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授課內容授課時數授課班級授課人數授課地點授課時間教學內容本課為《忠誠衛士--紅外傳感器和計數器的應用》第4單元第13課，選自清華大學版2012初中信息技術九年級下冊教材。內容涉及紅外傳感器的基本原理和計數器的工作方式，通過實際操作讓學生了解紅外傳感器在生活中的應用，掌握計數器的設計與實現。核心素養目標培養學生的問題解決能力，通過紅外傳感器和計數器的應用項目，提升學生的邏輯思維、創新意識和實踐能力。使學生能夠將理論知識與實際操作相結合，提高信息技術的應用能力和創新精神。學習者分析1.學生已經掌握了哪些相關知識：

學生在進入九年級之前已經學習了基本的電子技術和編程知識，對電路圖、編程語言和簡單傳感器有一定的了解。他們可能已經接觸過基礎的計數器電路，但對于紅外傳感器的工作原理和應用可能較為陌生。

2.學生的學習興趣、能力和學習風格：

九年級學生對新事物充滿好奇心，對信息技術課程有著較高的學習興趣。他們的學習能力較強，能夠快速掌握新知識。學習風格上，部分學生傾向于動手實踐，通過實際操作來理解概念；而另一部分學生可能更偏向于理論學習和邏輯分析。

3.學生可能遇到的困難和挑戰：

學生在學習紅外傳感器和計數器應用時可能面臨以下困難：

-理解紅外傳感器的工作原理，包括光敏元件和電路設計；

-掌握計數器的編程邏輯，確保其能夠正確計數；

-將理論知識與實際電路設計相結合，解決實際問題；

-面對電路故障或編程錯誤時，能夠進行有效的排查和修復。教學方法與手段教學方法：

1.講授法：通過講解紅外傳感器和計數器的基本原理，為學生提供系統的知識框架。

2.討論法：組織學生圍繞實際問題進行討論，培養學生的批判性思維和團隊合作能力。

3.實驗法：引導學生通過實際操作，動手搭建電路，加深對知識的理解和應用。

教學手段：

1.多媒體演示：利用PPT展示紅外傳感器和計數器的結構圖和原理圖，幫助學生直觀理解。

2.實驗平臺：使用實驗室的傳感器和計數器實驗設備，讓學生親自動手實踐。

3.在線資源：推薦相關教學視頻和在線教程，擴展學生的學習資源。教學過程一、導入新課

（老師）同學們，今天我們要學習的是《忠誠衛士--紅外傳感器和計數器的應用》。在日常生活中，我們經常接觸到各種傳感器，它們是如何工作的呢？今天，我們就來揭開紅外傳感器的神秘面紗，并學習如何利用計數器來記錄傳感器檢測到的物體數量。

二、新課導入

（老師）首先，讓我們回顧一下之前學過的傳感器知識。傳感器是一種能夠將非電學量轉換為電學量的裝置，而紅外傳感器就是其中的一種。它利用紅外線來檢測物體的存在。接下來，我們將重點學習紅外傳感器的工作原理及其在計數器中的應用。

三、紅外傳感器的工作原理

（老師）同學們，紅外傳感器是如何工作的呢？請看大屏幕，這里有一張紅外傳感器的結構圖。紅外傳感器主要由紅外發射器、紅外接收器和信號處理電路組成。當紅外發射器發射的紅外線遇到物體時，部分紅外線會被反射回來，紅外接收器接收到反射回來的紅外線后，將其轉換為電信號。如果紅外線被物體阻擋，接收器接收到的信號會發生變化，從而實現檢測。

（學生）我明白了，紅外傳感器通過發射和接收紅外線來檢測物體的存在。

（老師）很好，接下來我們通過一個簡單的實驗來驗證紅外傳感器的工作原理。請同學們按照實驗步驟操作，注意觀察紅外傳感器在檢測物體時的變化。

四、計數器的設計與實現

（老師）現在我們已經了解了紅外傳感器的工作原理，接下來我們要學習如何利用計數器來記錄傳感器檢測到的物體數量。計數器是一種能夠記錄輸入脈沖個數的電路。在計數器的設計中，我們需要考慮以下幾個要點：

1.計數器的類型：根據實際需求選擇合適的計數器類型，如二進制計數器、十進制計數器等。

2.計數器的容量：根據檢測到的物體數量，確定計數器的容量，確保計數器能夠記錄所有數據。

3.計數器的復位：當計數器達到最大值時，需要將其復位，以便重新開始計數。

（學生）明白了，計數器的作用是記錄物體數量，我們需要根據實際需求選擇合適的計數器類型和容量。

（老師）很好，下面我們通過一個實際案例來學習計數器的設計與實現。請同學們認真觀察大屏幕上的電路圖，分析電路的工作原理，并嘗試搭建一個簡單的計數器電路。

五、課堂練習

（老師）同學們，現在請你們分成小組，根據剛才學到的知識，嘗試設計一個能夠記錄通過一定距離的車輛數量的計數器。在設計中，要考慮紅外傳感器、計數器電路和電路的連接方式。每組請派一名代表上來展示你們的成果，并說明設計思路。

（學生）好的，我們小組已經設計出了一個能夠記錄車輛數量的計數器。我們使用了紅外傳感器來檢測車輛，當車輛通過時，紅外傳感器會發出一個脈沖信號，然后通過計數器電路來記錄車輛數量。

六、總結與反思

（老師）同學們，今天我們學習了紅外傳感器和計數器的應用。通過本節課的學習，我們了解到紅外傳感器在生活中的廣泛應用，以及計數器在記錄物體數量方面的作用。在今后的學習中，希望大家能夠將所學知識運用到實際生活中，發揮傳感器的優勢，解決實際問題。

（學生）謝謝老師，我們一定會努力將所學知識應用到實際中。

（老師）好的，今天的課程就到這里。課后請同學們復習今天所學內容，并思考如何將紅外傳感器和計數器應用到其他領域。下課！拓展與延伸1.提供與本節課內容相關的拓展閱讀材料：

-《紅外傳感器技術與應用》：這本書詳細介紹了紅外傳感器的工作原理、分類、應用領域以及未來發展趨勢。通過閱讀這本書，學生可以更深入地了解紅外傳感器的技術背景和實際應用。

-《計數器電路設計與應用》：這本書主要講解了計數器電路的設計原理、種類、工作原理以及在實際工程中的應用。學生可以通過閱讀這本書，掌握計數器電路的設計方法和實際應用案例。

-《傳感器技術在智能家居中的應用》：這本書探討了傳感器技術在智能家居系統中的應用，包括環境監測、安全監控、智能控制等方面。學生可以通過閱讀這本書，了解傳感器技術在生活中的實際應用。

2.鼓勵學生進行課后自主學習和探究：

-設計一個基于紅外傳感器的智能門禁系統，要求系統能夠記錄進出人員數量，并在超出預設人數時發出警報。

-利用紅外傳感器和計數器設計一個自動停車場管理系統，實現車輛進出自動計數、顯示空閑車位數量等功能。

-研究紅外傳感器在智能交通系統中的應用，如車流量檢測、行人過街提示等。

-探索紅外傳感器在農業領域的應用，如作物生長監測、病蟲害防治等。

-設計一個基于紅外傳感器的機器人，使其能夠避開障礙物、實現路徑規劃等功能。

-學習其他類型的傳感器（如超聲波傳感器、溫度傳感器等），并研究它們在不同領域的應用。

-結合所學知識，設計一個綜合性項目，將紅外傳感器、計數器和其他相關技術應用到實際場景中，如智能圖書館、智能商場等。教學反思與改進教學反思與改進是每一位教師不斷進步的重要環節。在剛剛結束的《忠誠衛士--紅外傳感器和計數器的應用》這一課中，我有一些深刻的反思和改進的想法。

首先，我注意到在講解紅外傳感器的工作原理時，有些學生表現出了一定的困惑。雖然我已經盡量用簡單易懂的語言來解釋，但可能還是未能完全滿足所有學生的需求。因此，我計劃在未來的教學中，準備一些直觀的演示視頻或者實物模型，讓學生能夠更加直觀地理解紅外傳感器的工作過程。

其次，學生在動手實踐環節中遇到了一些技術問題，比如電路連接錯誤、編程調試困難等。這些問題的出現讓我意識到，我們需要在課前對學生的技術水平有一個更準確的評估，以便提前準備相應的技術支持。未來，我會在課程開始前進行一次技術能力的小測試，根據測試結果來調整教學難度和進度。

在討論環節，我發現學生的參與度并不是很高，有些學生可能因為害羞或者對討論不感興趣而保持沉默。為了激發學生的討論熱情，我打算在接下來的課程中引入一些小組競賽機制，比如看哪個小組能夠最快最準確地完成設計任務，這樣可以增加學生的競爭意識和團隊協作能力。

在課后作業的布置上，我發現了一些問題。有些學生能夠很好地完成基本的設計任務，但有些學生則無法將所學知識應用到更復雜的場景中。為了解決這個問題，我計劃在布置作業時提供一些開放性的問題，鼓勵學生發揮創造性思維，同時也會給出一些參考案例，幫助學生拓展思路。

此外，我在教學過程中也意識到了多媒體教學手段的重要性。雖然我們使用了PPT和視頻，但我覺得還可以進一步利用一些互動式的教學軟件，比如在線編程工具或者虛擬實驗室，讓學生在虛擬環境中進行實驗，這樣可以減少實際操作中的風險，同時也能夠提高學生的學習興趣。

最后，我想要改進的是課堂時間的分配。有時候，我在講解某個知識點時可能會花費過多時間，導致其他內容的教學時間不足。為了解決這個問題，我會在課前進行更細致的時間規劃，確保每個知識點都有足夠的時間進行講解和實踐。教學評價與反饋1.課堂表現：

在《忠誠衛士--紅外傳感器和計數器的應用》這一課中，學生的課堂表現總體積極。大部分學生能夠集中注意力，認真聽講，并在遇到問題時主動提問。在實驗操作環節，學生們表現出較強的動手能力，能夠按照步驟完成電路搭建和編程工作。

2.小組討論成果展示：

小組討論環節中，學生們能夠積極參與，各抒己見。在討論如何設計一個能夠記錄通過一定距離的車輛數量的計數器時，學生們提出了多種設計方案，包括使用不同的傳感器和計數器組合。最終，每個小組都展示了他們的設計思路和實現方法，展示了良好的團隊合作精神。

3.隨堂測試：

隨堂測試主要考察學生對紅外傳感器和計數器應用的理解。測試結果顯示，學生們對紅外傳感器的工作原理掌握較好，但在計數器電路設計和編程方面仍有待提高。測試中，部分學生能夠正確回答基本概念題，但在實際應用題上表現一般。

4.學生自評與互評：

學生們在課后進行了自我評價和互評。在自我評價中，學生們能夠認識到自己的優點和不足，如部分學生認為自己在動手操作方面較為熟練，但在理論知識方面還有待加強。在互評中，學生們能夠公正地評價同伴的表現，提出了建設性的意見。

5.教師評價與反饋：

針對學生課堂表現和隨堂測試結果，我將進行以下評價與反饋：

-對課堂表現積極的學生給予肯定，鼓勵他們在今后的學習中繼續保持。

-對于在實驗操作和編程方面遇到困難的學生，我將提供個別輔導，幫助他們克服技術難題。

-針對隨堂測試中暴露的問題，我將重新組織教學內容，加強學生對計數器電路設計和編程的學習。

-我將鼓勵學生進行更多的實踐操作，通過實際項目來提高他們的技術應用能力。

-我將定期檢查學生的學習進度，并根據學生的反饋調整教學策略，確保教學效果。典型例題講解1.例題：

設計一個簡單的紅外傳感器車輛計數器，要求當車輛通過紅外傳感器時，計數器能夠增加計數。

答案：

-選擇合適的紅外傳感器模塊。

-設計電路圖，將紅外傳感器與計數器模塊連接。

-編寫程序，設置計數器模塊在車輛通過時增加計數。

2.例題：

有一輛小車在直線軌道上行駛，需要通過紅外傳感器來檢測其行駛的距離。已知小車的速度為1米/秒，紅外傳感器每隔1米有一個檢測點。

答案：

-選擇一個能夠提供距離信號的紅外傳感器。

-設計電路圖，將紅外傳感器與計數器模塊連接，并設置計數器模塊每檢測到一次信號增加1。

-編寫程序，使計數器模塊能夠實時顯示小車的行駛距離。

3.例題：

設計一個門禁系統，當有人通過門時，系統會自動記錄通過人數，并在達到預設人數時發出警報。

答案：

-選擇一個能夠檢測人員通過的紅外傳感器。

-設計電路圖，將紅外傳感器與計數器模塊和警報裝置連接。

-編寫程序，設置計數器模塊在檢測到人員通過時增加計數，并在計數達到預設值時觸發警報。

4.例題：

某個倉庫需要檢測貨物的進出，要求系統能夠記錄貨物的進出次數，并在達到預設次數時發出警告。

答案：

-選擇一個能夠檢測貨物通過的紅外傳感器。

-設計電路圖，將紅外傳感器與計數器模塊和警告裝置連接。

-編寫程序，設置計數器模塊在檢測到貨物通過時增加計數，并在計數達到預設值時觸發警告。

5.例題：

設計一個自動停車場管理系統，要求系統能夠記錄車輛進出次數，并在顯示空閑車位的同時，記錄車輛停留時間。

答案：

-選擇一個能夠檢測車輛通過的紅外傳感器。

-設計電路圖，將紅外傳感器與計數器模塊、顯示屏和計時器模塊連接。

-編寫程序，設置計數器模塊記錄車輛進出次數，顯示屏顯示空閑車位，計時器模塊記錄車輛停留