个LED灯，还有没有其他的不同状态？经过大家的讨论和验证，得出了一致的结论，两个LED灯的亮灭状态一共有4种：00、01、10、11。4.轻松升级：控制三个LED灯看似简单而重复的任务升级，但是其作用和意义都是巨大的。教师设计这一系列任务的过程中，始终坚持循序渐进，逐步深入，最终达到其义自见的目标（如表3）。至此，学生们已经从现象中很好地掌握了二进制编码的意义与具体实现方式。本节课另外一个重要的教学内容是二进制计数。之前发给学生的任务二、三表格的最后都预留了一个空列。此时，可以让学生一
9、起在最后一列的表头写上计数，然后请他们将前面的编码状态进行计数的编号。例如，在任务二中，依次将“00，01，10，11”这4个状态的计数值填写为0、1、2、3，并简单解析十进制计数值的增长与对应的二进制编码增长的对应关系。任务三的计数要复杂一些，教师作为课程的设计者，在这个环节要有意识地引领学生进行思考，并对学生的操作及时做出指导，帮助学生更快地建立起正确的概念。5.合作探究：制作简单的LED灯二进制计数器学生之前完成的任务显示的是固定的某一种状态，也可以说显示的是某个十进制数的二进制形式，如果要改变成用二进制形式来显示，必须修改源程序。提出本节的一个提高任务：依次显示所有的3位二进制数。实现
10、一个简单的二进制计数器的功能。本课采用简单的延时处理，实现不同状态的显示，避免涉及更多的C语言知识，如循环语句、数组等。学生实现这个任务只要用顺序结构，在显示出某个二进制编码状态后，用dalay(1000)命令延时1秒，然后再显示下一个编码状态，重复这样的过程即可。程序上没有新增难度，但是实现的效果完全不一样，学生可以看到跳动的LED灯，对他们来说又是一个很大的惊喜，同时对于二进制计数、二进制加法的理解有很大的帮助。这个环节，我看到学生的LED灯的跳动方式对应的二进制计数有从小到大，也有从大到小，也有些小组的结果是乱序的。所以这个环节，需要留出足够的时间，让学生多观察、多修改自己的代码，同时仔
11、细观察LED灯跳动之间的关系，充分理解二进制计数的概念。6.小组讨论：光立方简单吗学生在完成三个任务后，自然会思考：光立方该怎么实现呢？该不会就这么简单吧？确实没有这么简单。经过小组讨论，得出制作光立方可能会存在困难的结论。因为Arduino的接口是有限的，那么可以连接的LED灯数量也就受到了限制，所以需要用到其他辅助芯片来扩展接口，并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。 教学反思本节课采用任务驱动教学法，教师要多从学生的角度出发，坚持以学生为本，以学生为主体，换位思考，多反问自己，精心设计任务，循序渐进，对于每一个任务的难度系数都做充分的考虑，保证梯度上升。设计的三个看似简单、重复的任务，学生却做得兴趣十足，学生在实践中主动形成自己的知识结构，进一步体验编程加工的魅力。如果能融入更多动手实践的环节，那么可以进一步提高教学的效果。
