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视频标签：人工智能
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视频课题：教科版高中信息技术选修5人工智能初步初识人工智能树莓派智能车-北京市 - 海淀区
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年 级
高二
教科书 版本及章节
校本教材
学习 领域/模块
开源硬件项目设计
单元教学设计
单元学习主题
树莓派智能车
1. 单元教学设计说明
信息技术课程是全面提升学生信息素养，帮助学生掌握信息技术基本知识与技能、增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力，树立正确信息社会价值观和责任感。课程倡导基于项目的学习方式， 将知识建构、技能培养与思维发展融入到运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，培育以学习为中心的教与学关系，在问题解决过程中提升信息素养。
在北京市关于《普通高中2017级信息技术学科教学指导意见》中阐述：基于项目的学习、基于真实情境的学习能促进学生对信息问题的敏感性、对知识学习的掌控力、对问题求解的思考力的发展。项目实施过程中，各种能力的综合能促进学生信息技术学科核心素养的形成。
本单元属于选修Ⅰ模块《开源硬件项目设计》，对应于课标是①了解作品制作过程中各种设备与组件的安全使用规则和方法，根据设计方案，利用开源硬件、相关组件与材料，完成作品制作；②利用开源硬件的设计工具或编程语言，实现作品的各种功能模块。
2. 单元学习目标与重点难点
《树莓派智能车》针对学生个性化发展需要，按照开源硬件项目设计流程而设置的选修模块。“树莓派智能小车”选修课以STEAM教育理念为指导，利用开源硬件开展项目学习，首先让车运动起来，其次让车根据超声避障、黑线循迹、红外避障等原器件控制车的运动，让学生通过编写程序控制智能车的运动，让学生体验研究和创造的乐趣，培养利用信息技术解决问题和创新设计的意识和能力。
本单元重点是让学生编写程序控制车的运动，但由于学生只在高一学过简单的程序，对于模块、函数等不清晰，所以要给学生补充大量的学习资源来培养学生自主探究学习的能力，提高学生数字化学习与创新能力。
3. 单元整体教学思路
根据智能车运动项目以小组合作的方式进行自主学习与探究，完成智能车的运动。通过项目促进学生对信息问题的敏感性、对知识学习的掌控力、对问题求解的思考力的发展。项目实施过程中，各种能力的综合能促进学生信息技术学科核心素养的形成。
课时教学设计
课 题 树莓派智能车
课 型
新授课□√ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
1.教学内容分析
高二《树莓派智能车》选修课共有三个项目，第一个项目是利用树莓派搭建智能车，第二个项目是树莓派安装系统，第三个项目是利用Python编写程序控制智能车，本节课是第三个项目的第2节课，第1节课发给学生控制智能车的程序，让他们验证搭建与连线是否正确并体会成功的喜悦，本节课通过实例带领学生了解树莓派与扩展板之间的关系，理解利用Python如何控制原器件，根据项目以小组合作的方式进行自主学习与探究，完成智能车的运动。本课是基于项目的学习、基于真实情境的学习，通过项目促进学生对信息问题的敏感性、对知识学习的掌控力、对问题求解的思考力的发展。项目实施过程中，各种能力的综合能促进学生信息技术学科核心素养的形成。
2.学习者分析
学生对开源硬件并不陌生，他们喜欢新兴事物，好奇心强，接受能力强；知识面比较广，但尚未形成知识体系；他们水平分化，易于个性化学习。
兴趣是最好的老师，学生喜欢动手操作，面对学生的特点，侧重于实践、探究，注重学生的自主学习和个性发挥。
了解程序与硬件之间如何关联，编写程序控制
智能车运动（前进、后退、左转、右转） 超声避障原器件控制车的运动
黑线循迹原器件控制车的运动
红外避障原器件控制车的运动
2课时：
理解硬件与软件之间的关系
自主探究编写程序控制智能车
2课时：
自主探究编写程序（超声避障
控制智能车）
2课时：
自主探究编写程序（黑线循迹控制智能车）
2课时：
自主探究编写程序（红外避障控制智能车）
3.学习目标确定
通过控制智能车这个项目让学生了解树莓派与扩展板之间的关系，理解利用Python如何控制原器件，通过小组合作、项目学习等方式进行自主学习与探究学习，编写程序控制智能车的程序，让智能车走出 “L”型（理工附中的“理”声母），通过编程语言实现智能车的各种功能模块。
4.学习重点难点 教学重点：
1. 理解利用Python如何控制原器件
2. 自主探究用Python编写程序控制智能车 教学难点：
利用Python如何控制原器件
5.学习评价设计
6.学习活动设计
教师活动
学生活动
环节一：新课导入
教师活动1：
树莓派是一种基于Linux系统的微型电脑，利用树莓派可以做很多事情，比如编辑Office 文档、浏览网页、编程等，上节课老师把程序发给了你们，通过程序验证你们组装的车是否正确，下面我们来看两个组车的运行状况 第一辆车能正常运行（前进、后退、左转、右转）
第二辆车不能正常运行（前后轱辘要么对着开，要么反着开，车不能正常行走），是组装的问题？连线的问题还是程序的问题呢，希望同学们能通过老师这节课的讲解把问题解决。
学生活动1
一组学生通过远程控制智能车的运动
另一组学生通过远程控制智能车的运动
活动意图说明：
检验车的组装 检验烧入的系统 检验写入的程序
教师活动2：新知学习
程序写在树莓派的TF卡上，马达、超声避障、黑线循迹、红外避障等原器件都安装在了扩展板上，这个是树莓派，这个是扩展板
提问： 树莓派与智能车扩展板硬件之间是怎么建立关系的？
40 Pin 提问：
智能车扩展板上安装马达、超声避障、黑学生活动2：
思考
回答：针脚
思考
提出问题，引出新课
线循迹、红外避障等器件，用Python程序控制这些原器件，那么Python程序怎样和这些器件之间建立关联？
树莓派提供了控制输入输出接口的模块程序包，可以直接用，比如控制马达快慢的函数，但在用之前应先把该模块程序包导入进来，如下方法导入模块程序包
import RPi.GPIO
通过上行就可以让软件和硬件之间建立关联了
编程时经常用到树莓派模块程序包RPi.GPIO，可以把它映射为 GPIO，以后用时就可以写成GPIO，这样也使程序更易读。
import RPi.GPIO as GPIO
提问：
40PIN哪些针脚接马达，哪些针脚接红外避障呢？
树莓派管脚有三种编码方式
第一种：使用 BOARD 编码系统。
第二种：使用 BCM 编码系统。
第三种：使用 wiringPi 编码系统。
智能车扩展板采用是BCM编码，所以要在程序的开始告诉树莓派采用的是哪种编码方式 GPIO.setmode(GPIO.BCM) 扩展板处理的是数字信号，马达处理的是模拟信号，怎样进行数模之间的转换，我们先看一下扩展板的原理图
回答 思考 回答
树莓派智能机器人扩展板原理图
一块芯片控制两个马达，每个马达三个输入端两个输出端，通过TB6612FNG芯片进行数字、模拟信号的转换，TB6612FNG芯片原理图如下。 TB6612FNG原理图
一块芯片需要6个输入接口控制2个马达，把6个接口的针脚号赋值给6个变量，通过这六个变量控制马达的运动。
PWMA = 18 AIN1=22 AIN2=27 PWMB=23 BIN1=25 BIN2=24
控制马达
输入端
输出端
输入端 输出端
将PWMA、AIN1、AIN2、PWMB、BIN1、BIN2六个变量设置为
GPIO.setup(PWMA, PIO.OUT) GPIO.setup(AIN1, GPIO.OUT) GPIO.setup(AIN2, GPIO.OUT) GPIO.setup(PWMA, PIO.OUT) GPIO.setup(BIN1, GPIO.OUT) GPIO.setup(BIN2, GPIO.OUT) 提问：
在PWMA、AIN1、AIN2、PWMB、BIN1、BIN2六个变量中， AIN1、AIN2、BIN1、BIN2四个变量控制马达运动，AIN1存放的是BCM编码号22，在GPIO.setup(AIN1, GPIO.OUT)这一行中，将AIN1设置为输出，这个输出指的是树梅派还是扩展板
树莓派的两个针脚（BCM编码号27和22）作为输出端与芯片AIN2、AIN1相连，AIN1、AIN2接收到信号后经过芯片进行数字、模拟信号处理，通过AO1和AO2两个输出端控制马达。 提问：一块芯片需要6个输入接口控制两个马达，两块芯片需要多少个输入接口控制四个马达？ 答：6个（两块芯片共用6个输入接口） 提问：如何让马达运动起来？
思考
回答：AO1和AO2控制马达
思考 回答：12个
树莓派 GPIO.OUT 扩展板 27 22 AIN2
AIN1 马达
AO1 AO2
提问：如何左转、右转？
思考
回答：高低电平控制马达转动
左转：左轮向后，右轮向前 右转：右轮向后，左轮向前
活动意图说明：
回顾树莓派与扩展板之间的搭建，让学生明白它们之间是通过40针接口关联的，扩展板上连接马达、超声避障、黑线循迹、红外避障等原器件，同学们通过程序控制车的运动，让学生了解硬件与软件之间怎样建立关联，理解数字信号与模拟信号的转换，让学生知道用程序控制智能车的运动需要前期导入模块程序包，设置好GPIO引脚编码方式、GPIO引脚模式等。
教师活动3：自主探究学习 活动：
1．探究以下函数
def ( )
time.sleep( )
GPIO.setwarnings(False) GPIO.PWM( )
ChangeDutyCycle( ) 2．让小车走出“L”型
评价内容： ①小组合作
②自主学习与探究 ③智能小车的运动状况
发给学生的文件
学生活动3：
自主探究用Python编写程序控制智能小车
学习老师提供的学习资源
活动意图说明：
以学生为主体的自主探究（用Python编写程序控制智能车的运动）。
7.板书设计
8.作业与拓展学习设计
让小车走出“L”型（理工附中的“理”声母）
下节课自主学习探究红外避障
9.特色学习资源分析、技术手段应用说明
10.教学反思与改进
信息素养是个体能够认识到需要信息，并且能够对信息进行检索、评估和有效利用能力。信息素养不仅包括高效的利用信息资源和信息工具的能力，还包括获取甄别信息﹑加工处理信息﹑传递创造信息的能力，更重要的是独立自主学习的态度和方法﹑批判精神以及强烈的社会责任感和参与意识，并将它们用于实际问题的解决中。
本课围绕着培养学生信息素养要求为出发点，通过学生自己组装的树莓派智能车、自己安装的Linux系统和老师发的程序验证车是否能正常运行，发现问题引出新课，让学生通过老师的讲解理解硬件与软件之间怎样建立关联，体验利用python编写程序实现树莓派智能车的运动，逐步实现各种功能模块。在树莓派智能车的教学中，充分发挥信息技术课程特有的教学环境优势，以STEAM教育理念为指导，利用开源硬件开展项目学习，让学生体验研究和创造的乐趣，培养学生利用信息技术解决问题和创新设计的意识和能力。
树莓派 GPIO.OUT 扩展板
27 22
AIN2 AIN1
马达 AO1
AO2
编写程序在台式机上，通过远程控制智能车的运动，SSH工具、文件互传等是学生需要的文件
智能车的安装、树莓派系统安装，编写程序等文件，通过老师提供的学习资源提高自主学习、自主探究的习惯，创设以学生为主体的学习氛。围。
在“树莓派智能车”教学中，我以项目学习方式进行，基于项目的学习、基于真实情境的学习促进了学生对信息问题的敏感性、对知识学习的掌控力、对问题求解的思考力的发展，项目实施过程中，各种能力的综合促进了学生信息技术学科核心素养的形成。学生在课堂上思维活跃，各抒己见，提出各自的想法并上机实践，并就自己的困惑与问题在课上与老师进行了深入交流。 本节课教学设计优点 1.以项目为线索引导学生学习
项目学习是基于学生搭建的树莓派智能车这个真实情境展开的，是基于核心素养的课堂，通过python语言学生编写程序控制智能车这个项目让学生自主探究，让学生自主性的发挥，让学生感受技术的价值以及解决问题的方法。
2.选用的是学生感兴趣的硬件资源，通过软件控制硬件资源，并进行学科整合，符合现代学科发展需求。
3.对整节课知识与技能的定位准确，问题的设计比较有层次，把握学科本质突出。 4.精心准备所有素材，引领性、思维性的资源丰富。
5. 超声避障、黑线循迹、红外避障等原器件都与我们日常生活息息相关，让学生体验通过写程序控制硬件设备，让学生感受科技的强大，让学生感受科技造福人类。
本节课是开设的高二选修课，每周一节课，没有试讲的机会，也没有教材，可能会有很多不足，但我会在今后的教学中继续摸索和实践，争取做到更加完美的课堂教学。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
