1.4開源硬件與創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計人教-中圖版高中信息技術(shù)選擇性必修6

第1章開源硬件及其特征1.4開源硬件與創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計教學(xué)背景信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實現(xiàn)。當(dāng)代高速發(fā)展的信息科技對全球經(jīng)濟、社會和文化發(fā)展起著越來越重要的作用。義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實踐性和綜合性，為高中階段信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學(xué)精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價值觀，樹立總體國家安全觀，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容選自人教/地圖出版社選擇性必修6開源硬件項目設(shè)計第1章開源硬件及其特征1.4開源硬件與創(chuàng)新?！鞍氘€方塘一鑒開，天光云影共徘徊。問渠那得清如許？為有源頭活水來?！彼未軐W(xué)家朱熹這首《觀書有感》充滿了辯證與哲思。只有廣開源頭活水，才能保證方塘池水永不枯竭、永不陳腐、永不渾濁；只有不斷吸收新知識，個人才能進步；只有不斷銳意創(chuàng)新，社會才能發(fā)展。其實，整個人類歷史就是一個不斷創(chuàng)新、不斷進步的過程。沒有創(chuàng)新就沒有人類的進步。如何鼓勵創(chuàng)新、保護創(chuàng)新者的權(quán)利、保障創(chuàng)新成果，是人們需要長期思考的話題。早在17世紀(jì)，英國議會頒布了世界上第一部現(xiàn)代意義的專利法——《壟斷法規(guī)》。英國專利制度的實施，以商業(yè)壟斷的形式保護和激勵了技術(shù)創(chuàng)新。進入21世紀(jì)后，隨著技術(shù)平民化的進程和互聯(lián)網(wǎng)傳播的快速發(fā)展，技術(shù)的迭代周期越來越短，用戶參與技術(shù)或者產(chǎn)品創(chuàng)新的意愿越來越強烈，人們開始反思專利或者版權(quán)的制度是否需要更新。加上對高科技領(lǐng)域容易出現(xiàn)壟斷的擔(dān)憂，越來越多的人開始思考，利用開放源代碼、開放原始技術(shù)這一類的方式，是否能更加有效地促進創(chuàng)新和協(xié)作。本章將通過主題項目開展學(xué)習(xí)，了解開源硬件的發(fā)展歷程、常見開源軟硬件平臺及相關(guān)模塊功能，認(rèn)識開源硬件的特征及其對社會的影響與作用，體會知識分享的意義與價值。教學(xué)目標(biāo)1.理解利用開源硬件促進信息技術(shù)創(chuàng)新的價值與意義，具備鑒別信息技術(shù)創(chuàng)新的能力。2.理解開源硬件對于構(gòu)建創(chuàng)新型社會的意義，能列舉開源硬件促進創(chuàng)新的案例。教學(xué)重點與難點教學(xué)重點:理解利用開源硬件促進信息技術(shù)創(chuàng)新的價值與意義，具備鑒別信息技術(shù)創(chuàng)新的能力。教學(xué)難點:理解開源硬件對于構(gòu)建創(chuàng)新型社會的意義，能列舉開源硬件促進創(chuàng)新的案例。教學(xué)方法與教學(xué)手段案例分析法、講授法、任務(wù)驅(qū)動法。教學(xué)過程問題導(dǎo)入體驗探索學(xué)習(xí)目標(biāo)體驗探索神奇的旋轉(zhuǎn)LED顯示旋轉(zhuǎn)LED顯示是一種利用人眼的視覺暫留原理制作的，用少數(shù)（一般是一列）LED加一只電機代替點陣進行字符顯示的顯示屏。當(dāng)電機穩(wěn)定轉(zhuǎn)動時，用計算機程序精確控制每一個LED的亮和滅，即可產(chǎn)生預(yù)設(shè)的字符或圖案效果，如圖1.4.1所示。思考：1.為什么人們會喜歡旋轉(zhuǎn)LED顯示？這種顯示方式有哪些優(yōu)劣？2.旋轉(zhuǎn)LED顯示還可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？激發(fā)創(chuàng)新興趣隨著電子硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，硬件結(jié)構(gòu)和控制邏輯變得愈加復(fù)雜，設(shè)計開發(fā)難度也在不斷增加，對開發(fā)人員基礎(chǔ)知識的要求也大幅度提高。開源硬件的出現(xiàn)，有效降低了硬件系統(tǒng)的開發(fā)門檻，開發(fā)者可以聚焦在自己關(guān)心和擅長的工作部分，其他工作可以利用他人已公開的成果，以加快開發(fā)速度，提高生產(chǎn)效率。開發(fā)者和消費者之間的界限正在變得愈加模糊。什么是創(chuàng)新？哪些人擅長創(chuàng)新？如何鼓勵持續(xù)創(chuàng)新？這些問題一直以來都沒有明確的答案，但是比較一致的觀點認(rèn)為“興趣是創(chuàng)新的一個關(guān)鍵因素”。由于工業(yè)品的大規(guī)模制造，滿足消費者的突破性創(chuàng)新需求也變得越來越困難，而且通用的公共需求也難以滿足所有人的個性化需要。開源硬件讓更多的人可以自己動手滿足需求，借助開源社區(qū)并向開源社區(qū)反饋項目，從而構(gòu)成一種既能滿足個性化需求又能豐富社會創(chuàng)意方案的創(chuàng)新組織形式。實踐活動數(shù)字骰子A型板和B型板都板載了一個加速度傳感器，能夠感知外界環(huán)境的加速度變化。例如，搖動核心板或者核心板掉落時，該加速度傳感器都可以感受到變化。借助加速度傳感器，可以制作一個數(shù)字骰子，每當(dāng)搖動A型板時，都會使其隨機顯示一個1～6的數(shù)字，如圖1.4.2所示。1.從教學(xué)資源平臺“zkA_touzi.py”文件到A型板中，運行程序，查看數(shù)字骰子的實驗效果。2.閱讀源代碼，并用流程圖的形式描述代碼的程序結(jié)構(gòu)。思考：1.A型板和B型板的顯示方式不同，哪個更適合做這個項目？2.從提升趣味性的角度考慮，如何改進數(shù)字骰子？培養(yǎng)實踐能力隨著信息時代的發(fā)展，每個人都可以通過網(wǎng)絡(luò)表達自己的想法，不僅可以在開源社區(qū)中為自己喜歡的項目點贊，甚至可以直接成為一個開源項目的發(fā)起者。實踐能力既來自于知識的積累，又來自于項目經(jīng)驗，并通過各種正向的評價積累生成自信。培養(yǎng)實踐能力也是一個循序漸進、反復(fù)思考的過程。通過開源硬件項目的學(xué)習(xí)，用開源硬件來改善我們的學(xué)習(xí)和生活，是提升實踐能力的一個很好的切入點。創(chuàng)新和實踐是相互影響的，新技術(shù)需要尋找其應(yīng)用領(lǐng)域，實踐中提出的問題也需要通過創(chuàng)新的方法來解決。學(xué)習(xí)開源硬件，除了獲得一些具體的技術(shù)之外，還可以體會創(chuàng)新和實踐的樂趣。在學(xué)習(xí)和生活中努力養(yǎng)成用創(chuàng)新和分享服務(wù)大眾的習(xí)慣，是一個終身學(xué)習(xí)的過程。閱讀拓展開源硬件怎么學(xué)伴隨著開源硬件的普及，越來越多的學(xué)生開始使用開源硬件來完成科技作品。2018年6月，創(chuàng)客教育社區(qū)的記者采訪了某中學(xué)的于老師，請她對開源硬件的學(xué)習(xí)方法做一個指導(dǎo)。記者：“于老師，您指導(dǎo)開源硬件項目這么多年，有沒有印象比較深的學(xué)生項目呢？”于老師：“今年就有一個關(guān)注校園噪音污染的項目案例，很多物聯(lián)網(wǎng)傳感器被安裝在校園的各個角落，并且能夠進行信息匯總。去年，還有一個教室空氣污染檢測的項目，這些跟校園生活相關(guān)的項目我都很喜歡。還有一些有趣的互動項目也很好，例如去年有一個用腦電波傳感器控制小球迷宮的項目，這個項目源自于一個開源項目，但是我們給它做了改進。”記者：“您覺得做這些開源項目的孩子有哪些好的習(xí)慣，能夠幫助到后面學(xué)習(xí)開源硬件的同學(xué)么？”于老師：“我覺得首先在于觀察生活，主動地關(guān)注自己或者他人的需求。然后要有比較扎實的基本功，能夠做到熟能生巧。再就是多看看網(wǎng)絡(luò)社區(qū)上別人的分享，打開視野。像我從初中帶起來的一名學(xué)生，一直在網(wǎng)絡(luò)社區(qū)中學(xué)習(xí)，不但學(xué)別人的項目還分享自己的項目，這種正向的激勵，讓學(xué)生學(xué)得特別主動，持續(xù)創(chuàng)新，一年能有好幾個項目，效果特別好。此外，還要具備一定的自我學(xué)習(xí)能力，因為一個項目涉及的知識技能是多方面的，要養(yǎng)成一種整合知識的思維方式?！笨戳擞诶蠋煹姆窒碇?，你對開源硬件的學(xué)習(xí)有了哪些新的認(rèn)識？助力創(chuàng)新型社會創(chuàng)新型社會的營造，需要每個人都付出努力。如何積聚全社會的力量，開源硬件的發(fā)展歷程給了一個很好的范例：開源硬件核心板開發(fā)、開源硬件項目案例和開源硬件周邊模塊開發(fā)等參與者構(gòu)成技術(shù)參與方；開源網(wǎng)絡(luò)社區(qū)、線下的創(chuàng)客空間和大眾傳媒構(gòu)成傳播參與方；案例和教程出版機構(gòu)、課程開發(fā)以及各種競賽評價平臺構(gòu)成教育參與方。技術(shù)參與方、傳播參與方和教育參與方三方面共同的努力成為開源硬件發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)水平的不斷進步，智能化工廠將更為便捷地滿足人們差異化的需求。開源硬件和周邊模塊的使用，使得新的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計可以快速地轉(zhuǎn)換為真實產(chǎn)品，完成虛實之間的轉(zhuǎn)化。人人都是發(fā)明家，人人都是創(chuàng)新者。這些美好的想象并不完全取決于技術(shù)本身的進步，還有賴于人們?yōu)槊篮蒙罡冻龈嗟闹腔?。思考活動開源與正義請閱讀新聞材料并思考問題：某網(wǎng)站2018年7月19日報道“外媒稱，據(jù)一位知情官員稱，歐盟決定對美國‘字母表’公司旗下谷歌處以創(chuàng)紀(jì)錄的43.4億歐元罰款......歐盟的反壟斷監(jiān)管部門一直在研究，谷歌是否濫用了安卓操作系統(tǒng)的主導(dǎo)地位，以及是否通過這一全球逾80%智能都在使用的系統(tǒng)來推銷和鞏固谷歌自己的移動應(yīng)用程序和服務(wù)，尤其是谷歌搜索引擎這一服務(wù)?！盡akezine新聞網(wǎng)站2015年某日曾報道，開源硬件核心板項目Arduino的創(chuàng)始團隊與Arduino的意大利生產(chǎn)商之間爆發(fā)了關(guān)于Arduino商標(biāo)所有權(quán)之間的國際訴訟。這場訴訟甚至一度引起了開源社區(qū)的分裂，并引起了人們對于開源文化的重新思考。思考：1.安卓系統(tǒng)是谷歌的一個開源系統(tǒng)，有人認(rèn)為“沒有開源就沒有谷歌”，但為什么歐盟擔(dān)憂谷歌將形成壟斷？思考各國反壟斷法案出臺的歷史背景和意義。2.查詢Arduino商標(biāo)訴訟的后續(xù)結(jié)果，思考該事件帶給我們哪些方面的啟示，以及如何避免類似的糾紛。開源或不開源、公益或營利、個人與社會這些矛盾及其轉(zhuǎn)化成為推動社會進步的動力。從協(xié)調(diào)發(fā)展的角度來看，開源是一種手段而不是目的。技術(shù)創(chuàng)新的目標(biāo)仍是促進人們美好生活的實現(xiàn)、促進全社會的創(chuàng)新和分享、促進全世界范圍內(nèi)協(xié)作和公平正義的實現(xiàn)?！耙粤x制利”的傳統(tǒng)中國智慧，對于建立全球開源硬件治理體系，仍具備時代的借鑒意義。早在明末清初時期，科學(xué)家宋應(yīng)星總結(jié)了歷代的科學(xué)、技術(shù)和工程知識，撰寫了《天工開物》，其中包含了各行各業(yè)的造物技巧，被譽為“中國17世紀(jì)工藝百科全書”。開源文化的內(nèi)核源于知識的分享屬性，一個能極大提高生產(chǎn)效率的產(chǎn)品，其制作秘密被分享出來以后，將會促進社會生產(chǎn)力的發(fā)展。目前，甚至在芯片領(lǐng)域也出現(xiàn)了類如RISCV的開源芯片內(nèi)核架構(gòu)。從外而內(nèi)，由表及里，開源硬件領(lǐng)域?qū)_放透明，讓全世界分享其創(chuàng)新成果。項目實施完成開源項目推介一、項目活動1.小組采用思維導(dǎo)圖的形式完成對《開源硬件推介報告》整體結(jié)構(gòu)的梳理，如表1.4.1所示。注意，報告中既要有宏觀的體會，還要有具體的開源硬件項目實例。表1.4.1開源硬件推介報告小組名稱小組成員報告題目報告中重點推介的開源硬件項目小組報告思維導(dǎo)圖報告注意事項（安全、流程等方面）2.小組準(zhǔn)備開源硬件項目推介會的演示文稿、視頻和展板等展示資料。3.召開開源硬件項目推介會，拍攝推介會視頻。利用學(xué)?？萍脊?jié)、校園網(wǎng)等多種渠道推廣開源硬件。二、項目檢查1.是否集體佩戴了項目徽章，用展板或者實物輔助開源硬件項目推介。2.是否有效收集了開源硬件項目資源，甄選推介項目的過程是否有具體依據(jù)。3.整體展示是否達到預(yù)期效果，團隊分工是否合理。4.是否考慮了開源硬件背后的社會、文化因素，是否已將推介會資料分享至開源社區(qū)?？偨Y(jié)評價1.請同學(xué)們總結(jié)本章的核心概念與關(guān)鍵能力。2.根據(jù)自己的掌握情況填寫下表。學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握程度開源的概念□不了解□了解□理解開源軟件□不了解□了解□理解開源硬件□不了解□了解□理解開源協(xié)議□不了解□了解□理解常見的開源硬件平臺□不了解□了解□理解開源硬件的發(fā)展背景□不了解□了解□理解開源硬件的用戶群體□不了解□了解□理解開源硬件的特征□不了解□了解□理解開源硬件與創(chuàng)新的關(guān)系□不了解□了解□理解課后作業(yè)1.“興趣是最好的老師?！闭埶阉饕恍┥倌陝?chuàng)客的成長故事，談一談自己的體會。2.2015年，政府工作報告提出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的號召。推動大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，“既可以擴大就業(yè)、增加居民收入，又有利于促進社會縱向流動和公平正義”。在論及創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新文化時，強調(diào)“讓人們在創(chuàng)造財