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2024年6月19日发(作者:)
基于树莓派的项目式教学的研究
摘要:项目式教学指学生在教师的指导下完成相应的项目来掌握学习内容,
解决真实问题,达到学习目的,它是人工智能课程中常用的教学方法。本文主要
针对项目式教学的概念、优势,以及在人工智能领域课堂中的实践应用来讲述的。
人工智能本身就是实践性很强的领域,需要多种硬件器材,而树莓派则是在
Linux环境下,利用程序语言来控制LED灯和各种传感器,使其达到预想的效果。
项目式教学恰好能随时接收教学反馈,进而不断改进教学手段,达到最佳教学效
果,并能起到促进人工智能进一步发展的作用。
关键词:项目式教学;树莓派;声控灯
1.前言
1.1研究的背景
随着社会的不断发展,互联网领域对于人们的生活、工作越来越重要,使得
信息技术无论在生活还是工作中已成为不可或缺的一部分。2020年天津市高中信
息技术学科出版了新教材,必修一《数据与计算》。新教材中分四个章节,看到
目录不难发现,每个章节都有一个主题学习项目,整个章节的内容也是围绕这一
主题项目展开的,贯穿始终,这就是所谓的项目式学习。
1.2研究的目的
信息技术早已和其他学科一样日趋成熟,因此对于信息技术教师的教学质量
要求也在不断提高。目前教育行业的高度重视以及教学方法的层出不穷,最终选
用项目式教学肯定有它自身的巨大优势。作为信息技术教师,那如何运用这种项
目式教学法在顺利完成教学的同时,能正确积极的引导学生、培养学生的创新思
维,并短时间内高效的达到教学效果,成为首要研究的对象。
2.项目式教学
2.1项目式教学法概念
项目教学法其实就是以项目来开展,由教师抛出这一项目,通过教师的引导,
再由学生自己完成任务。学生通过对该项目的进行,从整个过程中获取教学中应
该获得的知识与技能,体会项目式教学带来的魅力。表面上看这种教学方法类似
于任务驱动,但比任务驱动更具有贯彻性、连续性,整个学生学习的过程和思维
始终围绕在这一条主线上。
2.2项目式教学的优势
1、整个章节或模块的学习内容以主题项目为主线、教师为引导、学
生为主体,各自发挥其角色的作用。
2、每一堂课都紧接上节课内容、渗透下节内容,始终围绕项目主题
开展,能提高学生学习兴趣,调动积极性。
3、使教学内容更具贯彻性、连续性和条理性,做到教学内容层层递
进,教师得教与学生的学更加得心应手。
3.项目式教学在教学中的应用-以人工智能树莓派为例
3.1树莓派简介
树莓派是为了辅助学生学习程序语言由英国的“Raspberry Pi 基金
会”开发的一款单板计算机。类似于信用卡大小,堪称世界上最小的台式机,又
称卡片式电脑,但就是这小小的东西却拥有与电脑一样强大的功能,这就是
“Raspberry Pi”,中文译名“树莓派”。
3.2 声控灯的制作
3.2.1树莓派的基本参数配置
树莓派使用前配置有几个方面:1、SD卡格式化与SD卡烧录系统镜
像文件 2、基本参数配置:树莓派插入烧录好系统的SD卡,连接好显示器、鼠
标、键盘。按提示设置国家、语言、时区、树莓派用户名、密码 3、树莓派更换
国内镜像源 4、中文输入法的安装
3.2.2树莓派的硬件平台
主要的硬件组件:
1、HDMI:高清晰度多媒体接口,可将未处理的视频或数字音视频数据传输
到监视器,数字电视。
2、CSI摄像头接口:可与摄像头连接,用于采集视频。
3、DSI显示器接口:通过视频转接器与VGA线连接,再连接到显示屏,可将
树莓派内容显示在屏幕上。
4、复合音视频输出
5、电源指示灯
6、ACT PWR:显示SD卡活动的绿色LED
7、40-pin Header:包括GPIO端口、IIC、SPI等外设端口,能连接LED、
电机、传感器。
8、USB-Ports:树莓派主板的4个USB接口,可接入键盘、鼠标、麦克风等
外部设备。
9、Ethernet/LAN Port:网络接口,接入网线可以上网。
3.2.3树莓派的I/O口简介与编号方式
完成一个声控灯的制作,需要了解树莓派通用输入/输出(GPIO)接口,可
借助GPIO接口,连接各种感兴趣的电子设备到树莓派上面。“+”型树莓派的版
本有40个引脚,防止树莓派的损坏或者降低GPIO接口给树莓派带来的危险,要
注意的是:1. GPIO引脚上的电压不能超过3.3V;2.电流不能超过3mA,总输出
电流不超过100mA;3.树莓派通电后,不要使用螺丝刀或其他金属物接触GPIO接
口;4.电源应在5V及以下。GPIO有三种编号方式:1.物理引脚方式:拿起树莓
派主板将USB口对着自己,40pin引脚按从左到右,从上到下,左边奇数,右边
偶数,序号为1-40。 方式:完成呼吸灯制作这一项目就利用BCM方式,
根据BCM2875的GPIO寄存器进行编码。方式
3.2.4制作声控灯之前的准备
要想完成声控灯的制作,就要先连接好LED灯并使之发亮。需要的材料有:
树莓派开发资源包一套(电源、SD卡、显示器、键盘、鼠标);面包板1块;公
母头杜邦线2根;470欧姆电阻一个;LED发光二极管。
连接及组装过程:
1.把SD卡插入主板卡槽中(本身有存储器)
2.通过USB接口连接鼠标、键盘
3.利用视频转接线与显示屏连接
4.通过面包板,搭建简单电路。面包板为长方体,竖直放在手掌,分为两排,
左边和右边。任一边每一排的5个竖插孔是连通,每列之间是不通的。在物理电
路中,LED灯与电阻串联,因此将LED灯的正极(引脚更长的一段)插到面包板
中,负极(短的一段)插到除正极所在行的任意一行。然后,将电阻的任意一端
与LED灯的负极相连,也就是一端与LED灯负极在一排,形成串联电路。
5.利用公母头杜邦线将面包板与树莓派主板相连。杜邦线公头一端插到与
LED正极同排,另一端与电阻末端同排,其中LED正极接树莓派GPIO1端口(物理
引脚为40Pin引脚第12脚),负极串联电阻后接入树莓派OV端口(40Pin引脚第
14脚)。
连接好LED灯后,就需要通过Python发出命令来控制LED灯,树莓派本身
是Linux系统,可从LX终端以超级用户身份登录Python3控制台,并输入以下
命令来控制LED灯的亮灭:
$ sudo python3
>>>import as GPIO
>>>e()
>>>(18,)
>>>(18,True)
>>>(18,False)
如果想把利用Python3控制台进行的实验进一步扩展为通过程序代码使LED
灯闪烁,可在树莓派Python编程工具“Thonny Python IDE”下尝试以下代码:
import as GPIO
import time
e()
(18,)
while (True):
(18,True)
(0.5)
(18,False)
(0.5)
在使LED灯发亮的整个过程中,已初步了解了树莓派上各器件名称、需要的
外接设备、树莓派中Linux系统的运行环境以及调用的程序代码。为后面声控灯
的制作奠定坚实基础。
3.2.5制作声控灯
以上学习的内容其实都是为制作声控灯做准备。声控灯,顾名思义就是用声
音来控制灯的亮灭,当声音传感器接收到外界的声音信号时会点亮LED灯。要想
制作声控灯就必须要用到声音传感器。声音传感器有以下几个属性:
1.只能检测声音的有无,不能识别声音的大小和频率;
2.但灵敏度是可以调节的,利用蓝色数字电位器调节;
3.电压工作范围为3.3v-5v;
4.输出形式:0代表低电平,1代表高电平;
声音传感器有3根引脚,为VCC(电源正极)、GND(电源负极)、OUT(数据输
出),分别接在物理引脚的2脚、6脚、16脚,也就是树莓派5v、0v和任意一个
GPIO端口上(端口设置为输入模式)。
所需的工具材料:
树莓派开发系统1套(提前连接好电源、SD卡、显示屏、鼠标键盘);面包
板1块;公母头杜邦线2根;母母头杜邦线3根;470欧姆电阻1个;LED灯发
光二极管1个;声音传感器模块1个。
模块接线说明:
声音传感器VCC -树莓派的5V (4OPin引脚第2脚)
声音传感器GND -树莓派的0V (40Pin引脚第6脚)
声音传感器OUT -树莓派的GPI04 (40Pin引脚第16脚)
LED长针一树莓派的GPI01(40Pin引脚第12脚)
LED短针—470欧姆电阻一端
470欧姆电阻另一端-树莓派的0V(40Pin引脚第14脚)
实验代码:
import 0 as GPI0
import time
LED= 18
SENSOR= 23
flag = False
e ()
(SENSOR, pull up down=_UP
(LED, )
(LED, flag)
try:
while True:
if ((SENSOR) == 0):
print(“Detect Voice!”)
flag = not flag
(LED, flag)
(2)
flag = not flag
(LED, flag)
except KeyboardInterrupt:
pass
p()
执行上面程序,并给声音传感器一定强度的声音,传感器上有一个电位器,
有一个十字形的旋钮,用螺丝刀旋转十字,可调整接受声音的敏感度。最终会发
现LED灯通过外界声音的刺激发亮,外界声音消失后LED灯也同时熄灭。这样也
就实现了声控灯的效果。
参考文献:
1.人民教育出版社普通高中教材信息技术必修一数据与计算
2.天津市科学技术协会科普资源推送项目-人工智能资源包配套教材
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