普通高中教科书《信息技术》选择性必修6《开源硬件项目设计》教师教学用书.pdf
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普通高中教科书信息技术选择性必修6开源硬件项目设计教师教学用书徐福荫主编10Z2084.indd12023/1/315:
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321前言习近平总书记在全国教育大会上强调，要在党的坚强领导下，全面贯彻党的教育方针，坚持马克思主义指导地位，坚持中国特色社会主义教育发展道路，坚持社会主义办学方向，立足基本国情，遵循教育规律，坚持改革创新，以凝聚人心、完善人格、开发人力、培育人才、造福人民为工作目标，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，加快推进教育现代化、建设教育强国、办好人民满意的教育。
基础教育课程承载着教育思想，规定了教育目标和教育内容，是国家意志在教育领域的直接体现，在立德树人中发挥着核心作用。
基础教育课程改革在国家教育改革全局中具有十分重要的地位。
2013年，教育部启动了对2003年印发的普通高中课程方案和课程标准（实验稿）的修订工作。
本次修订以落实立德树人根本任务为指针，深入总结21世纪以来我国普通高中课程改革的宝贵经验，充分借鉴国际课程改革的优秀成果，努力将我国普通高中课程方案和课程标准修订成既达到国际先进水平，又符合我国实际情况的纲领性教学文件，构建具有中国特色的普通高中课程体系。
中国学生发展核心素养是对党的教育方针的具体化、细化，为建立核心素养与课程的内在联系，充分挖掘各学科课程对全面贯彻党的教育方针、落实立德树人根本任务、发展素质教育的独特贡献，各学科基于学科本质从中国学生发展核心素养指标体系中凝练出了本学科的核心素养。
学科核心素养是学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的正确价值观念、必备品格和关键能力，是知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的整合。
各学科明确学生完成本学科学习任务后，学科核心素养应该达到的水110Z2084.indd12023/1/315:
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33普通高中教科书信息技术教师教学用书2平，各水平的关键表现构成评价学业质量的标准，引导教学更关注育人目的，更加注意培养学生发展核心素养，更加强调提高学生综合运用知识解决实际问题的能力，帮助教师和学生把握教与学的深度和广度，为阶段性评价、学业水平考试和升学考试命题提供重要依据，促进教、学、考有机衔接，形成育人合力。
为此，普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）旨在全面提升全体高中学生的信息素养。
课程通过提供技术多样、资源丰富的数字化环境，帮助学生掌握数据、算法、信息系统、信息社会等学科大概念，了解信息系统的基本原理，认识信息系统在人类生产与生活中的重要价值，学会运用计算思维识别与分析问题，能够建模与设计系统性解决方案，理解信息社会特征，自觉遵循信息社会规范，在数字化学习与创新过程中形成对人与世界的多元理解力，负责、有效地参与到社会共同体中，成为数字化时代的合格中国公民。
按照普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）的基本理念、中国学生发展核心素养、学科核心素养、学科大概念和教科书，本书设计了绪论和各章的教学内容分析、教学组织、测试题编制说明、参考资料等内容。
其中，绪论是让教师理解教科书的顶层设计、课程性质、中国学生发展核心素养、学科核心素养、学科大概念，以及教科书对应课程标准的内容要求、教学提示、学业要求，教科书结构框架设计、项目学习设计、教学活动设计、学习活动设计和教学评价设计。
本章教学内容分析是让教师理解本章对应课标的内容要求，本章的地位和作用、本章的主要内容、本章对应课标的学业要求及其标注、本章对应课标达成的学科核心素养水平、本章体系框架、本章的工具与方法、本章的学习流程分析；本章教学组织是让教师理解本章项目学习活动的主题、本章项目学习活动的目标和本章项目学习活动的组织；本章测试题编制说明是让教师理解本章测试题覆盖课标“学业要求”的范围；参考资料是让教师理解本章项目范例成果报告的写法和教学参考资料，让教师更好地运用教科书进行教学。
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33目录绪论1第一章认识开源硬件项目9第二章开源硬件项目的开发流程与方案设计21第三章开源硬件项目的制作31第四章开源硬件项目输入输出组件及综合应用项目开发43第五章知识分享与知识产权5910Z2084.indd12023/1/315:
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331绪论普通高中教科书信息技术选择性必修6开源硬件项目设计教科书围绕立德树人的根本任务和中国学生发展核心素养进行顶层设计。
教科书体现社会主义核心价值观，体现项目学习理念和策略，有效引导教师教学和学生学习；符合普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）的基本理念与学业要求，符合学科特点、学科大概念、学科核心素养育人目标和课程目标要求，符合学生年龄特征和认知能力等教育教学理念。
一、课程性质党的二十大报告指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。
必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略”。
信息技术作为当今先进生产力的代表，已经成为我国经济发展的重要支柱和网络强国的战略支撑。
信息技术涵盖了获取、表示、传输、存储和加工信息在内的各种技术。
自电子计算机问世以来，信息技术沿着以计算机为核心、到以互联网为核心、再到以数据为核心的发展脉络，深刻影响着社会的经济结构和生产方式，加快了全球范围内的知识更新和技术创新，推动了社会信息化、智能化的建设与发展，催生出现实空间与虚拟空间并存的信息社会，并逐步构建出智慧社会。
基于开源硬件的项目设计与开发有利于激发同学们对创新的兴趣，培养同学们动手实践的能力，同时也是在信息技术课程中实现STEAM（科学、技术、工程、人文艺术与数学）教育的理想方法。
本教科书是针对同学们个性化发展需要，按照开源硬件项目设计流程而设置的选择性必修模块。
通过本教科书的学习，同学们能搜索并利用开源硬件及相关资料，体验作品的创意、设计、制作、测试、运行的完整过程，初步形成以信息技术学科方法观察事物和问题求解的能力，提升计算思维与创新能力。
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33普通高中教科书信息技术教师教学用书2二、中国学生发展核心素养学生发展核心素养主要是指学生应具备的能够适应终身发展和社会发展需要的正确价值观念、必备品格和关键能力。
学生发展核心素养通过各个学科教育培养，是跨学科的综合素质。
中国学生发展核心素养是以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展和社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养，具体细化为人文积淀、人文情怀、审美情趣、理性思维、批判质疑、勇于探究、乐学善学、勤于反思、信息意识、珍爱生命、健全人格、自我管理、社会责任、国家认同、国际理解、劳动意识、问题解决、技术应用十八个指标。
中国学生发展核心素养是对党的教育方针的具体化、细化。
为建立核心素养与课程的内在联系，充分挖掘各学科课程对全面贯彻党的教育方针、落实立德树人根本任务、发展素质教育的独特贡献，各学科基于学科本质从中国学生发展核心素养指标体系中凝练出了本学科的核心素养。
三、学科核心素养学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。
高中信息技术学科核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任四个核心要素组成。
其中，计算思维是信息技术学科本质的核心素养，信息意识、数字化学习与创新和信息社会责任是信息技术学科育人价值的核心素养。
它们是学生在接受信息技术教育过程中逐步形成的信息技术知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的综合表现。
四个核心要素互相支持、互相渗透，共同促进学生信息素养的提升。
具体内涵表述如下。
1.信息意识信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力。
具备信息意识的学生能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息；能够敏锐感觉到信息的变化，分析数据中所承载的信息，采用有效策略对信息来源的可靠性、内容的准确性、指向的目的性做出合理判断，对信息可能产生的影响进行预期分析，为解决问题提供参考；在合作解决问题的过程中，愿意与团队成员共享信息，实现信息的更大价值。
2.计算思维计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。
具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案；总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题的解决中。
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33绪论33.数字化学习与创新数字化学习与创新是指个体通过评估并选用常见的数字化资源与工具，有效地管理学习过程与学习资源，创造性地解决问题，从而完成学习任务，形成创新作品的能力。
具备数字化学习与创新素养的学生，能够认识数字化学习环境的优势和局限性，适应数字化学习环境，养成数字化学习与创新的习惯；掌握数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造。
4.信息社会责任信息社会责任是指信息社会中的个体在文化修养、道德规范和行为自律等方面应尽的责任。
具备信息社会责任感的学生，具有一定的信息安全意识与能力，能够遵守信息社会的法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则，在现实和虚拟空间中遵守公共规范，既能有效维护信息活动中个人的合法权益，又能积极维护他人合法权益和公共信息安全；关注信息技术革命所带来的环境问题与人文问题；对于信息技术创新所产生的新观念和新事物，具有积极学习的态度、理性判断和负责行动的能力。
四、学科大概念学科大概念是构成学科本体特征、内在价值与逻辑关系的结构化知识框架的核心概念。
信息技术学科大概念由数据、算法、信息系统、信息社会四个核心要素组成。
应用信息技术解决某个现实问题，以“数据”为基础，进而分析数据形成“算法”，构建或应用“信息系统”，服务于“信息社会”。
数据是现实客观世界的符号记录。
在计算机科学中，图、文、声等数值性和非数值性符号，都可以被计算机转化为二进制的数据符号0和1。
例如，数字180在计算机中表示为10110100；字符cm在计算机中表示为0110001101101101。
在大数据时代，数据不仅是信息的载体，也是人们提取信息、做出决策的重要依据，成为人们认识和理解现实世界客观事物的重要资源。
算法是对特定问题求解步骤的一种描述，是一系列解决问题的清晰指令。
精确的算法是计算工具有效计算的前提条件。
信息系统是由人、软件、硬件、网络、数据资源等组成的人机交互系统。
信息系统的主要功能和目的是对输入信息进行处理、控制、存储、传输和输出后，提供决策帮助。
信息社会是通过创造、分配、使用、整合和处理信息进行社会经济、政治和文化活动的社会形态。
信息社会成员通过创新、高效地使用信息技术，获得较大的个人或组织生存与发展优势。
课程内容以学科大概念为核心，使课程内容结构化。
各模块内容都是在学科大概念基础上构建的，以主题为引领，使课程内容情境化，落实学科核心素养。
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34普通高中教科书信息技术教师教学用书4五、课标的内容要求本教科书对应课标的内容要求：
（1）基于实例分析，认识开源硬件的特征与发展，理解利用开源硬件进行信息技术创新的意义。
（2）通过剖析使用开源硬件完成作品的实例，体验基于开源硬件完成项目的基本流程，知道常用开源硬件的功能与特征。
（3）基于事物特征的分析，设计基于开源硬件的作品开发方案，描述作品各组成部分及其功能作用，明确各组成部分之间的调用关系。
（4）根据设计方案，选择恰当的开源硬件，搜索相关的使用说明资料，审查与优化作品设计方案。
（5）了解作品制作过程中各种设备与组件的安全使用规则和方法，根据设计方案，利用开源硬件、相关组件与材料，完成作品制作。
（6）根据设计方案，利用开源硬件的设计工具或编程语言，实现作品的各种功能模块。
（7）根据设计方案，测试、运行作品的数据采集、运算处理、数据输出、调控执行等各项功能，优化设计方案。
（8）完善项目作品的设计方案，践行开源与知识分享的精神，理解保护知识产权的意义。
六、课标的教学提示在本模块的教学中，要充分发挥信息技术课程特有的教学环境优势，以STEAM教育理念为指导，利用开源硬件开展项目学习，让学生体验研究和创造的乐趣，培养利用信息技术解决问题和创新设计的意识和能力。
（1）教师可组织学生利用开源硬件设计开发一些生活中简单的信息系统，引导学生理解项目设计过程中常用的开源硬件，熟悉开源硬件的基本使用方法，认识基于开源硬件的信息系统的基本结构及一般设计流程。
例如：
利用开源硬件平台、温度传感器、相关输入和输出组件，设计开发“温度监测调控系统”，当温度达到一定值后，结合一定的条件（比如季节）控制风扇、空调器的启动或关闭。
通过该系统的实例解析，让学生了解基于开源硬件的信息系统的实现方法。
（2）新知识的学习要以实例为依托，引导学生掌握学习内容，鼓励学生创新性应用，在活动过程中应把大部分时间留给学生去探索，通过多次迭代的过程完善项目设计，适时跟踪学生完成项目的过程，及时给予知识指导和问题解决思路的指导。
鼓励学生交流与合作，践行开源与知识分享的精神。
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34绪论5例如:
教师事先准备一个利用红外传感器进行操作控制的小游戏，让学生体验该游戏，分析其中利用传感器和开源硬件实现数据输入、处理与输出控制的方法，引导学生思考该类系统可能的应用领域和场景，鼓励学生讨论与探索类似系统的开发，尝试改进系统，进行更有意义的创新设计。
（3）要在实例剖析的基础上，设计较为开放的任务，给学生充分的想象与创新空间。
活动过程中可以把学生分成小组，采用基于项目的学习方式，让学生经历“提出想法设计系统解决方案利用开源硬件实现解决方案”的完整过程。
项目作品的评价可从创新性、实用性和解决问题的效果等不同方面做出判断，鼓励创新性的作品，发展学生的创新能力。
在设计教学环境时，可采用较为灵活的教室座位布局，以方便学生开展小组合作与探究。
除了能够联网的计算机外，还应根据项目的特征与实施需要，配置开源硬件、设计工具、组装工具、测试测量工具等。
七、课标的学业要求教科书对应课标的“学业要求”及其标注如下。
A-1：
能在信息技术环境下综合利用科学、技术、工程、人文艺术与数学学科的相关知识。
（信息意识、数字化学习与创新）A-2：
理解利用信息技术解决问题的基本思路与方法，认识数字化工具在问题解决方案中的价值与作用。
（信息意识、数字化学习与创新）A-3：
知道基于开源硬件进行项目设计的一般流程，能将其应用于实际项目中。
（计算思维）A-4：
根据事物特点进行一定的抽象，设计符合事物特性的系统。
（计算思维）A-5：
能利用各种材料、开源硬件与软件实现所设计的项目方案。
（计算思维）A-6：
能利用开源硬件的设计工具、编程语言实现外部数据的输入、处理，利用输出数据驱动执行装置的运行。
（计算思维）A-7：
理解并自觉践行开源的理念与知识分享的精神，理解保护知识产权的意义。
（信息社会责任）八、教科书结构框架设计以课程标准的“内容构成”和“内容要求”设计普通高中教科书信息技术选择性必修6开源硬件项目设计各章的结构框架。
教科书结构框架由“开源硬件的特征”“开源硬件项目流程”“基于开源硬件的作品设计与制作”三部分内容构成，每个部分由相应的内容要求构建，分为五章，如下图所示。
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34普通高中教科书信息技术教师教学用书6九、项目学习设计项目学习（Project-BasedLearning）是通过教学设计解决真实世界的问题，促进学生可用性知识的建构，而不是解决假设性的、没有意义的无用习题。
项目学习强调学生主动学习、自主探究，以及师生、小组内外的协作交流。
学生大部分知识的获得和技能的掌握都是在探究活动过程中实施完成。
项目学习模式一般由6个要素与相应的8个栏目组成，如图2所示。
图1教科书结构框架图2项目学习模式选定项目项目实施活动评价规划设计探究活动成果交流PBL10Z2084.indd62023/1/315:
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35绪论7要素1：
“选定项目”“项目范例”（栏目1）和“项目选题”（栏目2）。
要素2：
“规划设计”“项目规划”（栏目3）和“方案交流”（栏目4）。
要素3：
“探究活动”（栏目5）。
要素4：
“项目实施”（栏目6）。
要素5：
“成果交流”（栏目7）。
要素6：
“活动评价”（栏目8）。
其中，“项目范例”是教师选择真实世界的问题开展教学活动，通过“情境”“主题”“规划”“探究”“实施”“成果”“评价”等活动，引导学生了解开展项目学习活动的全过程；“项目选题”是学生从真实世界选择自己感兴趣的项目主题；“项目规划”是学生根据项目选题，制订自己的项目方案；“方案交流”是学生展示、交流自己设计的项目方案，师生共同探讨、完善其方案；“探究活动”是学生通过“问题”“观察”“分析”“阅读”“思考”“交流”“实践”“实验”“体验”“调查”“讨论”“拓展”等活动，获取知识和技能的过程；“项目实施”是学生运用在项目学习过程中所获得的知识和技能来完成项目方案；“成果交流”是教师组织学生展示交流项目成果，共享创造、分享快乐；“活动评价”是教师组织学生开展项目评价活动。
项目学习理念改变了以往“教师讲，学生听”的被动学习，学生从“听中学”转向“做中学、学中创、创中乐”的主动学习。
项目学习策略是“从实践入手、先学后教、先练后讲”。
同时，以教师为指导、学生为主体，培养学生的学习主动性与创造性、交流与表达能力等。
十、教学活动设计教学活动是落实学生发展核心素养的基本途径。
普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）指出：
教师在教学中要紧紧围绕学科核心素养，凸显“学主教从、以学定教、先学后教”的专业路径。
每章的教学活动是围绕其对应的课标内容要求、学业要求和学业质量水平、达成的学科核心素养，进行项目主题单元教学设计。
每节的教学活动融合在项目学习活动过程中，而不是以节为单元进行教学设计。
把项目整合于课堂教学中，重构教学组织方式，创设有利于学生开展项目学习的数字化环境、资源和条件，引导学生在数字化学习的过程中，领悟数字化环境对个人发展的影响，养成终身学习的习惯。
本教科书由“开源硬件的特征”“开源硬件项目流程”“基于开源硬件的作品设计与制作”三部分内容构成，围绕信息技术学科核心素养设计了“体验Arduino开发平台”“基于开源硬件的感应灯开发规划”“基于开源硬件的感应灯制作”“基于开源硬件的教室空气质量监测仪开发”“教室空气质量监测仪的开源许可证与知识分享”项目范例。
教师围绕“情境”“主题”“规划”“探究”“实施”“成果”“评价”的项目范例主线开展教学活动，帮助学生掌握本10Z2084.indd72023/1/315:
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35普通高中教科书信息技术教师教学用书8教科书的基础知识、方法与技能，增强信息意识，发展计算思维，提高数字化学习与创新能力，培养正确的信息社会价值观和责任感，从而提升学生的信息素养。
十一、学习活动设计本教科书要求学生对现实世界中的真实性问题进行自主、协作、探究学习。
学生围绕“项目选题”“项目规划”“方案交流”“探究活动”“项目实施”“成果交流”“活动评价”的项目学习主线开展学习活动，体验“做中学、学中创、创中乐”的项目学习理念和“从实践入手、先学后教、先练后讲”的项目学习策略，将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，从而促进信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任的信息技术学科核心素养达成。
十二、教学评价设计本教科书的评价目标是根据其相应的学科核心素养水平和学业要求、学业质量水平等确定。
评价内容要从单纯关注知识与技能向关注学生学业成就转变，同时还要关注解决现实问题和团队合作等多种能力的提升。
评价方式要有利于学生学习、有利于教学开展。
为此，本教科书在每章结尾的“本章学业评价”设计了基于学业质量水平的测试题，包括结合纸笔测试与上机测试，测试知识的单选题、测试思维能力的思考题与测试综合能力的情境题等。
本教科书以培养信息素养为目标，以知识体系为载体，以项目学习活动过程与评价为途径，促进与鼓励学生信息技术学科核心素养达成，设计了“项目活动评价表”。
其中，“评价结果”采用“仍需努力”替代“不合格”的等级，鼓励学生继续努力学习；“综合得分”中“互评”占30、“自评”占30、“教师评”占40，体现了以学生为主体、教师为主导的评价方式；运用“项目活动评价表”对项目学习活动的每个环节都进行评价，让学生综合评价自己在信息技术知识与技能、解决实际问题的过程与方法，以及相关情感态度与价值观的形成等方面，是否达到了本章的学习目标。
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35第一章认识开源硬件项目一、本章教学内容分析1.本章对应课标的内容要求基于实例分析，认识开源硬件的特征与发展，理解利用开源硬件进行信息技术创新的意义。
2.本章的地位和作用本章是本教科书的开篇章，将带领学生学习“认识开源硬件项目”的教学内容。
本章以培养信息素养为目标，以知识技能为载体，以项目学习活动为途径，开展自主、协作、探究学习，带领学生认识开源硬件项目。
本章是学习本教科书的基础。
本章通过“体验Arduino开发平台”项目范例，让学生认识开源硬件的特征与发展，理解利用开源硬件进行信息技术创新的意义，将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，从而提升学生的信息核心素养。
3.本章的主要内容本章的主要内容是由“开源硬件的特征及发展历程”“利用开源硬件进行创新”和“开源硬件系统的组成及开发环境”三节组成。
通过引导学生开展“体验开源硬件开发平台”项目学习活动，帮助学生达成本章对应课标的学业要求和学科核心素养水平。
4.本章对应课标的学业要求及其标注A-1：
能在信息技术环境下综合利用科学、技术、工程、人文艺术与数学学科的相关知识。
（信息意识、数字化学习与创新）A-2：
理解利用信息技术解决问题的基本思路与方法，认识数字化工具在问题解决方案中的价值与作用。
（信息意识、数字化学习与创新）A-4：
根据事物特点进行一定的抽象，设计符合事物特性的系统。
（计算思维）A-7：
理解并自觉践行开源的理念与知识分享的精神，理解保护知识产权的意义。
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35普通高中教科书信息技术教师教学用书105.本章对应课标达成的学科核心素养水平
（1）针对较为复杂的信息问题，能综合分析获取的信息，评估信息的可靠性、真伪性和目的性。
（信息意识2）
（2）针对较为复杂的任务，能运用形式化方法描述问题，并采用模块化和系统化方法设计解决问题的方案。
（计算思维2）（3）根据不同学科的特征，有效运用相应的数字化学习资源与工具，提高学习质量。
（数字化学习与创新2）（4）在信息活动中，认识到信息技术具有两面性，在带来积极作用的同时，也会带来一些负面影响。
（信息社会责任2）6.本章体系框架表1-1本章体系框架章节内容要求知识技能要点学业要求学科核心素养水平开源硬件的特征及发展历程认识开源硬件。
开源和开源软件的含义。
开源硬件的概念与特征。
开源硬件的发展历程。
能在信息技术环境下综合利用科学、技术、工程、人文艺术与数学学科的相关知识。
（信息意识、数字化学习与创新）根据事物特点进行一定的抽象，设计符合事物特征的系统。
（计算思维）水平2：
信息意识：
针对较为复杂的信息问题，能综合分析获取的信息，评估信息的可靠性、真伪性和目的性。
计算思维：
针对较为复杂的任务，能运用形式化方法描述问题，并采用模块化和系统化方法设计解决问题的方案。
数字化学习与创新：
根据不同学科的特征，有效运用相应的数字化学习资源与工具，提高学习质量。
信息社会责任：
在信息活动中，认识到信息技术具有两面性，在带来积极作用的同时，也会带来一些负面影响。
利用开源硬件进行创新了解开源硬件的设计
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