本书分为炫彩生活、无线通信、智能感应、创意无限4 个单元，每个单元围绕一个主题进行内容设计，通过不同的项目推进开源硬件知识和Python 编程知识的习。本书遵循项目学习的基本流程，内容包括学习目标、项目背景、项目分析、项目计划、项目实施、项目拓展、学习评价7 个方面。学习目标明确了每节课要掌握的开源硬件及Python 编程的核心知识和技能；通过项目背景引入真实的问题情景，建立学习需求；通过项目分析将项目分解为几个具体的任务；通过项目计划引导学生做好项目任务分析和人员分工，确保项目的实施；项目实施包括3 个任务：硬件搭建、设计解决问题思路、编写程序实现项目功能；项目拓展是在本项目的基础上给学生提供拓展学习的思路；最后通过学习评价用思维导图的方式对本课的学习内容进行梳理归纳，通过自我评价表对学习过程进行评价。

    本书适合学习开源硬件与Python 编程的普通中小学和中等职业学校的学生使用，也可作为一线教师开展编程教育教学的指导用书。

致读者

欢迎阅读本书。你从本书中将会学到如何使用Python 编程语言控制你的micro:bit 开源

硬件，如何利用编程解决生活中的问题，如何使用所学知识制作一些小项目，以及如何一

步一步将创意想法转化为现实。本书不仅适合有一定Python 语言编程基础的中学生开展自

主项目式学习，还能作为一线教师在学校开展编程教育教学的指导用书。

本书特点

本书一共分为4 个单元。

第1 单元以“炫彩生活”为主题，通过“创意灯光秀”“芯片温度监测仪”“大小猜

猜看”“车载平衡检测仪”4 个项目活动，引导读者走近开源硬件与Python 编程，掌握

micro:bit 基本模块的使用方法，帮助读者对信息化时代有初步的认识，逐步提升其对生

活中常见问题的感知能力，使其能够想到使用编程解决生活中的问题。

第2 单元以“无线通信”为主题，通过“无线抢答器”“无线安检系统”“神奇的密码”

3 个项目活动，引导读者体验智能硬件的无线通信功能，掌握micro:bit 无线通信等模块

的使用方法，了解现代社会中无线信息的传递、交互和信息加密等步骤，培养读者对问

题的主动探究能力。

第3 单元以“智能感应”为主题，通过“智能音乐盒”“智能拐杖”“客流计数器”“智

能加湿器”4 个项目活动，引导读者体验科技生活中的智能感应技术，学习使用开源硬

件中的声音传感器、超声波传感器、温湿度传感器等设备，实现较为复杂的硬件的组装

和搭建，逐步培养读者解决问题的能力。

第4 单元以“创意无限”为主题，通过“反应力测试”“综合应用”2 个项目活动，

引导读者以已掌握的知识为基础，结合生活中的现象及问题提出自己的选题，体验作品

的创意、设计、制作、测试、运行的完整过程，团队协作完成一个综合应用项目。

内容安排

本书根据不同的主题划分为4 个单元，围绕每个主题延伸出不同的项目，主要有以

下特点。

（1）本书中的项目主题源自实际生活，能够激发读者的创造热情，帮助读者理解信

息技术与实际生活的紧密联系，培养读者解决实际问题的能力。

前 言

开源硬件与Python 编程

VI

（2）本书中的项目内容以阶梯式呈现，共包含炫彩生活、无线通信、智能感应、创

意无限4 个单元模块，每个单元及单元中每节课所学习的难度呈递进趋势。

（3）本书中的项目学习过程科学完整，读者能够体验学习目标、项目背景、项目分析、

项目计划、项目实施、项目拓展、学习评价等一系列完整的项目学习过程。

（4）本书引导读者关注项目学习过程中的自主评价，包括学习态度、小组合作、个

人贡献、课堂表现和作品效果5 个方面，鼓励读者进行自我总结与反思。

（5）本书重视培养读者的核心素养。计算思维是编程教育的核心目标，本书设计的

小组合作、分析交流、评价反思等环节，有助于培养读者合作交流、创新思维、动手实

践等素养。

学习建议

学习如登山，想要从新手成长为高手，过程绝不轻松，希望本书能够在学习或教学

过程中为读者提供一些乐趣与创意思路，助读者一臂之力。

对于进行自主学习的读者，如果有一定基础，可以以纯软件的Python 语言学习材料

与纯硬件的开源硬件学习材料为辅，根据实际需求选择性地阅读其中的某些章节。在学

习Python 编程与开源硬件的过程中，希望本书中的项目学习内容能够帮助你们拓展思维，

举一反三。

对于一线教师，建议从头开始按章节引导学生开展项目学习活动。本书不仅关注

Python 编程与开源硬件中知识点的递进，还注重学生在学习过程中的能力发展，包括项

目学习思维、过程评价体系以及核心素养。希望本书能够为一线教学提供力所能及的帮助。

致谢

本书由钟建业老师与林娟老师主编，海淀区一线学校信息技术教师和北京大学地

小空开放实验室团队共同参与了编写工作，第1 ～ 3 课由王玲老师编写，第4 ～ 6 课由

李玲老师编写，第7 ～ 9 课由史忠祥老师编写，第10 ～ 12 课由野雪莲老师编写，第

13 课由王芳老师编写。在编写与出版过程中，获得了地小空开放实验室张晓媛、冀锐和

林建斌在硬件与软件平台方面的技术支持，同时获得了张秋临在知识产权保护等合法合

规工作中的支持。在此，一并表示由衷的感谢。

由于编者水平有限，书中若有疏漏之处，敬请广大读者批评、指正。

编 者

2021 年8 月

于北京

配套教学资源下载

第1 单元 炫彩生活

第1 课 创意灯光秀………………………………………………… 2

第2 课 芯片温度监测仪…………………………………………… 19

第3 课 大小猜猜看………………………………………………… 34

第4 课 车载平衡检测仪…………………………………………… 48

第2 单元 无线通信

第5 课 无线抢答器………………………………………………… 62

第6 课 无线安检系统……………………………………………… 74

第7 课 神奇的密码………………………………………………… 86

第3 单元 智能感应

第8 课 智能音乐盒……………………………………………… 100

第9 课 智能拐杖………………………………………………… 112

第10 课 客流计数器……………………………………………… 122

第11 课 智能加湿器……………………………………………… 132

第4 单元 创意无限

第12 课 反应力测试……………………………………………… 146

第13 课　综合应用………………………………………………… 156

Python是自《普通高中信息技术课程标准》2017年版颁布以来，高中信息技术课程中普遍使用的编程语言，各个模块的教学内容都需要用Python编程语言来实现。Python编程成为高中信息技术教学的重点内容，在教学实践的过程中，由于缺少动手参与性和趣味性，学生对单纯的Python编程积极性不够强烈。基于开源硬件的编程学习是一种非常好的方式，开源硬件与Python编程课程就成为学习开源硬件和Python编程的**选择，在掌握开源硬件知识的基础之上进行Python编程的学习，可以很好地提高学生学习的兴趣。

钟建业,北京市海淀区教师进修学校中学信息技术教研员，中学高级教师，北京市学科带头人，中国青少年科技辅导员协会人工智能普及教育专业委员会委员。主要从事中学信息技术教学研究和教师培训工作；主持或参与国家级、市、区级课题研究项目；主编《信息技术学科知识与教学能力-高级中学》教材，参与高中新课程标准《数据与数据结构》教材、清华大学“信息技术教学一条龙”实验教材八年级上下册、海淀区《信息技术》实验教材等多套信息技术教材编写，撰写的多篇论文在《计算机教育》《中国信息技术教育》《中小学信息技术教育》等期刊发表。