基于硬件的Python語言項目化學習方法實踐

● 引言

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》指出，教師在課堂教學中要注重對學生信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會責任四個方面核心素養的培養，而計算機編程無疑是培養學生計算思維的主要途徑與方法。但筆者調查發現，在所任教的班級中，每個班級都有90%以上的學生沒有接觸過計算機語言，所以很難理解計算機編程語言的語義語法，也不會使用。因此，為了更好地促進學生在做中學，筆者在講解Python時，將《必修1 數據與計算》中第2章的內容與必修2中《2.6 小型信息系統的組建》的內容相結合，設計了基于硬件的Python語言項目學習（如下表）。

● 實施過程

1.以身邊事例引入項目

教師以學生身邊的事例引入，引導學生分析“交通信號燈的亮燈的完整過程”，激發學生學習的積極性，并清晰地理解交通信號燈的過程及算法，為后面Python程序的編寫打下堅實的基礎。

2.搭建硬件為Python編程鋪路

本次課堂中使用的硬件有Arduino UNO R3板、紅綠燈模塊及杜邦線。教師利用1課時的時間講解《2.6 小型信息系統的組建》一節的內容，讓學生認識Arduino UNO R3板及板的主要構造（正極、負極、模擬數字端口、數字端口等）、LED燈、基本傳感器的端口介紹及與Arduino UNO R3板的連線，并設置一個簡單的實驗，利用Arduino程序代碼編寫，讓Arduino UNO R3板上自帶的LED燈亮起來，并通過按鈕控制LED燈。

3.做足準備，讓UNO R3板讀懂Python語言

第一步：在Pyhton中安裝pyfirmata模塊，讓Python語言控制UNO R3板成為可能。

第二步：打開Arduino軟件燒錄文件（目的是讓UNO認識Python文件并執行），燒錄的文件如下頁圖所示。

4.項目活動設計，讓燈亮起來

教師重點講述第二課時的活動實施過程。

活動一：教師介紹硬件及其工作原理（1表示燈亮，0表示燈滅），讓學生將USB插入到計算機的USB接口中，并完成相應的表格任務。

設計意圖：通過UNO R3板的串口的填寫及交通信號燈的接線，讓學生更熟悉UNO R3板，為后續程序的閱讀與完善做好鋪墊。

活動二：教師給出只有綠燈亮起—熄滅、黃燈跳閃一次的代碼，解釋程序中導入pyfirmata庫的代碼，解釋庫的作用，引導學生填入UNO板的串口號，填好后運行程序觀察燈的變化（綠燈亮滅后，黃燈亮滅），并要求學生根據燈的顯示給四行代碼添加注釋語句（注釋語句用#表示）。接著，引導學生觀察并思考編寫的程序需要完善的地方。學生通過代碼運行會發現，當前黃燈只閃爍一次。但生活中為了便于發揮黃燈的警示作用，黃燈跳閃多次，紅燈才會亮起，思考如何通過代碼讓黃燈跳閃多次。

設計意圖：通過注釋語句的填寫讓學生熟悉程序代碼及已經實現的功能，方便學生對后面代碼的理解和修改。通過黃燈閃爍多次的問題引出本節課的重點循環結構。

活動三：教師講解for語句格式，通過下面的例子讓學生理解循環次數的設置及執行過程，并通過計數循環語句的講解，讓學生利用for語句完善代碼，實現黃燈的3次閃爍。

打印10顆“*”？print（“*”）寫10次，思考：如何改成循環語句？

設計意圖：通過簡單的例子幫助學生理解計數循環，讓學生理解for語句的使用及正確書寫，并能解決實際問題。

活動四：引導學生做一個SOS緊急救援燈（三短三長三短）。

引導學生分析項目要求，并得出只用黃燈（3次快速跳閃，3次慢速跳閃，3次快速跳閃）就可以完成項目。

設計意圖：設置挑戰環節，激發有能力的學生進一步學習，最后通過欣賞優秀的作品，提高學生的學習積極性。

● 結語

本項目通過Arduino UNO R3板與Python編程語言的結合，讓學生在“聯系觀察—分析思考—動手實踐—反思調整”的過程中，一步步完成智能交通信號燈的制作，進而提升學生的思維能力，把學生學習的過程變成不斷突破、不斷超越的過程。