micro:bit在Python网络教学中的应用实践

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  随着国家对人工智能、编程的大力推广,越来越多的学校将micro:bit引入信息技术课堂。毕竟对于学生来说,单纯的编程语法学习枯燥并且抽象,选择一款具有创造性和趣味性的开源硬件辅助开展编程教学,能够帮助学生在学习编程这条路上走得更远。
  然而受新冠疫情影响,传统课堂不得不转入在线学习模式,知识获取方式和传授方式,以及教和学的关系发生了明显变化。本文结合教学实例,分享micro:bit在Python网络教学中的应用实践和教学注意事项。
  教学主题
  Python硬件实践
  教学对象
  有一定Python基础的学生
  教学目标
  学习并掌握micro:bit硬件的基本知识,通过Python控制硬件,让学生将计算机与生活紧密联系起来。
  教学内容
  课前准备——软件和编辑器
  方法l,通过下载安装MU软件,可直接将代码刷入到micro:bit板子上(见图1)。
  方法2,如果网络环境较好,可直接使用在线编辑器,随时随地进行编程(见图2)。
  教学说明
  ◇认识micro:bit(见图3)
  nRF51应用处理器IC:nRFi1应用处理器IC是让使用者作主要程控的处理器,完整的程序包含了用户客制与中介层( runtime),以及蓝牙协议层(stack) (注:浏览器编译环境会在用户程序写完同时将这3部分整合完成),一旦用户将完整程序(HEX文件)放在USB闪存根目录上,处理器便会直接执行程序代码。使用者也可对连接在处理器上的GPIO进行控制,也可通过2.4 GHz无线进行相关周边控制。
  ·蓝牙通讯:micro:bit板子上2.4G无线相关设计提供了对手机、平板的蓝牙通讯功能,可以通过蓝牙控制micro:bit,或者通过蓝牙把信号传人手机或者电脑。
  ·无线通信:micro:bit板子上2.4G无线相关设计提供另外的无线通信协议,此通讯协议在不同的程序语言环境可以直接使用,并且可以在多个micro:bit装置中互相传递并且群组化,进行无线通讯。
  ·金手指触片引脚:25个引脚,一般可以配合鳄鱼夹使用,或者插接到扩展板上进行转接使用。这些引脚使micro:bit的功能更加强大,可控制电机、舵机或其他电子模块。
  ·电力供应:给micro:bit的电力主要是由接口IC通过USB提供,亦可由电池盒连接器提供,在金手指上有电力供应的功能,需要熟悉电路设计的人操作。
  ·按键:micro:bit板子正面有2个按键,背面有1个。背面的按键连接nRF51处理器作系统重置用(reset)。正面的按键A、B可以由使用者程控,包括了短压、长压,或是A、B同时按,按键A、B均连接至金手指上的GPIO,加上电路设计可以做logic0或1值的操作。
  ·显示:在板子上有5×5组LEDs作为显示屏,光线传感器通过反向二极管电流的作用,把点阵屏转换成光敏传感器使用,用来检测周围的光线。
  ·重力传感器(加速度传感器):重力传感器是经由12C与处理器连接,提供了三轴感应数据,并包含手势感测算法。
  ·磁力传感器:磁力传感器也是通过I2C与处理器连接,提供磁力感测数值。
  ·温度感测:提供了板子上的实时温度感测。
  ·陀螺仪传感器:可以测量micro:bit的三轴转动角度,可以检测加速度大小,也可以检测micro:bit常见的状态(摇晃、倾斜、自由落体等)。
  ·指南针:可以用来指示方位,并且可以检测磁场强度。
  ◇介绍应用软件
  MU是第三方编辑器,在工作时,需要把micro:bit与电脑USB进行连接,通过Python编辑器将代码写入。当看到背后reset按键边上的LED开始闪烁时,说明可以进行代码写入。
  我們可以在MU主要区域开始写第1段代码。默认情况下,MU给我们写了1段代码,但是代码前面有#号,表示代码内容注销不运行。
  写完代码之后,就可以刷入代码了。在进行这一步之前,我们需要再次确认micro:bit已经与电脑相连接(在“我的电脑”里可以看到micro:bit已经读入),然后点击刷入,将代码刷入到micro:bit板子上。
  当后灯开始闪烁,闪烁过程大约10秒左右,表示代码已经在刷入。
  当然,也有很多种其他方式进行刷入Pvthon脚本。通过对代码保存再拖拽,找到micro:bit文件进行刷入。打开MU,点击REPL,可以看到代码下面的2个对话框(见图4)。
  另一种方法,通过在线编辑器进行代码编辑和micro:bit刷入。首先,在编辑器的指定区域进行代码编写。然后,确认电脑与micro:bit已连接(可以看到提示)。选择micro:bit开发板。点击刷入,刷入后可以看到micro:bit板子刷入灯闪烁。
  在本节课的最后,学生成功完成了教师分配的指定任务,通过网络实现了硬件学习,感受到了创作的快乐。
  教学注意事项
  ◇要能看到学生电脑屏幕。学生在实际操作中会遇到很多问题,比如代码书写过程中的语法错误、电脑日常小问题、USB与micro:bit板子连接问题、软件应用错误等。教师在教学过程中需要通过屏幕随时远程指导学生解决问题。
  ◇要通过学生端的摄像头随时注意学生表情。学生在硬件操作中,可能会遇到接线问题、电源正负连接问题、元件选择出错等。此时,有的学生会通过摄像头向教师说明,而有的学生则“埋头不语”。此外,有的学生可能在做学习之外的事情。因此,教师需要通过摄像头随时观察和注意学生的表情.及时帮助学生解决问题或纠正其行为。
  ◇注意分享教师端的屏幕。教师不仅要讲解课件,还要编写代码并讲解,部分代码还需要标注,这些都需要通过分享教师端的屏幕展示给学生。
  ◇注意分享教师端的摄像头。在讲解micro:bit硬件时,教师需要对选择元件、插线等进行展示。因此,摄像头需要能够照到所需展示分享的元件和硬件上来。
  ◇注意教学内容和节奏的把控。在线教学的内容应难度适中、循序渐进。当发现几个学生都困于同一个问题时,就需要放慢教学进度,给学生充足的时间思考,或是给出一些提示,引领学生完成“摘桃子”的过程。学生多一分成功的喜悦,对学习也能多一分热情和主动性。
  相比传统教学模式,在线教学较难把握学生的真实学情。因此,在线教学时,教师需注意和学生之间的互动,并形成一定的监督机制,同时还需要准备充分的教学内容,从而保证教学质量,提高学生学习主动性。
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