选择性必修模块6：开源硬件项目设计

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模块6：开源硬件项目设计
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基于开源硬件的项目设计与开发有益于激发学生创新的兴趣，培养学生动手实践的能力，同时也是在信息技术课程中实现STEAM（科学、技术、工程、人文艺术与数学）教育的理想方法。本模块是针对学生个性发展需要，按照开源硬件项目设计流程而设置的选择性必修模块。

6 w) Z/ H! e* o* t通过本模块的学习，学生能搜索并利用开源硬件及相关资料，体验作品的创意、设计、制作、测试、运行的完整过程，初步形成以信息技术学科方法观察事物和求解问题的能力，提升计算思维与创新能力。

+ J1 _+ {0 p1 @, [* j本模块包括“开源硬件的特征”“开源硬件项目流程”“基于开源硬件的作品设计与制作”三部分内容。

4 K* _6 C& K' U) y4 T4 N& T[内容要求]

& q% t' ?, u: V8 ]6.1 基于实例分析，认识开源硬件的特征与发展，理解利用开源硬件进行信息技术创新的意义。

" X* {2 u* l  M0 E! t& r6.2通过剖析使用开源硬件完成作品的实例，体验基于开源硬件完成项目的基本流程，知道常用开源硬件的功能与特征。

' ]% z) {3 j- i  a; W6.3基于事物特征的分析，设计基于开源硬件的作品开发方案，描述作品各组成部分及其功能作用，明确各组成部分之间的调用关系。
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8 y6 K" ?1 s4 |4 H! j+ k: f, A6.4根据设计方案，选择恰当的开源硬件，搜索相关的使用说明资料，审查与优化作品设计方案。
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6.5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。

6.6根据设计方案，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。

- D$ H0 J0 z# n3 C, j3 A$ H6.7根据设计方案，测试、运行作品的数据采集、运算处理、数据输出、调控执行等各项功能，优化设计方案。

6.8完善项目作品的设计方案，践行开源与知识分享的精神，理解保护知识产权的意义。

, K+ t, ?+ R! a5 B( I[教学提示]

$ @1 T  A; Z+ O" g2 s7 F' T在本模块教学中，要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，培养利用信息技术解决问题和创新设计的意识和能力。

- u5 W# E. q9 D2 Y0 Y（1）、教师可组织学生利用开源硬件设计开发一些生活中的简单信息系统，引导学生理解项目设计过程中常用的开源硬件，熟悉开源硬件的基本使用方法，认识基于开源硬件的信息系统的基本结构及一般设计流程。

' c9 Z7 t5 |3 j: `7 S例如：利用开源硬件平台中的温度传感器、相关输入和输出组件等，设计开发“温度监测调控系统”，当温度达到一定值后，结合一定的条件（如季节）控制风扇、空调器的启动或关闭。通过该系统的实例解析，让学生了解基于开源硬件的信息系统的实现方法。
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（2）新知识的学习要以实例为依托，引导学生掌握学习内容，鼓励学生的创新性应用，在活动过程中应把大部分时间留给学生去探索，通过多次的迭代的过程完善项目设计，适时跟踪学生完成项目的过程，及时给予知识指导和问题解决思路的指导。鼓励学生交流与合作，践行开源与知识分享的精神。

例如：教师事先准备一个利用红外传感器操作控制的小游戏，让学生体验该游戏，分析其中利用传感器等开源硬件实现数据输入、处理与输出控制的方法，引导学生思考该类系统可能的应用领域和场景，鼓励学生讨论与探索类似系统的开发，尝试改进系统，进行更有意义的创新设计。

/ g  W: o( n/ K' P（3）、要在实例剖析的基础上，设计较为开放的任务，给学生充分的想象与创新空间。活动过程中可以把学生分成小组，采用基于项目的学习方式，让学生经历“提出想法→设计系统解决方案→利用开源硬件实现解决方案”的完整过程。项目作品的评价可从创新性、实用性和解决问题的效果等不同方面作出判断，鼓励创新性的作品，发展学生的创新能力。

在设计教学环境时，可采用较为灵活的教室座位布局，以方便学生开展小组合作与探究。除了能够联网的计算机外，还应根据项目的特征与实施需要，配置开源硬件的设计工具、组装工具、测试测量工具与仪器等。

! q( r- w' N1 C4 Y& l: n  p[学业要求]

4 [  L# L" @/ @) h+ E学生能在信息技术环境下综合利用科学、技术、工程、人文艺术与数学学科的相关知识，理解利用信息技术解决问题的基本思路与方法。认识数字化工具在问题解决方案中的价值与作用（信息意识、数字化学习与创新）。知道基于开源硬件进行项目设计的一般流程，能将其应用于实际项目中，根据事物的特点进行一定的抽象，设计符合事物特性的系统；能利用各种材料、开源硬件与软件实现所设计的项目方案，能利用开源硬件的设计工具、编程语言实现外部数据的输入、处理，利用输出数据驱动执行装置的运行（计算思维）。理解并自觉践行开源的理念与知识分享的精神，理解保护知识产权的意义（信息社会责任）。