第4單元第17課《自動跟蹤--紅外傳感器和碰撞傳感器的綜合應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊主備人備課成員設(shè)計意圖本節(jié)課旨在通過紅外傳感器和碰撞傳感器的綜合應(yīng)用，讓學(xué)生了解傳感器在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力和創(chuàng)新思維。通過實際操作，讓學(xué)生掌握傳感器的基本原理和編程方法，提高學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生信息意識，通過紅外傳感器和碰撞傳感器的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生理解信息技術(shù)在解決實際問題中的作用。發(fā)展計算思維，通過編程實現(xiàn)傳感器的功能，提升邏輯推理和問題解決能力。增強數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生運用技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新實踐的興趣。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點，

①掌握紅外傳感器和碰撞傳感器的工作原理及信號采集方法。

②學(xué)會使用編程語言編寫控制程序，實現(xiàn)傳感器與控制系統(tǒng)的有效結(jié)合。

③理解傳感器數(shù)據(jù)在自動控制中的應(yīng)用，能夠設(shè)計簡單的自動控制系統(tǒng)。

2.教學(xué)難點，

①紅外傳感器和碰撞傳感器的信號處理與分析，確保傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

②編程邏輯的復(fù)雜性，特別是在多傳感器協(xié)同工作時的程序設(shè)計。

③將理論知識與實踐操作相結(jié)合，解決實際應(yīng)用中的問題，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時第一課時師生互動設(shè)計二次備課教學(xué)資源-軟硬件資源：紅外傳感器模塊、碰撞傳感器模塊、Arduino或RaspberryPi開發(fā)板、連接線、面包板。

-課程平臺：學(xué)校信息技術(shù)實驗室、在線編程平臺（如Scratch、Python編程環(huán)境）。

-信息化資源：傳感器工作原理教學(xué)視頻、編程教程、案例庫。

-教學(xué)手段：實物演示、小組合作、項目式學(xué)習(xí)。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

（1）老師：同學(xué)們，今天我們來學(xué)習(xí)《自動跟蹤--紅外傳感器和碰撞傳感器的綜合應(yīng)用》。你們知道什么是自動跟蹤嗎？請結(jié)合生活實際舉例說明。

（2）學(xué)生：自動跟蹤就是物體自動跟隨目標(biāo)移動。

（3）老師：非常好，自動跟蹤在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。今天，我們將通過紅外傳感器和碰撞傳感器的綜合應(yīng)用，來學(xué)習(xí)如何實現(xiàn)自動跟蹤。

二、新課導(dǎo)入

1.紅外傳感器的工作原理

（1）老師：首先，我們來了解紅外傳感器的工作原理。紅外傳感器是利用紅外線來檢測物體存在的傳感器。它由發(fā)射器和接收器兩部分組成。

（2）學(xué)生：紅外傳感器可以檢測到物體的紅外輻射。

（3）老師：是的，紅外傳感器可以檢測到物體發(fā)出的紅外線，從而判斷物體的存在。接下來，我們通過實驗來驗證這一點。

2.碰撞傳感器的工作原理

（1）老師：接下來，我們來了解碰撞傳感器的工作原理。碰撞傳感器是利用物體碰撞時產(chǎn)生的壓力來檢測物體存在的傳感器。

（2）學(xué)生：碰撞傳感器可以檢測到物體碰撞時的壓力變化。

（3）老師：是的，碰撞傳感器可以檢測到物體碰撞時的壓力變化，從而判斷物體的存在。我們同樣通過實驗來驗證這一點。

三、實驗探究

1.紅外傳感器實驗

（1）老師：首先，我們將使用紅外傳感器進(jìn)行實驗。請同學(xué)們按照實驗步驟進(jìn)行操作，并觀察實驗現(xiàn)象。

（2）學(xué)生：按照實驗步驟，我連接了紅外傳感器的發(fā)射器和接收器，并將它們放置在實驗桌上。當(dāng)有物體靠近接收器時，LED燈亮起。

（3）老師：很好，紅外傳感器可以檢測到物體的存在。接下來，我們進(jìn)行碰撞傳感器實驗。

2.碰撞傳感器實驗

（1）老師：現(xiàn)在，我們來使用碰撞傳感器進(jìn)行實驗。請同學(xué)們按照實驗步驟進(jìn)行操作，并觀察實驗現(xiàn)象。

（2）學(xué)生：按照實驗步驟，我連接了碰撞傳感器的引腳，并將它們固定在實驗桌上。當(dāng)有物體碰撞傳感器時，蜂鳴器響起。

（3）老師：很好，碰撞傳感器可以檢測到物體的碰撞。現(xiàn)在，我們將紅外傳感器和碰撞傳感器結(jié)合起來，實現(xiàn)自動跟蹤功能。

四、綜合應(yīng)用

1.自動跟蹤程序設(shè)計

（1）老師：接下來，我們將學(xué)習(xí)如何編寫程序，實現(xiàn)紅外傳感器和碰撞傳感器的自動跟蹤功能。

（2）學(xué)生：我學(xué)習(xí)了如何使用編程語言編寫程序，通過控制紅外傳感器和碰撞傳感器的輸入輸出，實現(xiàn)自動跟蹤。

2.項目實踐

（1）老師：現(xiàn)在，請同學(xué)們分組進(jìn)行項目實踐，利用紅外傳感器和碰撞傳感器實現(xiàn)一個簡單的自動跟蹤項目。

（2）學(xué)生：我們小組設(shè)計了一個自動跟蹤的小車，當(dāng)有障礙物時，小車會自動避開障礙物。

五、總結(jié)與反思

1.老師總結(jié)：今天，我們學(xué)習(xí)了紅外傳感器和碰撞傳感器的綜合應(yīng)用，掌握了自動跟蹤的基本原理和編程方法。

2.學(xué)生反思：通過今天的實驗和項目實踐，我學(xué)會了如何利用傳感器實現(xiàn)自動跟蹤，提高了我的動手實踐能力和創(chuàng)新思維。

六、作業(yè)布置

1.老師布置：請同學(xué)們回家后，嘗試設(shè)計一個更復(fù)雜的自動跟蹤項目，并記錄下設(shè)計思路和實現(xiàn)過程。

2.學(xué)生：我計劃設(shè)計一個自動跟蹤的機器人，通過紅外傳感器和碰撞傳感器實現(xiàn)避障功能。知識點梳理1.自動跟蹤原理

-自動跟蹤是指系統(tǒng)自動檢測并跟蹤目標(biāo)物體的過程。

-基本原理包括目標(biāo)檢測、目標(biāo)跟蹤、路徑規(guī)劃等。

2.紅外傳感器

-工作原理：利用紅外線檢測物體，通過發(fā)射器和接收器實現(xiàn)。

-應(yīng)用場景：溫度檢測、距離測量、物體存在檢測等。

3.碰撞傳感器

-工作原理：通過檢測物體碰撞產(chǎn)生的壓力變化來識別物體。

-應(yīng)用場景：機器人避障、車輛碰撞檢測等。

4.傳感器信號處理

-信號采集：傳感器將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號。

-信號處理：對采集到的信號進(jìn)行放大、濾波、數(shù)字化等處理。

5.編程控制

-編程語言：學(xué)習(xí)使用適合傳感器編程的編程語言，如Arduino的C/C++。

-控制邏輯：編寫程序?qū)崿F(xiàn)傳感器信號的讀取、處理和輸出控制。

6.自動控制系統(tǒng)設(shè)計

-系統(tǒng)架構(gòu)：了解自動控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)，包括傳感器、控制器、執(zhí)行器等。

-控制策略：學(xué)習(xí)基本的控制策略，如PID控制、模糊控制等。

7.項目實踐

-設(shè)計思路：明確項目目標(biāo)，制定設(shè)計方案。

-實施步驟：按照設(shè)計方案進(jìn)行硬件搭建、編程調(diào)試、測試驗證。

8.安全注意事項

-傳感器安裝：確保傳感器安裝牢固，避免誤操作。

-電路連接：正確連接電路，防止短路、過載等故障。

-程序調(diào)試：在調(diào)試過程中，注意觀察傳感器信號和系統(tǒng)響應(yīng)。

9.創(chuàng)新與拓展

-多傳感器融合：結(jié)合多種傳感器，提高系統(tǒng)的檢測精度和可靠性。

-人工智能應(yīng)用：將人工智能技術(shù)應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)更智能的跟蹤控制。

10.教學(xué)評價

-學(xué)生參與度：觀察學(xué)生在課堂上的參與程度，如提問、討論、實驗操作等。

-實驗成果：評估學(xué)生的實驗成果，包括實驗報告、項目作品等。

-學(xué)習(xí)效果：通過測試和作業(yè)，了解學(xué)生對知識點的掌握程度。教學(xué)評價與反饋1.課堂表現(xiàn)：

-學(xué)生積極參與課堂討論，對傳感器工作原理和編程控制表現(xiàn)出濃厚興趣。

-學(xué)生在實驗過程中，能夠按照要求進(jìn)行操作，認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，并能及時記錄數(shù)據(jù)。

2.小組討論成果展示：

-小組合作完成自動跟蹤項目，各成員分工明確，共同解決問題。

-小組展示時，能夠清晰闡述項目設(shè)計思路、實現(xiàn)過程和實驗結(jié)果。

3.隨堂測試：

-測試學(xué)生對傳感器工作原理、編程控制和自動控制系統(tǒng)設(shè)計的掌握程度。

-學(xué)生能夠正確回答測試題目，展示出對知識點的理解和應(yīng)用能力。

4.學(xué)生自評與互評：

-學(xué)生對自己在課堂上的表現(xiàn)進(jìn)行自評，包括參與度、實驗操作、小組合作等方面。

-學(xué)生之間互相評價，提出改進(jìn)建議，共同提高。

5.教師評價與反饋：

-針對課堂表現(xiàn)：鼓勵學(xué)生在課堂上積極發(fā)言，提高參與度；對實驗操作不熟練的學(xué)生進(jìn)行個別指導(dǎo)。

-針對小組討論成果展示：肯定學(xué)生的合作精神，指出項目中的不足，提出改進(jìn)建議。

-針對隨堂測試：分析學(xué)生測試情況，針對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行講解和輔導(dǎo)。

-針對學(xué)生自評與互評：引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識自己的優(yōu)點和不足，學(xué)會從他人評價中汲取經(jīng)驗。

-針對教學(xué)資源：根據(jù)教學(xué)效果，調(diào)整教學(xué)資源的使用，確保教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。

6.教學(xué)反思：

-教師反思教學(xué)過程中的優(yōu)點和不足，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，為今后的教學(xué)提供參考。

-教師關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，根據(jù)實際情況調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)質(zhì)量。

7.教學(xué)改進(jìn)措施：

-針對課堂表現(xiàn)：增加課堂互動環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的參與度。

-針對小組討論成果展示：加強小組合作能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的團隊協(xié)作能力。

-針對隨堂測試：根據(jù)測試結(jié)果，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和難度，確保學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識。

-針對學(xué)生自評與互評：引導(dǎo)學(xué)生正確看待他人評價，提高自我認(rèn)知能力。

-針對教學(xué)資源：優(yōu)化教學(xué)資源，提高教學(xué)效果。內(nèi)容邏輯關(guān)系1.自動跟蹤原理

①基本概念：自動跟蹤的定義與作用。

②工作原理：目標(biāo)檢測、目標(biāo)跟蹤、路徑規(guī)劃的基本原理。

2.紅外傳感器

①工作原理：紅外線檢測、發(fā)射器與接收器。

②應(yīng)用場景：溫度檢測、距離測量、物體存在檢測。

3.碰撞傳感器

①工作原理：壓力檢測、碰撞識別。

②應(yīng)用場景：機器人避障、車輛碰撞檢測。

4.傳感器信號處理

①信號采集：傳感器信號的獲取。

②信號處理：放大、濾波、數(shù)字化等處理方法。

5.編程控制

①編程語言：Arduino、C/C++等。

②控制邏輯：傳感器信號讀取、處理、輸出控制。

6.自動控制系統(tǒng)設(shè)計

①系統(tǒng)架構(gòu)：傳感器、控制器、執(zhí)行器。

②控制策略：PID控制、模糊控制等。

7.項目實踐

①設(shè)計思路：項目目標(biāo)、設(shè)計方案。

②實施步驟：硬件搭建、編程調(diào)試、測試驗證。

8.安全注意事項

①傳感器安裝：固定、避免誤操作。

②電路連接：正確連接、防止故障。

③程序調(diào)試：觀察信號、系統(tǒng)響應(yīng)。

9.創(chuàng)新