第3章开源硬件创意设计3.2项目设计方案 教案（表格式）-高中教学同步《信息技术人工-开源硬件项目设计》（人教-中图版2019）

《信息技术-开源硬件项目设计》教案
课 题 第3章开源硬件创意设计3.2项目设计方案 课 型 班课 课 时 1
授课班级 高一1班
学习目标 3.2.1 功能设计 学生能够理解功能设计的概念，即按照需求分析的初步要求，对项目作品应具备的目标功能进行概念性构建的过程。 学生能够掌握如何根据需求分析深化产品功能的具体实现手段，例如通过功能列表和思维导图来梳理功能需求和明确功能之间的连接关系。 学生能够通过实例（如手机控制电源通断装置）学习如何进行功能设计，包括无线控制和控制关灯功能的实现方法，以及如何选择合适的硬件组件（如继电器模块和蓝牙模块）。 3.2.2 外观设计 学生能够了解外观设计的含义，即产品形状、图案、色彩的设计，以及这些元素如何与作品定位相一致。 学生能够学习到外观设计的三个主要方面：形状设计、图案设计和色彩设计，并理解它们在产品设计中的重要性。 学生能够掌握外观设计的实际应用，例如通过设计图来直观表现外观设计，并学习使用网格法手绘等技巧来绘制设计图。 3.2.3 交互设计 学生能够理解交互设计的定义，即定义两个或多个互动个体之间交流的内容和结构，使之互相配合达成某种目的。 学生能够学习到交互设计的目的和目标，即建立人与产品及服务之间有意义的关系，使产品“能用”且“好用”。 学生能够掌握开源硬件作品中交互设计的关键因素，如输入模块的选择和产品外观设计，以及如何通过流程图、状态转换图和故事板等工具来进行交互设计。
学习重难点 教学重点 3.2.1 功能设计 功能设计是按照需求分析的初步要求，对项目作品应具备的目标功能进行概念性构建的过程。 功能设计依据需求分析，通过功能列表和思维导图等工具来深化产品功能的具体实现手段。 功能设计不仅要考虑实现目标功能的方式，还需考虑如何通过技术整合创新来满足作品定位及实施环节的要求。 3.2.2 外观设计 外观设计涉及产品的形状、图案和色彩设计，需要与作品定位相一致。 形状、图案、色彩不仅要美观，还要考虑其对作品功能、效果的影响及产品的应用场景、使用体验和内部构造。 外观设计可以通过平面和三维数字化设计工具或手绘等方式直观表现，如网格法手绘。 3.2.3 交互设计 交互设计关注定义两个或多个互动个体之间的交流内容和结构，旨在建立人与产品及服务之间的有意义关系。 交互设计的目的是提升产品易用性，有效达到使用者的目标，并注重“可用性”和“用户体验”。 影响因素包括输入模块的选择和产品外观设计，主要原则是降低用户学习成本，避免误操作，确保用户舒适高效地使用产品。 教学难点 3.2.1 功能设计 难点： 如何将抽象的需求分析转化为具体、可行的功能设计方案。 解决策略： 结合实例（如手机控制电源通断装置）讲解如何运用功能列表和思维导图等工具来具体化功能设计步骤，强调迭代反馈的重要性。 3.2.2 外观设计 难点： 外观设计不仅要考虑美学，还要考虑实用性、场景适用性和内部结构，初学者往往难以平衡这些因素。 解决策略： 通过案例（如八音盒、多彩灯笼等）展示如何根据不同场景和功能需求进行外观设计，教授如何利用设计图表现外观设计思路。 3.2.3 交互设计 难点： 理解交互设计的复杂性，包括用户的多样性和产品的技术限制，以及如何选择合适的交互方式。 解决策略： 通过具体案例（如手机遥控电源通断控制装置的交互设计）和设计工具（流程图、状态转换图、故事板）的使用，指导学生如何进行有效的交互设计，同时强调用户中心设计思想。
教学方法 案例分析法： 通过具体的项目实例（如手机控制电源通断装置、八音盒、多彩灯笼等），帮助学生理解功能设计、外观设计和交互设计的实际应用。 利用案例分析，引导学生深入思考设计的每个步骤，从需求分析到具体的设计方案实施。 讲授法与互动讨论相结合： 在介绍设计理论和方法时采用讲授法，确保学生能够系统地了解功能设计、外观设计和交互设计的基本概念和流程。 结合互动讨论，鼓励学生提出问题、分享见解，促进对教学内容的深入理解和应用。 图示法： 使用功能列表、思维导图、设计图（包括网格法手绘）、流程图、状态转换图和故事板等视觉工具，帮助学生直观地理解设计过程和设计原则。 图表和流程图的使用使得复杂的设计概念更加易于理解和记忆。 实践操作指导： 虽然课程内容以理论为主，但通过指导学生如何绘制设计图、如何利用设计工具（如思维导图软件），让学生在实践中掌握设计技能。 强调设计过程中的迭代反馈，指导学生如何根据反馈优化设计。 情境模拟法： 通过模拟实际使用场景（如手机遥控台灯的应用场景故事板），引导学生进行情境化的学习，增强学习的实际应用价值。 情境模拟帮助学生更好地理解交互设计与用户体验之间的关系，以及设计对用户行为的影响。
课前准备 内容准备: 确定教学目标和关键概念，包括功能设计、外观设计和交互设计的基本理念及其在项目开发中的应用。 搜集并选择具体的案例（如手机控制电源通断装置、八音盒、多彩灯笼等），用以在课堂上进行深入分析。 准备功能设计的示例，如功能列表和思维导图，以及这些工具如何帮助梳理和明确产品功能。 准备外观设计的资料，包括不同设计考量因素如应用场景、使用体验和内部构造的影响，以及设计图的绘制方法。 准备交互设计的案例和原则，确保能够解释如何建立有效的产品与用户间的交互。 教学材料和工具的准备: 制作或更新教学PPT，包含关键概念解释、案例分析和设计示例。 准备绘图工具和设计软件，用于在课堂上演示设计图的制作，如网格法手绘和数字设计工具。 收集学生可能需要用到的软件和应用程序的信息，例如思维导图和流程图制作工具。 互动和实践活动的设计: 设计课堂讨论问题，促进学生对功能设计、外观设计和交互设计的理解和应用。 规划实践活动，如让学生选择一个项目并进行功能和外观设计，应用所学知识解决实际问题。 准备反馈和评估机制，如课堂提问、小组讨论汇报和作业设计任务，以评价学生对课程内容的掌握程度。
教学媒体 功能列表和思维导图：这些工具帮助学生组织和理解项目的功能需求，以及功能之间的关系。功能列表用于详细梳理产品应具备的各项功能，而思维导图则用于可视化这些功能之间的连接和依赖关系。 设计图：包括手绘草图和数字化设计图，这些是外观设计的直观表现工具。手绘技术如网格法用于初步形成设计概念，数字化工具则用于更加精确和详细的设计表现。 流程图和状态转换图：在交互设计环节中，这些图表帮助学生理解改善用户界面和体验的逻辑与步骤，以及不同交互状态之间的转换关系。 故事板：通过构建场景和故事，故事板帮助学生和教师模拟和呈现产品的使用情境，从而更好地理解和设计产品交互过程。 PPT和教学视频：作为课堂讲授的辅助材料，这些多媒体资源用于展示理论知识、设计示例和技术演示，以便学生更清晰地理解课程内容。 开源硬件和软件工具：实际编程和硬件操作中使用的各种开源平台和工具，如Arduino、Raspberry Pi等，以及相关的软件，用于实践环节，让学生亲手操作并实现项目设计。
教学过程
教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图
活动一： 创设情境 生成问题 引入一个生活中常见的问题，例如晚上躺在床上想关灯却不想起床。 通过提问引导学生思考可能的解决方案，并引出功能设计的概念。 参与讨论，提出自己对于解决上述问题的初步想法。 学习什么是功能设计以及它的重要性。 激发学生的兴趣和参与感，使课堂与生活实际连接。 让学生理解功能设计的定义及其在产品开发中的作用。
活动二： 调动思维 探究新知 展示手机控制电源通断装置的例子，详细介绍功能设计的流程和考虑因素。 讲解功能列表和思维导图的制作方法。 根据老师提供的范例，尝试制作针对另一个日常用品的功能列表和思维导图。 小组讨论，分享各自的设计思路。 使学生通过实际操作了解功能设计的步骤和方法。 培养学生的团队合作能力和创新思维。
活动三： 调动思维 探究新知 介绍外观设计的概念，强调其与产品定位的一致性。 展示不同外观设计的例子（如八音盒、多彩灯笼等），并分析设计元素。 选择一个开源硬件项目，进行外观设计的构思和草图绘制。 分析所选项目应用场景、用户体验和内部构造对外观设计的影响。 加深学生对外观设计重要性的理解，并激发他们的设计创意。 帮助学生学会从用户和产品两个角度审视设计。
活动四： 巩固练习 素质提升 解释交互设计的目的和基本原则。 通过例子（如手机遥控电源通断装置）展示交互设计的流程和状态转换图。 基于所学知识，设计一个简单的交互式产品原型，并绘制其交互设计的流程图。 小组内展示和评议各自的设计，讨论改进方案。 让学生通过实践掌握交互设计的基本技巧。 增进学生之间的交流与合作，共同提升设计质量。
课堂小结 作业布置 课堂小结 功能设计概念与重要性：功能设计是按照需求分析的初步要求，对项目作品应具备的目标功能进行概念性构建。它不仅是功能创新和作品设计的早期工作，而且也是作品开发定位及实施的关键环节。 功能设计的实现手段：通过具体案例（手机控制电源通断装置）展示了功能设计的流程，包括使用功能列表和思维导图来组织和明确功能需求及其相互关系。讨论了不同实现手段的选择依据及其优缺点。 外观设计的原则和要素：外观设计涉及产品的形状、图案和色彩设计，需考虑产品的应用场景、用户体验和内部构造。外观设计应与作品定位相一致，并可通过平面或三维设计工具以及手绘等方式呈现。 交互设计的目的和方法：交互设计旨在建立人与产品之间的有效互动，以提升产品易用性和用户体验。介绍了交互设计的目的、目标、影响因素，以及主要的设计原则和工具，例如流程图、状态转换图和故事板。 综合应用实例：通过手机遥控电源通断控制装置和手机遥控台灯两个例子，展示了如何将功能设计、外观设计和交互设计的理论应用到实际项目中，强调了设计过程中综合考虑用户需求、技术可行性和美学价值的重要性。 作业布置 设计任务：选择日常生活中的一个常见物品（如水壶、风扇、台灯等），进行功能设计方案的制定。要求利用功能列表和思维导图明确其核心功能及可能的改进点。 设计分析：针对所选物品，进行外观设计和交互设计的构思。在外观设计中，需考虑该物品的应用场景和用户体验；在交互设计中，描述你如何优化用户与产品的交互方式，使产品更易用、更具吸引力。 提交要求：请将你的设计方案整理成文档形式提交，包括但不限于功能设计图、外观设计草图和交互设计流程图或状态转换图。务必确保文档结构清晰，内容逻辑连贯，能够体现出你对课程内容的理解和应用能力。
板书设计 3.2 项目设计方案 3.2.1 功能设计 目标: 按照需求分析的初步要求，对项目作品应具备的目标功能进行概念性构建。 实现手段: 根据需求分析深化具体实现手段。如选择交通工具（飞机、火车、汽车）来从一个城市移动到另一个城市。 工具: 功能列表和思维导图。 功能列表: 梳理具体的功能需求。 思维导图: 明确各个功能之间的连接关系。 例1: 手机控制电源通断装置的功能设计。 核心功能: 无线控制和控制关灯。 实现方式: 利用继电器模块完成弱电控制强电的功能；通过蓝牙模块接收手机信息。 3.2.2 外观设计 定义: 产品形状、图案、色彩或三者相结合的设计。 重要性: 外观设计要与作品定位一致。 考虑因素: 应用场景、使用体验、内部构造。 应用场景: 决定外壳材质和密闭性。 使用体验: 决定外壳材质和造型。 内部构造: 电子模块在外壳内的布局。 设计表现: 可通过平面和三维数字化设计工具或手绘表现。 例1: 手机控制电源通断装置的外观设计。 可以简单设计成方盒子，固定所需模块。 3.2.3 交互设计 目的: 建立人与产品及服务之间有意义的关系，使产品“能用”且“好用”。 影响因素: 输入模块的选择和产品外观设计。 设计原则: 降低用户的使用学习成本，避免误操作，确保用户舒适、高效地使用产品。 设计方式: 流程图、状态转换图、故事板等。 例1: 手机遥控电源通断控制装置的交互设计。 通过蓝牙模块完成交互，使用流程图和状态转换图展示设计。 例2: 手机遥控台灯的交互设计。 设想应用场景并通过故事板展示设计过程。
教学反思 在本次课程中，我们深入探讨了项目设计方案的三个关键组成部分：功能设计、外观设计和交互设计。通过具体实例，如手机控制电源通断装置和手机遥控台灯，学生能够理解从需求分析到产品实现的整个设计流程。以下是对教学内容和方法的一些反思与评估。 功能设计的教学： 成功之处：通过实际例子，学生能够清楚地看到如何根据用户需求来定义产品功能，并利用功能列表与思维导图来组织和连接这些功能。这帮助他们理解功能设计不仅仅是列出功能，还要考虑功能之间的逻辑关系。 改进之处：未来可以增加更多互动环节，比如让学生分组讨论特定项目的功能设计，以促进更深层次的理解和思考。 外观设计的教学： 成功之处：通过介绍外观设计的多个方面（形状、图案、色彩），学生们了解到外观设计不仅关乎美观，还涉及到产品的实用性和用户体验。使用图示和案例（如八音盒和多彩灯笼）有效地帮助学生理解外观设计的多样性和复杂性。 改进之处：可以引入更多关于设计工具的使用教学，例如三维建模软件或手绘技巧，让学生亲手实践，提高他们的操作能力和创新设计能力。 交互设计的教学： 成功之处：交互设计部分通过具体的案例（如手机控制电源通断装置），展示了如何从用户角度出发设计产品。通过教授流程图和状态转换图的绘制，学生学会了如何规划和优化用户与产品的交互流程。 改进之处：今后可以加入用户调研和原型测试的内容，让学生了解如何收集用户反馈，并据此调整设计方案，这将使他们更加了解用户中心设计思想。 整体教学方法的反思： 本次课程强调理论与实践的结合，鼓励学生通过实例学习理论知识，并在小组讨论中应用这些知识。然而，课程中的互动和实践环节还有待加强。 未来可以考虑引入更多的案例分析和实际操作机会，如设计工作坊，让学生在真实或模拟的设计项目中运用所学知识，以提高他们的综合设计能力和团队协作能力。 总之，本次教学在帮助学生理解项目设计的关键要素方面取得了积极成效，但在提升学生的实际操作能力和创新思维方面还有进步空间。在未来的课程中，将更加注重实践与互动，使学生能够在真实的设计环境中学习和成长。