王慧

摘要：STEM教育課例《摩爾斯電碼》第二課時(shí)的教學(xué)目標(biāo)為：（（1）能夠基于摩爾斯電碼，創(chuàng)造個(gè)性化的密碼語言;通過制作摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)，了解基于密碼的信息傳遞方式。（2）通過制作摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)和編程，探究摩爾斯電碼的聽譯方法，直觀地認(rèn)識(shí)以光、聲音為媒介的信息傳遞方式。（3）通過制作摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)和編程，鍛煉觀察、推理、探究等能力。教學(xué)過程包括以下環(huán)節(jié)：課前談話;按鈕控制LED燈;按鈕控制LED燈、蜂鳴器;發(fā)送SOS求救信號(hào);編寫與破譯密碼;課堂總結(jié)。

關(guān)鍵詞：STEM教育課例摩爾斯電碼

本節(jié)課為STEM教育課例《摩爾斯電碼》的第二課時(shí)，教學(xué)目標(biāo)為：（1）知識(shí)與技能。能夠基于摩爾斯電碼，創(chuàng)造個(gè)性化的密碼語言;通過制作摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)，了解基于密碼的信息傳遞方式。（2）過程與方法。通過制作摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)和編程，探究摩爾斯電碼的聽譯方法，直觀地認(rèn)識(shí)以光、聲音為媒介的信息傳遞方式。（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀。通過制作摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)和編程，鍛煉觀察、推理、探究等能力。教學(xué)重點(diǎn)為：制作摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)和編程。教學(xué)難點(diǎn)為：硬件連接摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)。教學(xué)準(zhǔn)備為：LED燈、蜂鳴器、開關(guān)按鈕、3Pin杜邦線、Arduino擴(kuò)展板。

具體教學(xué)過程如下：

一、課前談話

師在上課之前，老師想了解一下每個(gè)小組的分工情況，如果你擔(dān)任老師所說的職務(wù)，就迅速站起來，讓大家看到你。

（教師報(bào)職務(wù)名稱：機(jī)械工程師、軟件工程師、編碼專家、解碼專家。學(xué)生相應(yīng)站起。）

[設(shè)計(jì)意圖：讓每個(gè)小組根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)明確分工，發(fā)揮每一位學(xué)生的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)。]

二、按鈕控制LED燈

師上一節(jié)課我們認(rèn)識(shí)了摩爾斯電碼，知道利用摩爾斯電碼可以傳遞一些信息。而摩爾斯電碼既能通過聲音來傳遞信息，也能通過燈光來傳遞。這節(jié)課我們先來學(xué)習(xí)用燈光傳遞信息。

（一）硬件連接

師在此之前，我們先一起來認(rèn)識(shí)下所需的元器件：（PPT依次展示元器件圖片，如圖1）Arduino擴(kuò)展板、3Pin杜邦線、蜂鳴器、按鈕、LED燈;并重點(diǎn)了解一些按鈕和LED燈的信息：（出示圖2）數(shù)字“0”代表……數(shù)字“1”代表……高電平表示……低電平表示……

師請(qǐng)同學(xué)們拿出3Pin杜邦線，仔細(xì)觀察，它有幾種顏色？

生3種顏色，分別是黑色、黃色和紅色。

師按鈕和LED燈上有幾根針？在針腳的右側(cè)分別標(biāo)有什么字母？

生都有3根針，分別標(biāo)有“S”“+”“-”。

師“S”代表信號(hào)（signal），“+”代表正極，“-”代表負(fù)極。（稍停）從Arduino擴(kuò)展板中找到數(shù)字口，看看數(shù)字口4共有幾個(gè)插口？

生3個(gè)。

師那你能猜一下，3Pin杜邦線、按鈕、LED燈、數(shù)字口之間有什么聯(lián)系嗎？

生用3Pin杜邦線將按鈕和LED燈接到Arduino擴(kuò)展板的數(shù)字口上。

生3Pin杜邦線上的顏色要與字母相對(duì)應(yīng)。

師（出示圖3，示范并講解）將LED燈與Arduino擴(kuò)展板連接。這里，我們接在數(shù)字口5上，黃色的線連接在S針腳，黑色的線連接在G針腳，接的時(shí)候一定要一一對(duì)應(yīng)。數(shù)字口0和1用于計(jì)算機(jī)和Arduino擴(kuò)展板之間的通信，其中數(shù)字口0用于接收信號(hào)，數(shù)字口1用于發(fā)送信號(hào)。在接線時(shí)，要避開這兩個(gè)數(shù)字口。

師你們能嘗試將按鈕和LED燈分別連接在Arduino擴(kuò)展板上嗎？請(qǐng)每組的機(jī)械工程師負(fù)責(zé)連接。

（學(xué)生小組活動(dòng)，連接相關(guān)器件。教師利用“班級(jí)優(yōu)化大師”程序，獲知學(xué)生的完成情況。）

師第4小組、第7小組、第12小組完成的速度最快，老師給這幾個(gè)小組加分。

[設(shè)計(jì)意圖：動(dòng)手能力是人全面發(fā)展的一個(gè)重要方面，也是教育培養(yǎng)的重要能力之一。本環(huán)節(jié)通過學(xué)習(xí)硬件的連接，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。利用程序獲得學(xué)生的完成情況，并及時(shí)給予評(píng)價(jià)，可以有效激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。]

（二）腳本編寫

師剛才我們順利完成了硬件連接，不過，按下按鈕有反應(yīng)嗎？

生沒有反應(yīng)。

師為什么呢？我們還需要編寫控制程序。我們打開mBlock軟件，會(huì)發(fā)現(xiàn)標(biāo)題欄上顯示——

生沒有連接串口。

師（邊操作邊講解）我們首先要點(diǎn)擊“擴(kuò)展”，選擇“Arduino”;然后要點(diǎn)擊“控制板”，選擇“Arduino Uno”;最后要點(diǎn)擊“連接”，選擇“串口”，再選擇“COM5”。我們?cè)賮碛^察標(biāo)題欄，看到——

生串口已連接。

師那程序如何來編寫呢？（出示設(shè)計(jì)思想：如果按鈕按下，LED燈亮;反之，LED燈滅）我們一起來看一下設(shè)計(jì)思想，怎么將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為程序呢？（出示表1）這是我們需要用到的模塊。

師謝謝你給我們提供的解決方案，讓我們更加了解重復(fù)語句的重要性。請(qǐng)各小組的軟件工程師完成程序編寫。

（學(xué)生小組活動(dòng)，完成按鈕控制LED燈的程序編寫。教師利用“班級(jí)優(yōu)化大師”程序，獲知學(xué)生的完成情況。）

師第5小組、第12小組最先完成，老師給這幾個(gè)小組加分。

[設(shè)計(jì)意圖：在講解程序時(shí)，故意遺漏“重復(fù)執(zhí)行”指令，讓學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。]

三、按鈕控制LED燈、蜂鳴器

師剛才，我們利用燈光實(shí)現(xiàn)了信息傳遞，那么如何利用聲音器件來實(shí)現(xiàn)呢？（出示設(shè)計(jì)思想：如果按鈕按下，LED燈亮，蜂鳴器發(fā)聲;反之，LED燈滅，蜂鳴器不發(fā)聲）我們一起來看一下設(shè)計(jì)思想，請(qǐng)小組合作嘗試編寫程序。

（學(xué)生小組活動(dòng)。部分學(xué)生編寫的程序出現(xiàn)狀況：按鈕按下，LED燈亮，蜂鳴器卻不發(fā)出聲音;按鈕不按下，LED燈不亮，蜂鳴器卻發(fā)出聲音。）

師為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？哪個(gè)小組知道原因，來為大家解決一下。

生（同步演示，如圖6，數(shù)字口4連接的是按鈕，數(shù)字口5連接的是LED燈，數(shù)字口6連接的是蜂鳴器）大家把按鈕按下時(shí)，蜂鳴器輸入的是高電平，這里，蜂鳴器和LED燈輸入的電平應(yīng)該是相反的。

四、發(fā)送SOS求救信號(hào)

師SOS是國(guó)際通用的緊急救援信號(hào)，在摩爾斯電碼中為“嘀嘀嘀”“嗒嗒嗒”“嘀嘀嘀”，用燈光法為三長(zhǎng)三短三長(zhǎng)。請(qǐng)大家用剛剛制作的發(fā)報(bào)機(jī)練習(xí)發(fā)送SOS。

（學(xué)生練習(xí)。）

[設(shè)計(jì)意圖：利用燈光、聲音發(fā)送求救信號(hào)SOS，是學(xué)生應(yīng)該掌握的生活常識(shí)。]

五、編寫與破譯密碼

師你能參照國(guó)際摩爾斯電碼表編寫自己的密語嗎？比如，再見（See you later）可縮寫為“CUL”，謝謝你（Thank you）可縮寫為“TU”。編碼專家、解碼專家負(fù)責(zé)完成并填寫小組學(xué)習(xí)單。

（學(xué)生小組活動(dòng)，并完成如表2所示的小組學(xué)習(xí)單。）

六、課堂總結(jié)

師今天我們制作了摩爾斯電碼發(fā)報(bào)機(jī)，體驗(yàn)了“翻譯”過程，知道了無論是從電碼翻譯成英文還是從英文翻譯成電碼，都離不開摩爾斯電碼表。同學(xué)們表現(xiàn)得都很棒！希望能在課后繼續(xù)練習(xí)，下課。

[設(shè)計(jì)意圖：學(xué)習(xí)內(nèi)容的概括，不僅可以歸結(jié)總結(jié)、深化主題，還可以將學(xué)生的思維引向更深刻、更廣闊的領(lǐng)域。]