基于硬件的Python语言项目化学习方法实践

● 引言

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》指出，教师在课堂教学中要注重对学生信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任四个方面核心素养的培养，而计算机编程无疑是培养学生计算思维的主要途径与方法。但笔者调查发现，在所任教的班级中，每个班级都有90%以上的学生没有接触过计算机语言，所以很难理解计算机编程语言的语义语法，也不会使用。因此，为了更好地促进学生在做中学，笔者在讲解Python时，将《必修1 数据与计算》中第2章的内容与必修2中《2.6 小型信息系统的组建》的内容相结合，设计了基于硬件的Python语言项目学习（如下表）。

● 实施过程

1.以身边事例引入项目

教师以学生身边的事例引入，引导学生分析“交通信号灯的亮灯的完整过程”，激发学生学习的积极性，并清晰地理解交通信号灯的过程及算法，为后面Python程序的编写打下坚实的基础。

2.搭建硬件为Python编程铺路

本次课堂中使用的硬件有Arduino UNO R3板、红绿灯模块及杜邦线。教师利用1课时的时间讲解《2.6 小型信息系统的组建》一节的内容，让学生认识Arduino UNO R3板及板的主要构造（正极、负极、模拟数字端口、数字端口等）、LED灯、基本传感器的端口介绍及与Arduino UNO R3板的连线，并设置一个简单的实验，利用Arduino程序代码编写，让Arduino UNO R3板上自带的LED灯亮起来，并通过按钮控制LED灯。

3.做足准备，让UNO R3板读懂Python语言

第一步：在Pyhton中安装pyfirmata模块，让Python语言控制UNO R3板成为可能。

第二步：打开Arduino软件烧录文件（目的是让UNO认识Python文件并执行），烧录的文件如下页图所示。

4.项目活动设计，让灯亮起来

教师重点讲述第二课时的活动实施过程。

活动一：教师介绍硬件及其工作原理（1表示灯亮，0表示灯灭），让学生将USB插入到计算机的USB接口中，并完成相应的表格任务。

设计意图：通过UNO R3板的串口的填写及交通信号灯的接线，让学生更熟悉UNO R3板，为后续程序的阅读与完善做好铺垫。

活动二：教师给出只有绿灯亮起—熄灭、黄灯跳闪一次的代码，解释程序中导入pyfirmata库的代码，解释库的作用，引导学生填入UNO板的串口号，填好后运行程序观察灯的变化（绿灯亮灭后，黄灯亮灭），并要求学生根据灯的显示给四行代码添加注释语句（注释语句用#表示）。接着，引导学生观察并思考编写的程序需要完善的地方。学生通过代码运行会发现，当前黄灯只闪烁一次。但生活中为了便于发挥黄灯的警示作用，黄灯跳闪多次，红灯才会亮起，思考如何通过代码让黄灯跳闪多次。

设计意图：通过注释语句的填写让学生熟悉程序代码及已经实现的功能，方便学生对后面代码的理解和修改。通过黄灯闪烁多次的问题引出本节课的重点循环结构。

活动三：教师讲解for语句格式，通过下面的例子让学生理解循环次数的设置及执行过程，并通过计数循环语句的讲解，让学生利用for语句完善代码，实现黄灯的3次闪烁。

打印10颗“*”？print（“*”）写10次，思考：如何改成循环语句？

设计意图：通过简单的例子帮助学生理解计数循环，让学生理解for语句的使用及正确书写，并能解决实际问题。

活动四：引导学生做一个SOS紧急救援灯（三短三长三短）。

引导学生分析项目要求，并得出只用黄灯（3次快速跳閃，3次慢速跳闪，3次快速跳闪）就可以完成项目。

设计意图：设置挑战环节，激发有能力的学生进一步学习，最后通过欣赏优秀的作品，提高学生的学习积极性。

● 结语

本项目通过Arduino UNO R3板与Python编程语言的结合，让学生在“联系观察—分析思考—动手实践—反思调整”的过程中，一步步完成智能交通信号灯的制作，进而提升学生的思维能力，把学生学习的过程变成不断突破、不断超越的过程。