2023-2024學年天津市中小學生mixly創意編程第4課聰明的按鍵-教學設計學校授課教師課時授課班級授課地點教具教學內容本課選自《mixly創意編程》第4課，主要內容包括：認識按鍵模塊，學習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。通過本節課的學習，學生能夠掌握基本的按鍵控制方法，為后續的編程學習打下基礎。核心素養目標培養學生的問題解決能力、邏輯思維能力和創新實踐能力。通過學習按鍵控制程序，學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，為培養學生的計算思維和信息技術素養奠定基礎。教學難點與重點1.教學重點，

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，實現按鍵的讀取和響應；

③熟悉編程過程中的調試方法，確保程序能夠正常運行。

2.教學難點，

①按鍵去抖動處理，理解并實現按鍵穩定輸入的邏輯；

②將按鍵輸入與LED燈控制邏輯相結合，編寫出能夠根據按鍵狀態改變LED燈狀態的完整程序；

③在編程過程中培養學生的邏輯思維和問題解決能力，面對程序運行中出現的問題能夠進行有效調試。教學資源準備1.教材：確保每位學生都有《mixly創意編程》教材，包含本節課所需的編程指南和練習題。

2.輔助材料：準備與按鍵模塊相關的圖片、圖表，以及編程示例視頻，幫助學生理解按鍵控制原理。

3.實驗器材：準備Arduino開發板、LED燈、按鍵等實驗器材，確保其完整性和安全性。

4.教室布置：設置分組討論區，方便學生合作學習；在實驗操作臺布置好實驗器材，便于學生進行編程實踐。教學流程1.導入新課

詳細內容：首先，通過提問學生生活中常見的按鍵應用，如電視遙控器、門禁系統等，引導學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，引發學生對編程控制硬件的興趣。最后，引入本節課的主題“聰明的按鍵”，并簡要介紹本節課的學習目標和內容。

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，包括按鍵的物理構造和電路連接，以及按鍵信號的處理方式。

②學習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：指導學生編寫一個簡單的程序，實現按下按鍵時LED燈亮，松開按鍵時LED燈滅。

3.實踐活動

①學生獨立完成按鍵控制LED燈的編程任務，教師巡視指導，解答學生疑問。

②學生嘗試修改程序，實現按鍵控制LED燈閃爍的效果。

③學生嘗試使用其他硬件，如蜂鳴器、繼電器等，實現按鍵控制不同設備的操作。

4.學生小組討論

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燈控制邏輯的結合：討論如何將按鍵輸入與LED燈控制邏輯相結合，實現更復雜的控制效果。

③程序調試與優化：討論在編程過程中遇到的問題，如程序運行異常、代碼優化等。

5.總結回顧

內容：首先，回顧本節課所學內容，強調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，針對教學重難點進行具體分析和舉例，如按鍵去抖動處理、程序調試等。最后，鼓勵學生在課后繼續探索編程的樂趣，嘗試編寫更多有趣的程序。

教學流程用時分鐘：

1.導入新課：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：

-學生獨立完成編程任務：20分鐘

-學生嘗試修改程序：15分鐘

4.學生小組討論：10分鐘

5.總結回顧：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

-按鍵的物理結構：通常包括一個導電層、一個絕緣層和一個金屬片。

-按鍵的工作方式：當按下按鍵時，導電層和金屬片接觸，形成電路閉合，產生信號。

-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：設置按鍵模塊的輸入參數，如讀取的值和響應時間。

-讀取按鍵狀態：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，選擇相應的輸出端口。

-控制LED燈亮滅：通過編程，根據按鍵狀態控制LED燈的亮滅。

-實現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，硬件去抖動通過濾波電路實現。

5.程序調試與優化

-調試方法：使用Mixly軟件的調試功能，逐步檢查程序中的錯誤。

-優化技巧：優化程序結構，提高代碼可讀性和執行效率。

6.實驗器材與連接

-實驗器材：Arduino開發板、LED燈、按鍵、連接線等。

-連接方法：根據電路圖連接LED燈、按鍵和Arduino開發板。

7.代碼示例

-基本代碼：```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設置數字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設置數字引腳3為輸出

}

//循環

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);//設置數字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設置數字引腳3為輸出

}

//循環

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);//設置數字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設置數字引腳3為輸出

}

//循環

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1.實驗鞏固

-任務：使用Mixly軟件和Arduino開發板，編寫一個程序，實現按下按鍵時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開發板的數字引腳3，將按鍵模塊的輸入端口連接到數字引腳2。編寫程序如下：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設置數字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設置數字引腳3為輸出

}

//循環

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.程序調試

-任務：編寫一個程序，實現按下按鍵時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);//設置數字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設置數字引腳3為輸出

}

//循環

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：使用Mixly軟件和Arduino開發板，連接LED燈、按鍵和蜂鳴器，編寫一個程序，實現按下按鍵時LED燈亮，同時蜂鳴器發出聲音。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設置數字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設置數字引腳3為輸出

pinMode(4,OUTPUT);//設置數字引腳4為輸出

}

//循環

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

tone(4,440);//蜂鳴器發出440Hz的聲音

delay(500);//延時500毫秒

noTone(4);//停止蜂鳴器發聲

}

}

```

4.邏輯判斷

-任務：編寫一個程序，實現按下按鍵時，LED燈亮，同時蜂鳴器發出聲音；松開按鍵時，LED燈滅，蜂鳴器停止發聲。

-答案示例：

```mixly

//初始化

setup(){

pinMode(2,INPUT);//設置數字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設置數字引腳3為輸出

pinMode(4,OUTPUT);//設置數字引腳4為輸出

}

//循環

loop(){

if(digitalRead(2)==HIGH){//如果按鍵被按下

digitalWrite(3,HIGH);//LED燈亮

tone(4,440);//蜂鳴器發出440Hz的聲音

}else{

digitalWrite(3,LOW);//LED燈滅

noTone(4);//停止蜂鳴器發聲

}

}

```

5.程序優化

-任務：編寫一個程序，實現按下按鍵時，LED燈亮，同時蜂鳴器發出聲音；松開按鍵時，LED燈滅，蜂鳴器停止發聲。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);//設置數字引腳2為輸入

pinMode(3,OUTPUT);//設置數字引腳3為輸出

pinMode(4,OUTPUT);//設置數字引腳4為輸出

}

//循環

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);//停止蜂鳴器發聲

}

}

```板書設計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

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初始化設置

②循環檢測按鍵狀態

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.程序調試

①調試方法

②優化技巧

7.實驗器材

①Arduino開發板

②LED燈

③按鍵

④連接線

8.代碼示例

①基本代碼結構

②讀取按鍵狀態

③控制LED燈

④去抖動處理

⑤程序優化課堂小結，當堂檢測課堂小結：

1.回顧本節課所學內容，重點強調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.總結程序調試和優化的基本技巧，如逐步檢查代碼、優化程序結構等。

4.鼓勵學生在課后繼續探索編程的樂趣，嘗試編寫更多有趣的程序。

當堂檢測：

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。

-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