Arduino选修课闪烁灯教学案例

自2012年7月浙江省高中课程改革以来，我校信息技术教研组陆续研究、开发并开设了图像处理、动画制作、趣味编程等7门选修课程。其中，Arduino创意电子设计课程因为融机械、传感与控制为一体，学生在手脑并用解决实际问题的过程中充分提高了逻辑思维、判断与动手创新能力，成为我校众多选修课程中最为火爆的一门。

“闪烁灯”是Arduino创意电子设计课程第二章第一节的内容。学生经过了第一章的学习，了解了Arduino控制板的接口，掌握了Arduino驱动程序的安装，也熟悉了可视化编程环境ArduBlock，心中产生了亲手制作一个作品的强烈欲望。通过这一节课的学习，学生开始真正去体验Arduino强大的吸引力，从搭建硬件、编写程序到完成调试，直至产生个性化的闪烁灯作品。

教学目标

1.通过制作闪烁灯，学会LED与Arduino控制板数字口的连接，了解编程的一般过程，掌握ArduBlock的基本模块与语法。

2.体验由自然语言描述到程序编写的一般过程。

3.在使用可视化编程环境中，激发学生对编程的兴趣。

教学重难点

重点：硬件的搭建，数字口的输出。

难点：个性化的ArduBlock编程。

教学准备

Arduino三合一控制板、黄色红色蓝色LED各一块、USB线、面包线三条，在学生机房环境中并安装可视化编程环境ArduBlock，学生四人一组。

教学过程

1. 由生活实例引发教学情境

师：在我们的生活中，会有各式各样不同形状、不同功能的灯出现，甚至也有个性鲜明的灯（如图1）。

师：请同学们讨论一下这三种灯的不同作用以及它们是如何进行控制的？

师：前一章的学习中，我们已经体验了Arduino电子作品的魅力，但是我们并没有自己动手去完成制作，现在我们就要来一起制作一个属于自己的LED闪烁灯。

2. 练习室阶段：一个LED闪烁灯

教师介绍硬件环境的搭建：LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，颜色有白、绿、蓝等；高低电平可以驱动LED的亮灭。LED发光模块有三根针脚，接线的时候黑线接GND，红线接VCC，绿线接数字口。数字口0和 1不能接，它们用于Arduino与计算机通信。

学生四人一组开始硬件环境的搭建。

教师引导学生具体分析一个LED闪烁灯的实现，并用语言描述。数字口的输出只有两种情况，0（LOW）或1（HIGH），我们既可以读取数字口的值，也可以给它输入一个值（0或者1）。以LED为例，我们给数字口一个1（高电压），LED被点亮；给数字口一个0（低电压），LED被熄灭，同时还可以给予时间上的控制。

教师演示ArduBlock编程，如图2所示。

图2 一个LED闪烁灯的编程

学生四人一组完成调试，强调LED发光模块针脚的区别与Arduino控制板对应的数字接口。

设计意图：在教师的带领下，学生尝试设计一个简单的LED闪烁灯的全过程。硬件环境搭建、自然语言描述、ArduBlock编程和完成调试这四个步骤，为下一步设计更加复杂的作品打下扎实的基础。

3. 提高阶段：模拟交通灯设计

教师引导学生分析模拟交通灯的现象：红灯亮A秒之后灭掉，绿灯亮B秒之后灭掉，黄灯亮C秒之后灭掉，依此类推。

学生四人一组进行硬件环境的搭建。教师提示：将三个不同颜色的LED分别接在Arduino控制板的数字口上时，注意针脚的数字值是什么。

教师引导学生用自然语言描述模拟交通灯的实现。如红灯亮A秒之后灭掉的现象，我们给数字口一个1（高电压），LED被点亮，给予时间上的控制为A秒，再给数字口一个0（低电压），LED被熄灭，其他颜色灯也如此。

学生开始ArduBlock编程，如图3。

图3 模拟交通灯的编程

设计意图：在模拟交通灯的设计过程中，学生主要运用可视化编程环境ArduBlock中的基本模块与语法来尝试实现生活中的一个现象，为下一步实现自己的创意作品打下基础。

4. 创意阶段：跳动的音符灯

教师引导：在“中国好声音”节目中，你见过随着音乐而跳动的灯吗？如图4。

师：在设计跳动的音符灯时，主要考虑什么问题？

生：LED灯的点亮时间、持续时间与熄灭时间。

师：如何同时点亮两个或多个LED灯？

学生针对自己的个性化音符灯进行具体分析，教师组织学生四人一组讨论可视化编程环境ArduBlock中的基本模块，如延迟与时间的设置。

学生四人一组在编程环境ArduBlock进行编程，以实现自己的个性化音符灯。

设计意图：跳动的音符灯的设计，是让学生在掌握ArduBlock中的基本模块与语法的基础上，通过自己思考、动手实践，来设计出个性化的Arduino创意电子作品，进一步增强学好Arduino创意电子选修课程的信心。

5. 作品评价

学生以小组为单位，向大家展示音符灯的设计，并在ArduBlock中说明设计思路。

教师引导学生如何去评价Arduino创意电子作品的设计：一是作品的硬件搭建是否正确与接口连接的整洁。二是编程设计是否正确并调试效果明显。三是作品的设计是否融入自己的想法。

（作者单位：浙江象山中学）

专家点评：

Arduino创意电子设计是一门涉及信息技术、电子电工、传感技术等多领域的交叉学科，其教育实施正是促使学生整合科学、技术、数学领域的知识，以工程标准化的思想进行综合实践的过程，具有较强的教育价值。该选修课程的开发与实践也对教师在多领域交叉学科上的知识、如何进行交叉学科的教学等方面提出了挑战，张秀常老师敢于尝试的勇气与努力是值得肯定的。

从闪烁灯教学案例的设计过程上看，由练习阶段、提高任务到创意作品的三步教学，不但照顾到了不同学习起点、不同认知水平的高一新生，而且在学习可视化编程环境ArduBlock的梯度上，也做到了环环相扣、层层递进。随堂听课时我发现，学生学习积极性高涨，学习的效果也非常不错。

（点评人：浙江象山县教育局教研室 陈贤杰）