第4單元第13課《忠誠衛士--紅外傳感器和計數器的應用》教學設計2023—2024學年清華大學版（2012）初中信息技術九年級下冊科目授課時間節次--年—月—日（星期——）第—節指導教師授課班級、授課課時授課題目（包括教材及章節名稱）第4單元第13課《忠誠衛士--紅外傳感器和計數器的應用》教學設計2023—2024學年清華大學版（2012）初中信息技術九年級下冊教學內容第4單元第13課《忠誠衛士--紅外傳感器和計數器的應用》教學設計，2023—2024學年清華大學版（2012）初中信息技術九年級下冊。本節課主要內容包括紅外傳感器的工作原理、紅外傳感器與計數器的連接方式、紅外傳感器在計數器中的應用實例等。通過實際操作，使學生掌握紅外傳感器的基本應用，提高學生的實踐能力和創新能力。核心素養目標培養學生信息意識，理解紅外傳感器在信息技術中的應用價值；提升計算思維，通過編程實現紅外傳感器的計數功能；增強問題解決能力，通過設計紅外傳感器計數系統解決實際問題；強化實踐創新能力，通過動手實踐，探索紅外傳感器與計數器的多種應用場景。學習者分析1.學生已經掌握了哪些相關知識：

學生在進入本節課之前，已經學習了計算機基本操作、簡單編程基礎以及電子元件的基本知識。他們能夠理解編程語言的基本語法，熟悉基本的邏輯結構，如循環和條件語句。此外，學生對傳感器的基本概念有一定的了解，如光敏傳感器、溫度傳感器等。

2.學生的學習興趣、能力和學習風格：

九年級學生對信息技術課程普遍感興趣，尤其對實踐操作和應用型內容更感興趣。他們在學習能力上具備一定的邏輯思維和動手能力，能夠通過觀察和實驗來學習新知識。學習風格上，學生既有獨立學習者，也有偏好小組合作的學習者。

3.學生可能遇到的困難和挑戰：

學生在理解紅外傳感器的工作原理時可能會遇到困難，因為涉及到物理原理和電子電路知識。編程實現紅外傳感器計數功能時，學生可能對代碼邏輯和傳感器控制不夠熟悉，導致程序編寫錯誤。此外，學生在設計和實現紅外傳感器計數系統時，可能會遇到硬件連接和調試的問題，需要教師及時指導和幫助。教學資源-軟硬件資源：紅外傳感器模塊、計數器模塊、連接線、面包板、電源供應器、計算機（用于編程和展示）

-課程平臺：學校內部網絡教學平臺，用于發布教學資料和在線交流

-信息化資源：紅外傳感器工作原理視頻、計數器編程教程、相關案例設計文檔

-教學手段：實物演示、小組討論、編程軟件（如ArduinoIDE）、在線編程平臺（如C）教學實施過程1.課前自主探索

教師活動：

-發布預習任務：通過在線平臺或班級微信群，發布預習資料（如PPT、視頻、文檔等），明確預習目標和要求。

-設計預習問題：圍繞紅外傳感器和計數器的應用，設計一系列具有啟發性和探究性的問題，引導學生自主思考，如“如何設計一個簡單的紅外計數器？”

-監控預習進度：利用平臺功能或學生反饋，監控學生的預習進度，確保預習效果。

學生活動：

-自主閱讀預習資料：按照預習要求，自主閱讀預習資料，理解紅外傳感器的工作原理和計數器的基本功能。

-思考預習問題：針對預習問題，進行獨立思考，記錄自己的理解和疑問。

教學方法/手段/資源：

-自主學習法：引導學生自主思考，培養自主學習能力。

-信息技術手段：利用在線平臺、微信群等，實現預習資源的共享和監控。

作用與目的：

-幫助學生提前了解紅外傳感器和計數器的應用，為課堂學習做好準備。

-培養學生的自主學習能力和獨立思考能力。

2.課中強化技能

教師活動：

-導入新課：通過實際案例（如停車場自動計數系統），引出紅外傳感器和計數器的應用，激發學生的學習興趣。

-講解知識點：詳細講解紅外傳感器的工作原理和計數器的編程方法，結合實際操作步驟進行講解。

-組織課堂活動：設計小組合作，讓學生分組設計并搭建紅外計數器模型。

學生活動：

-聽講并思考：認真聽講，積極思考老師提出的問題。

-參與課堂活動：積極參與小組討論和搭建模型，體驗紅外傳感器和計數器的應用。

教學方法/手段/資源：

-講授法：通過詳細講解，幫助學生理解紅外傳感器和計數器的知識點。

-實踐活動法：設計實踐活動，讓學生在實踐中掌握紅外傳感器和計數器的應用技能。

-合作學習法：通過小組討論等活動，培養學生的團隊合作意識和溝通能力。

作用與目的：

-幫助學生深入理解紅外傳感器和計數器的知識點，掌握應用技能。

-通過實踐活動，培養學生的動手能力和解決問題的能力。

-通過合作學習，培養學生的團隊合作意識和溝通能力。

3.課后拓展應用

教師活動：

-布置作業：布置設計一個簡單的紅外計數器系統，要求學生獨立完成。

-提供拓展資源：提供與紅外傳感器和計數器應用相關的拓展資料，如相關的技術文章、案例研究等。

學生活動：

-完成作業：認真完成老師布置的作業，鞏固學習效果。

-拓展學習：利用老師提供的拓展資源，進行進一步的學習和思考。

教學方法/手段/資源：

-自主學習法：引導學生自主完成作業和拓展學習。

-反思總結法：引導學生對自己的學習過程和成果進行反思和總結。

作用與目的：

-鞏固學生在課堂上學到的紅外傳感器和計數器的知識點和技能。

-通過拓展學習，拓寬學生的知識視野和思維方式。

-通過反思總結，幫助學生發現自己的不足并提出改進建議，促進自我提升。知識點梳理1.紅外傳感器的基本原理

-紅外傳感器的工作原理：利用紅外線發射和接收的原理，檢測物體的存在或運動。

-紅外傳感器的類型：光電型、熱型、反射型等。

-紅外傳感器的特點：響應速度快、抗干擾能力強、非接觸式檢測等。

2.計數器的基本原理

-計數器的定義：用于計數輸入脈沖的電子設備。

-計數器的類型：二進制計數器、十進制計數器、可逆計數器等。

-計數器的功能：計數、定時、分頻等。

3.紅外傳感器與計數器的連接方式

-紅外傳感器與計數器的接口：數字接口、模擬接口等。

-紅外傳感器與計數器的連接方法：直接連接、通過中間電路連接等。

-紅外傳感器與計數器的信號處理：信號放大、濾波、整形等。

4.紅外傳感器在計數器中的應用實例

-紅外傳感器在自動計數器中的應用：如停車場自動計數系統、生產線自動計數等。

-紅外傳感器在運動檢測中的應用：如運動檢測報警系統、運動軌跡跟蹤等。

-紅外傳感器在安全防護中的應用：如紅外線防盜報警系統、紅外線人體感應器等。

5.紅外傳感器與計數器的編程方法

-計數器的編程語言：C語言、Python等。

-計數器的編程步驟：初始化計數器、設置計數器工作模式、讀取計數器值等。

-紅外傳感器的編程方法：設置紅外傳感器工作模式、讀取紅外傳感器信號、處理紅外傳感器數據等。

6.紅外傳感器與計數器的調試與優化

-調試方法：調整紅外傳感器與計數器的連接參數、優化編程算法等。

-優化方法：提高計數精度、降低誤計數率、提高系統穩定性等。

7.紅外傳感器與計數器的實際應用案例

-案例一：停車場自動計數系統

-系統組成：紅外傳感器、計數器、控制器、顯示屏等。

-工作原理：車輛進出停車場時，紅外傳感器檢測到車輛，計數器自動計數，控制器將計數結果顯示在顯示屏上。

-案例二：生產線自動計數系統

-系統組成：紅外傳感器、計數器、控制器、報警器等。

-工作原理：生產線上的產品經過紅外傳感器時，計數器自動計數，當產品數量達到設定值時，報警器發出警報。

8.紅外傳感器與計數器的未來發展

-技術發展趨勢：集成化、智能化、小型化等。

-應用領域拓展：智能交通、智能家居、工業自動化等。課堂1.課堂提問評價

-提問方式：通過隨機提問、小組討論、問題解答等方式，評價學生對紅外傳感器和計數器應用知識的掌握程度。

-評價內容：學生的回答準確性、邏輯性、創新性以及與同學互動情況。

-評價實施：教師根據學生的回答給出即時反饋，對于回答正確或提出有創意觀點的學生給予表揚，對于回答錯誤或不完整的學生給予耐心指導。

2.觀察評價

-觀察內容：學生在課堂上的參與度、操作技能、團隊合作能力以及解決問題的能力。

-評價實施：教師通過觀察學生的實際操作，評估學生在實際應用紅外傳感器和計數器時的技能水平。

-評價記錄：教師記錄學生的表現，包括操作熟練度、錯誤類型和改進空間。

3.小組合作評價

-合作內容：分組設計并搭建紅外計數器模型，共同解決問題。

-評價標準：小組成員之間的溝通協調、分工合作、解決問題的效率和質量。

-評價實施：教師觀察小組合作過程中的互動，評估學生的團隊協作能力。

4.實驗操作評價

-操作內容：學生獨立完成紅外傳感器和計數器的連接與調試。

-評價標準：操作步驟的正確性、操作的熟練度、解決問題的能力。

-評價實施：教師現場觀察學生的實驗操作，評估學生的動手能力和實踐技能。

5.課堂測試評價

-測試內容：紅外傳感器和計數器的基本原理、連接方式、編程方法等。

-評價標準：測試成績、答題速度、答題準確性。

-評價實施：通過課堂小測驗或隨堂測試，評估學生對知識的掌握情況。

6.反饋與改進

-教師反饋：課后對學生的課堂表現進行總結，指出優點和不足，提出改進建議。

-學生反饋：鼓勵學生提出自己的疑問和困難，教師根據反饋調整教學策略。

-教學改進：根據課堂評價結果，教師調整教學內容和方法，以提高教學效果。

7.作業評價

-作業內容：設計并實現一個簡單的紅外計數器系統。

-評價標準：作業的完整性、功能的實現程度、代碼的規范性、創新性。

-評價實施：教師對學生的作業進行認真批改和點評，及時反饋學生的學習效果，鼓勵學生繼續努力。

8.綜合評價

-綜合評價內容：學生的課堂表現、作業完成情況、實驗操作能力、小組合作表現等。

-評價實施：將課堂評價、作業評價、實驗操作評價等結果綜合起來，對學生的學習進行全面評價。板書設計①紅外傳感器

-工作原理：紅外發射與接收

-類型：光電型、熱型、反射型

-特點：響應速度快、抗干擾能力強、非接觸式檢測

②計數器

-定義：計數輸入脈沖的電子設備

-類型：二進制計數器、十進制計數器、可逆計數器

-功能：計數、定時、分頻

③紅外傳感器與計數器的連接

-接口：數字接口、模擬接口

-連接方法：直接連接、通過中間電路連接

-信號處理：信號放大、濾波、整形

④紅外傳感器在計數器中的應用

-自動計數器：停車場、生產線

-運動檢測：報警系統、軌跡跟蹤

-安全防護：防盜報警、人體感應

⑤編程方法

-編程語言：C語言、Python

-編程步驟：初始化、設置工作模式、讀取值

-編程方法：設置工作模式、讀取信號、處理數據

⑥調試與優化

-調試方法：調整連接參數、優化編程算法

-優化方法：提高計數精度、降低誤計數率、提高系統穩定性

⑦實際應用案例

-停車場自動計數系統

-生產線自動計數系統

-紅外線防盜報警系統

⑧未來發展趨勢

-技術發展趨勢：集成化、智能化、小型化

-應用領域拓展：智能交通、智能家居、工業自動化課后作業1.設計一個簡單的紅外傳感器計數系統，用于測量通過某個通道的行人數量。請繪制系統框圖，并說明每個組件的作用。

系統框圖：

-紅外傳感器（用于檢測行人）

-計數器（用于計數）

-顯示屏（用于顯示計數結果）

組件作用：

-紅外傳感器：檢測行人通過時產生的遮擋，產生脈沖信號。

-計數器：接收紅外傳感器的脈沖信號，進行計數。

-顯示屏：顯示計數器的計數結果。

2.編寫一個簡單的Python程序，使用Arduino編程環境控制一個紅外傳感器和一個計數器，實現行人的計數功能。

程序示例：

```python

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

#設置GPIO引腳

sensor_pin=17

counter_pin=27

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(sensor_pin,GPIO.IN)

GPIO.setup(counter_pin,GPIO.OUT)

try:

whileTrue:

ifGPIO.input(sensor_pin):

GPIO.output(counter_pin,GPIO.HIGH)

time.sleep(0.1)

GPIO.output(counter_pin,GPIO.LOW)

exceptKeyboardInterrupt:

GPIO.cleanup()

```

3.設計一個紅外傳感器控制的智能門禁系統。當有人靠近時，門禁系統自動開啟，一段時間后自動關閉。

設計要求：

-紅外傳感器：用于檢測有人靠近。

-控制電路：用于控制門的開啟和關閉。

-時間控制：設置一個延時，在一段時間后自動關閉門。

4.編寫一個程序，使用紅外傳感器檢測物體距離，并將距離值顯示在LCD屏幕上。

程序示例：

```python

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

importAdafruit_CharLCDasLCD

#設置GPIO引腳

sensor_pin=17

lcd_rs=25

lcd_en=24

lcd_d4=23

lcd_d5=18

lcd_d6=15

lcd_d7=14

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(sensor_pin,GPIO.IN)

lcd=LCD.Adafruit_CharLCD(lcd_rs,lcd_en,lcd_d4,lcd_d5,lcd_d6,lcd_d7)

try:

whileTrue:

distance=read_distance(sensor_pin)

lcd.clear()

lcd.message('Distance:{}cm'.format(distance))

exceptKeyboardInterrupt:

GPIO.cleanup()

```

5.設計一個基于紅外傳感器的智能家居控制系統，實現以下功能：

-自動開關燈：當有人進入房間時，燈光自動開啟，無人時自動關閉。

-自動調節溫度：根據環境溫度和用戶設定，自動調節空調或暖氣。

設計要求：

-紅外傳感器：用于檢測人是否在房間內。

-控制電路：用于控制燈光和溫度調節設備。

-界面設計：設計一個簡單的用戶界面，用于顯示狀態和控制設置。

答案略。以上作業旨在幫助學生鞏固課堂所學知識，提高動手實踐能力和創新設計能力。反思改進措施反思改進措施（一）教學特色創新

1.實踐教學結合：在教學過程中，我注重將理論知識與實踐操作相結合，讓學生通過動手實驗來加深對紅外傳感器和計數器應用的理解。例如，通過讓學生設計