2023-2024學(xué)年天津市中小學(xué)生mixly創(chuàng)意編程 第4課 聰明的按鍵-教學(xué)設(shè)計

2023-2024學(xué)年天津市中小學(xué)生mixly創(chuàng)意編程第4課聰明的按鍵-教學(xué)設(shè)計學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點教具教學(xué)內(nèi)容本課選自《mixly創(chuàng)意編程》第4課，主要內(nèi)容包括：認(rèn)識按鍵模塊，學(xué)習(xí)如何使用按鍵模塊編寫程序控制LED燈的亮滅，了解按鍵輸入的原理。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握基本的按鍵控制方法，為后續(xù)的編程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新實踐能力。通過學(xué)習(xí)按鍵控制程序，學(xué)生能夠理解編程邏輯，提升對編程的興趣，同時鍛煉動手操作和解決問題的能力，為培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和信息技術(shù)素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點，

①理解按鍵模塊的工作原理，掌握如何通過Mixly軟件編寫控制LED燈亮滅的程序；

②能夠正確配置按鍵模塊的輸入端口，實現(xiàn)按鍵的讀取和響應(yīng)；

③熟悉編程過程中的調(diào)試方法，確保程序能夠正常運行。

2.教學(xué)難點，

①按鍵去抖動處理，理解并實現(xiàn)按鍵穩(wěn)定輸入的邏輯；

②將按鍵輸入與LED燈控制邏輯相結(jié)合，編寫出能夠根據(jù)按鍵狀態(tài)改變LED燈狀態(tài)的完整程序；

③在編程過程中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和問題解決能力，面對程序運行中出現(xiàn)的問題能夠進行有效調(diào)試。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有《mixly創(chuàng)意編程》教材，包含本節(jié)課所需的編程指南和練習(xí)題。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與按鍵模塊相關(guān)的圖片、圖表，以及編程示例視頻，幫助學(xué)生理解按鍵控制原理。

3.實驗器材：準(zhǔn)備Arduino開發(fā)板、LED燈、按鍵等實驗器材，確保其完整性和安全性。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，方便學(xué)生合作學(xué)習(xí)；在實驗操作臺布置好實驗器材，便于學(xué)生進行編程實踐。教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課

詳細內(nèi)容：首先，通過提問學(xué)生生活中常見的按鍵應(yīng)用，如電視遙控器、門禁系統(tǒng)等，引導(dǎo)學(xué)生思考按鍵在生活中的作用。接著，展示一個簡單的按鍵控制LED燈的實驗，引發(fā)學(xué)生對編程控制硬件的興趣。最后，引入本節(jié)課的主題“聰明的按鍵”，并簡要介紹本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容。

2.新課講授

①講解按鍵模塊的基本原理：講解按鍵的工作原理，包括按鍵的物理構(gòu)造和電路連接，以及按鍵信號的處理方式。

②學(xué)習(xí)Mixly軟件中按鍵模塊的使用方法：展示如何通過Mixly軟件添加按鍵模塊，并介紹按鍵模塊的輸入端口和配置選項。

③編寫控制LED燈亮滅的程序：指導(dǎo)學(xué)生編寫一個簡單的程序，實現(xiàn)按下按鍵時LED燈亮，松開按鍵時LED燈滅。

3.實踐活動

①學(xué)生獨立完成按鍵控制LED燈的編程任務(wù)，教師巡視指導(dǎo)，解答學(xué)生疑問。

②學(xué)生嘗試修改程序，實現(xiàn)按鍵控制LED燈閃爍的效果。

③學(xué)生嘗試使用其他硬件，如蜂鳴器、繼電器等，實現(xiàn)按鍵控制不同設(shè)備的操作。

4.學(xué)生小組討論

①按鍵去抖動處理：討論如何解決按鍵抖動問題，如軟件去抖動、硬件去抖動等。

②按鍵輸入與LED燈控制邏輯的結(jié)合：討論如何將按鍵輸入與LED燈控制邏輯相結(jié)合，實現(xiàn)更復(fù)雜的控制效果。

③程序調(diào)試與優(yōu)化：討論在編程過程中遇到的問題，如程序運行異常、代碼優(yōu)化等。

5.總結(jié)回顧

內(nèi)容：首先，回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強調(diào)按鍵模塊的工作原理、Mixly軟件的使用方法以及編程技巧。然后，針對教學(xué)重難點進行具體分析和舉例，如按鍵去抖動處理、程序調(diào)試等。最后，鼓勵學(xué)生在課后繼續(xù)探索編程的樂趣，嘗試編寫更多有趣的程序。

教學(xué)流程用時分鐘：

1.導(dǎo)入新課：5分鐘

2.新課講授：

-按鍵模塊基本原理：5分鐘

-Mixly軟件中按鍵模塊的使用方法：10分鐘

-編寫控制LED燈亮滅的程序：10分鐘

3.實踐活動：

-學(xué)生獨立完成編程任務(wù)：20分鐘

-學(xué)生嘗試修改程序：15分鐘

4.學(xué)生小組討論：10分鐘

5.總結(jié)回顧：5分鐘

總計用時：45分鐘知識點梳理1.按鍵模塊的基本原理

-按鍵的物理結(jié)構(gòu)：通常包括一個導(dǎo)電層、一個絕緣層和一個金屬片。

-按鍵的工作方式：當(dāng)按下按鍵時，導(dǎo)電層和金屬片接觸，形成電路閉合，產(chǎn)生信號。

-按鍵信號的類型：通常有常開型（NO）和常閉型（NC）兩種，用于不同的電路設(shè)計。

2.Mixly軟件中的按鍵模塊使用

-添加按鍵模塊：在Mixly軟件中添加按鍵模塊，選擇合適的輸入端口。

-配置按鍵模塊：設(shè)置按鍵模塊的輸入?yún)?shù)，如讀取的值和響應(yīng)時間。

-讀取按鍵狀態(tài)：通過讀取按鍵模塊的返回值，判斷按鍵是否被按下。

3.編程控制LED燈

-使用LED模塊：在Mixly軟件中添加LED模塊，選擇相應(yīng)的輸出端口。

-控制LED燈亮滅：通過編程，根據(jù)按鍵狀態(tài)控制LED燈的亮滅。

-實現(xiàn)LED燈閃爍：通過編程，使LED燈按照一定頻率閃爍。

4.按鍵去抖動處理

-原因分析：按鍵去抖動是為了防止按鍵在按下和釋放過程中產(chǎn)生的多次信號干擾。

-處理方法：軟件去抖動和硬件去抖動。軟件去抖動通過延時和邏輯判斷實現(xiàn)，硬件去抖動通過濾波電路實現(xiàn)。

5.程序調(diào)試與優(yōu)化

-調(diào)試方法：使用Mixly軟件的調(diào)試功能，逐步檢查程序中的錯誤。

-優(yōu)化技巧：優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，提高代碼可讀性和執(zhí)行效率。

6.實驗器材與連接

-實驗器材：Arduino開發(fā)板、LED燈、按鍵、連接線等。

-連接方法：根據(jù)電路圖連接LED燈、按鍵和Arduino開發(fā)板。

7.代碼示例

-基本代碼：```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳3為輸出

}

//循環(huán)

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED燈滅

}

}

```

-修改后的代碼：```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳3為輸出

}

//循環(huán)

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

delay(100);//延時100毫秒

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED燈滅

}

}

```

-閃爍代碼：```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳3為輸出

}

//循環(huán)

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

delay(500);//延時500毫秒

digitalWrite(3,LOW);//LED燈滅

delay(500);//延時500毫秒

}

}

```課后作業(yè)1.實驗鞏固

-任務(wù)：使用Mixly軟件和Arduino開發(fā)板，編寫一個程序，實現(xiàn)按下按鍵時LED燈亮，松開按鍵時LED燈滅。

-答案示例：在Mixly軟件中添加LED模塊和按鍵模塊，將LED模塊的輸出端口連接到Arduino開發(fā)板的數(shù)字引腳3，將按鍵模塊的輸入端口連接到數(shù)字引腳2。編寫程序如下：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳3為輸出

}

//循環(huán)

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED燈滅

}

}

```

2.程序調(diào)試

-任務(wù)：編寫一個程序，實現(xiàn)按下按鍵時LED燈閃爍，閃爍頻率為每秒兩次。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳3為輸出

}

//循環(huán)

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

delay(250);//延時250毫秒

digitalWrite(3,LOW);//LED燈滅

delay(250);//延時250毫秒

}

}

```

3.硬件連接

-任務(wù)：使用Mixly軟件和Arduino開發(fā)板，連接LED燈、按鍵和蜂鳴器，編寫一個程序，實現(xiàn)按下按鍵時LED燈亮，同時蜂鳴器發(fā)出聲音。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳3為輸出

pinMode(4,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳4為輸出

}

//循環(huán)

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

tone(4,440);//蜂鳴器發(fā)出440Hz的聲音

delay(500);//延時500毫秒

noTone(4);//停止蜂鳴器發(fā)聲

}

}

```

4.邏輯判斷

-任務(wù)：編寫一個程序，實現(xiàn)按下按鍵時，LED燈亮，同時蜂鳴器發(fā)出聲音；松開按鍵時，LED燈滅，蜂鳴器停止發(fā)聲。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳3為輸出

pinMode(4,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳4為輸出

}

//循環(huán)

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

tone(4,440);//蜂鳴器發(fā)出440Hz的聲音

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED燈滅

noTone(4);//停止蜂鳴器發(fā)聲

}

}

```

5.程序優(yōu)化

-任務(wù)：編寫一個程序，實現(xiàn)按下按鍵時，LED燈亮，同時蜂鳴器發(fā)出聲音；松開按鍵時，LED燈滅，蜂鳴器停止發(fā)聲。要求程序簡潔，避免不必要的延時。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳3為輸出

pinMode(4,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字引腳4為輸出

}

//循環(huán)

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

tone(4,440);//蜂鳴器發(fā)出440Hz的聲音

}

if(digitalRead(2)==LOW){//如果按鍵被松開

digitalWrite(3,LOW);//LED燈滅

noTone(4);//停止蜂鳴器發(fā)聲

}

}

```板書設(shè)計1.按鍵模塊

①按鍵原理

②按鍵類型（常開型、常閉型）

③按鍵信號

2.Mixly軟件使用

①添加按鍵模塊

②配置按鍵模塊

③讀取按鍵狀態(tài)

3.LED燈控制

①LED模塊

②連接LED燈

③控制LED燈亮滅

4.程序編寫

①初始化設(shè)置

②循環(huán)檢測按鍵狀態(tài)

③控制LED燈

5.去抖動處理

①原因分析

②軟件去抖動

③硬件去抖動

6.程序調(diào)試

①調(diào)試方法

②優(yōu)化技巧

7.實驗器材

①Arduino開發(fā)板

②LED燈

③按鍵

④連接線

8.代碼示例

①基本代碼結(jié)構(gòu)

②讀取按鍵狀態(tài)

③控制LED燈

④去抖動處理

⑤程序優(yōu)化課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測課堂小結(jié)：

1.回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，重點強調(diào)按鍵模塊的工作原理、Mixly軟件中按鍵模塊的使用方法，以及如何通過編程控制LED燈的亮滅。

2.強調(diào)按鍵去抖動處理的重要性，以及軟件去抖動和硬件去抖動的方法。

3.總結(jié)程序調(diào)試和優(yōu)化的基本技巧，如逐步檢查代碼、優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)等。

4.鼓勵學(xué)生在課后繼續(xù)探索編程的樂趣，嘗試編寫更多有趣的程序。

當(dāng)堂檢測：

1.簡答題：

-描述按鍵模塊的工作原理。

-解釋Mixly軟件中按鍵模塊的配置參數(shù)。

-說明按鍵去抖動的原因和處理方法。

2.編程題：

-編寫一個程序，實現(xiàn)按下按鍵時LED燈亮，松開按鍵時LED燈滅。

-修改程序，使LED燈在按下