7/7智能電扇課題：智能電扇（第3章第1節(jié)）一、教材分析本課是第3章第1節(jié)。這節(jié)課主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)如何組合應(yīng)用多種傳感器解決生活中的實(shí)際問題，并以智能電扇為例，讓學(xué)生動手實(shí)踐采用不同的傳感器來感知環(huán)境，從而改變電扇的工作方式。小組合作，通過優(yōu)化程序和調(diào)試程序完成相關(guān)的程序編寫，最終完成智能電扇制作項(xiàng)目。二、學(xué)情分析在本節(jié)課學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過紅外傳感器、超聲波傳感器、溫度傳感器等，對不同傳感器有了初步的認(rèn)識，這些都為機(jī)器人綜合學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，學(xué)生通過組合應(yīng)用機(jī)器人的多種傳感器創(chuàng)新設(shè)計(jì)出智能機(jī)器人，利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。三、教學(xué)目標(biāo)1.深度理解超聲波傳感器、人體紅外傳感器等多種傳感器的特點(diǎn)和應(yīng)用；2.學(xué)會選擇不同的傳感器進(jìn)行組合使用，設(shè)計(jì)復(fù)雜功能的智能電扇；3.能夠完成相應(yīng)的程序編寫，學(xué)習(xí)在簡單條件判斷的基礎(chǔ)上，通過條件嵌套的編程方法實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目功能的優(yōu)化。4.在小組合作中，通過對項(xiàng)目的分析和實(shí)施，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情，從而提高動手解決實(shí)際生活問題的能力。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)不同傳感器的組合應(yīng)用（組合創(chuàng)新設(shè)計(jì)）。2.難點(diǎn)組合條件嵌套的編程方法。 五、教學(xué)方法與手段合作學(xué)習(xí)法、項(xiàng)目學(xué)習(xí)法。六、課時(shí)安排安排1課時(shí)。七、教學(xué)準(zhǔn)備1.教學(xué)場地機(jī)房（安裝了教育機(jī)器人平臺的計(jì)算機(jī)）。2.資源設(shè)備多種傳感器、相關(guān)模塊等。八、教學(xué)過程1.興趣導(dǎo)入（1）教師活動與學(xué)生活動播放一段機(jī)器人視頻，展示機(jī)器人在生活中的應(yīng)用。機(jī)器人有一定的感知能力、判斷能力和執(zhí)行能力，我們可以通過裝備多種不同傳感器的機(jī)器人解決生活中的一些實(shí)際問題，比如：通過組合多種傳感器制作滅火機(jī)器人、通過搭建靈巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)制作撿球機(jī)器人、通過編寫更復(fù)雜的程序制作走迷宮機(jī)器人。你還了解哪些生活中的機(jī)器人應(yīng)用？（2）設(shè)計(jì)意圖通過視頻、實(shí)例，感受機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。2.創(chuàng)設(shè)情境，引出項(xiàng)目（1）教師活動與學(xué)生活動炎熱的夏天馬上就要到來了，你是否希望能擁有一款個(gè)性化的智能電扇呢？生活中傳統(tǒng)的電扇很簡單，你希望電扇有哪些智能表現(xiàn)呢？學(xué)生回答：希望實(shí)現(xiàn)智能開關(guān)控制、感應(yīng)速度調(diào)節(jié)等。引出項(xiàng)目：今天就讓我們一起來動手制作個(gè)性化的智能電扇。項(xiàng)目分析：智能電扇需要借助傳感器來感知環(huán)境。如何感知環(huán)境，針對不同的環(huán)境做哪些反應(yīng)？答：各種傳感器的作用不同，因此可以選擇實(shí)驗(yàn)不同的傳感器來達(dá)成同學(xué)們的想法。（2）設(shè)計(jì)意圖創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生先初步設(shè)計(jì)功能，培養(yǎng)個(gè)性化設(shè)計(jì)的能力。3.深入了解傳感器（1）教師活動與學(xué)生活動a.深入了解不同傳感器的特點(diǎn)教師提問：請舉例說明，你所了解到的傳感器應(yīng)用的生活實(shí)例。學(xué)生回答：倒車?yán)走_(dá)采用了超聲波傳感器；冰箱、微波爐等家電中都有溫度傳感器的使用等等。活動探究：比較不同的傳感器作用。具體要求：請每一組同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求，在四種傳感器中選擇一或兩種，連接好傳感器，并編寫程序讀取傳感器的輸入數(shù)據(jù)，記錄不同條件下的數(shù)據(jù)值，分析傳感器的作用和設(shè)想應(yīng)用場景。b.應(yīng)用場景的智能判斷如下eq\o\ac(○,1)用手靠近電扇，檢測到有人，電扇自動啟動；eq\o\ac(○,2)人距離電扇較近，風(fēng)扇速度變快；遠(yuǎn)離電扇，風(fēng)扇速度變慢；eq\o\ac(○,3)人距離電扇200厘米內(nèi)電扇運(yùn)行，超過200厘米電扇停止；eq\o\ac(○,4)大聲喊叫，電扇啟動；再次大聲喊叫，電扇停止；eq\o\ac(○,5)環(huán)境溫度超過24攝氏度電扇運(yùn)行，低于24攝氏度電扇停止；eq\o\ac(○,6)環(huán)境溫度越高，電扇速度變快；環(huán)境溫度變低，電扇速度變慢（溫度傳感器）。(2)設(shè)計(jì)意圖a.復(fù)習(xí)傳感器的作用和基本工作原理、搭建方法及編程。了解不同傳感器可以實(shí)現(xiàn)的個(gè)性化的智能效果。b.設(shè)想各種傳感器對應(yīng)的智能判斷，為下面的項(xiàng)目設(shè)計(jì)及編程打好基礎(chǔ)。4.制作智能電扇（項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)）(1)教師活動與學(xué)生活動a.項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)請2人小組討論，設(shè)計(jì)一定的電扇應(yīng)用需求場景，選擇由兩種（或以上）的傳感器實(shí)現(xiàn)對電扇的智能控制（寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中）。教師指導(dǎo)小組組合創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)。展示交流2個(gè)或3個(gè)小組的方案設(shè)計(jì)。例如：利用人體紅外傳感器和超聲波傳感器組合判斷環(huán)境的變化，從而控制電扇的工作模式；利用超聲波傳感器和溫度傳感器組合判斷環(huán)境的變化，從而控制電扇的工作模式。b.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與搭建教師提供所需要的材料，指導(dǎo)學(xué)生完成搭建；小組合作根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并動手搭建。教師提供材料的接口說明。c.編程實(shí)現(xiàn)實(shí)例1：節(jié)能人體感應(yīng)電扇。功能：當(dāng)人體紅外傳感器檢測到有人，電扇開始工作，否則停止；并且人體距離電扇5厘米內(nèi)電扇高速轉(zhuǎn)，超過5厘米電扇低速轉(zhuǎn)。分析1：當(dāng)人體紅外傳感器檢測到有人，電扇開始工作，否則停止。分析2：當(dāng)人體紅外傳感器檢測到有人時(shí)，再次判斷人與超聲波之間的距離，如果小于5厘米，說明人離電扇近，需要更強(qiáng)的風(fēng)，電扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)，否則低速運(yùn)轉(zhuǎn)。YYd.測試與優(yōu)化智能電扇在運(yùn)行過程中可能遇到一些問題，請小組討論，分析原因和解決方法。如：無法準(zhǔn)確檢測到有人、電扇響應(yīng)不靈敏等。實(shí)例2：節(jié)能聲控溫控電扇功能：大聲喊叫，電扇啟動；再次大聲喊叫，電扇停止，并且當(dāng)環(huán)境溫度高于25攝氏度，電扇高速轉(zhuǎn)；低于25攝氏度，電扇低速轉(zhuǎn)。思考：要用到什么傳感器？如何設(shè)置具體參數(shù)？分析1：大聲喊叫，電扇啟動；停止喊叫，電扇停止。分析2：再次大聲喊叫，電扇停止，并且當(dāng)環(huán)境溫度高于25攝氏度，電扇高速轉(zhuǎn)；低于25攝氏度，電扇低速轉(zhuǎn)（或停止）。定義變量Sw記錄狀態(tài)；定義變量t記錄溫度值；當(dāng)檢測到較強(qiáng)聲音時(shí)（＞80），改變狀態(tài)以停止檢測聲音傳感器，并延時(shí)1秒。拓展思考：如何根據(jù)聲音和溫度的變化控制電扇速度的線性變化？如：設(shè)溫度值的范圍15—30；聲音值是：100—250Y=(250-100)/(30-15)*(x-15)+100(2)設(shè)計(jì)意圖a.小組合作完成方案設(shè)計(jì)，通過組合創(chuàng)新設(shè)計(jì)鍛煉學(xué)生能力。學(xué)生交流分享項(xiàng)目方案。b.動手實(shí)踐，完成搭建。c.分步完成編程；在簡單條件判斷的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)并掌握條件嵌套的編程方法。eq\o\ac(○,1)通過判斷是否監(jiān)測到有人，實(shí)現(xiàn)對電扇工作模塊的控制。eq\o\ac(○,2)通過復(fù)雜條件的判斷，實(shí)現(xiàn)兩種傳感器對智能電扇的組合控制。eq\o\ac(○,3)聲音傳感器的使用。d.首先，通過檢測聲音的值是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，實(shí)現(xiàn)對電扇工作模塊的控制。其次，注意在聲音傳感器超出設(shè)定值后，應(yīng)加入合適的延時(shí)，防止多次讀取傳感器數(shù)據(jù)，判斷錯(cuò)誤。通過編程進(jìn)一步理解。再次，使用條件嵌套的編程實(shí)現(xiàn)聲音傳感器和溫度傳感器的組合使用。理解傳感器讀取數(shù)據(jù)范圍與電機(jī)速度之間的對應(yīng)關(guān)系及換算方法。5.項(xiàng)目進(jìn)階及交流展示(1)教師活動與學(xué)生活動根據(jù)不同電扇應(yīng)用需求場景，我們可以在電扇上組合應(yīng)用不同類型的傳感器并設(shè)計(jì)程序，制作個(gè)性化的智能電扇作品。