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

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)九年級下冊授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點授課時間設(shè)計意圖本課通過學(xué)習(xí)紅外傳感器和碰撞傳感器的綜合應(yīng)用，旨在讓學(xué)生掌握這兩種傳感器的基本原理和應(yīng)用方法，培養(yǎng)動手實踐能力和創(chuàng)新思維。結(jié)合教材內(nèi)容，通過實際操作，讓學(xué)生在解決問題的過程中，提高信息技術(shù)素養(yǎng)，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的信息意識，使其能識別和利用紅外傳感器和碰撞傳感器在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。

2.增強(qiáng)學(xué)生的計算思維，通過編程和邏輯分析，設(shè)計自動跟蹤系統(tǒng)。

3.提升學(xué)生的創(chuàng)新精神，鼓勵學(xué)生在傳感器應(yīng)用中探索新的解決方案。

4.強(qiáng)化學(xué)生的實踐能力，通過實際操作，提高動手實踐和問題解決能力。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：

學(xué)生在進(jìn)入本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了基本的傳感器原理和編程基礎(chǔ)，掌握了Arduino等編程平臺的基本操作。此外，學(xué)生對紅外傳感器和碰撞傳感器的基本工作原理有所了解，具備一定的電子元件識別能力。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣主要來源于對科技和創(chuàng)新的熱愛，他們喜歡動手實踐，樂于探索未知。學(xué)生在編程能力方面表現(xiàn)不一，但普遍具備一定的邏輯思維和解決問題的能力。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生傾向于動手操作，通過實踐來加深理解；而另一部分學(xué)生則更傾向于理論學(xué)習(xí)，需要教師引導(dǎo)其將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

學(xué)生在應(yīng)用紅外傳感器和碰撞傳感器時，可能會遇到傳感器安裝、調(diào)試和編程困難。編程過程中，邏輯錯誤和算法設(shè)計也是常見的問題。此外，對于部分學(xué)生來說，理解傳感器間的協(xié)同工作原理和實現(xiàn)自動跟蹤的算法可能存在挑戰(zhàn)。教師需針對這些問題，提供必要的指導(dǎo)和幫助。教學(xué)資源-軟硬件資源：Arduino開發(fā)板、紅外傳感器模塊、碰撞傳感器模塊、連接線、面包板、電阻、電容等電子元件。

-課程平臺：學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺或在線學(xué)習(xí)平臺。

-信息化資源：相關(guān)教學(xué)視頻、傳感器原理和編程的電子教材、在線編程工具。

-教學(xué)手段：實物演示、小組合作、項目式學(xué)習(xí)、編程軟件操作。教學(xué)過程1.導(dǎo)入（約5分鐘）

激發(fā)興趣：教師通過提問“你們在生活中見過哪些自動跟蹤的設(shè)備？”引導(dǎo)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

回顧舊知：簡要回顧傳感器的基本原理和Arduino編程平臺的使用方法。

2.新課呈現(xiàn)（約25分鐘）

講解新知：

-詳細(xì)講解紅外傳感器和碰撞傳感器的工作原理及特點。

-講解紅外傳感器和碰撞傳感器的接口連接方式。

-介紹Arduino編程中與傳感器相關(guān)的函數(shù)和庫。

舉例說明：

-通過實際設(shè)備展示紅外傳感器和碰撞傳感器的應(yīng)用場景。

-以自動門、自動感應(yīng)燈為例，說明傳感器在實際生活中的應(yīng)用。

互動探究：

-引導(dǎo)學(xué)生分組討論，探討如何將紅外傳感器和碰撞傳感器應(yīng)用于實際項目。

-學(xué)生分組進(jìn)行實驗，嘗試將傳感器連接到Arduino板，并進(jìn)行簡單的程序編寫。

3.工具軟件操作（約20分鐘）

教師演示：

-使用ArduinoIDE進(jìn)行編程，展示如何編寫紅外傳感器和碰撞傳感器的控制程序。

學(xué)生實踐：

-學(xué)生分組，按照教師指導(dǎo)，嘗試編寫紅外傳感器和碰撞傳感器的控制程序。

-教師巡視指導(dǎo)，幫助學(xué)生解決編程過程中遇到的問題。

4.系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化（約20分鐘）

學(xué)生活動：

-學(xué)生分組進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，檢查紅外傳感器和碰撞傳感器的響應(yīng)是否正常。

-學(xué)生根據(jù)調(diào)試結(jié)果，對程序進(jìn)行優(yōu)化。

教師指導(dǎo)：

-教師巡視指導(dǎo)，解答學(xué)生在調(diào)試過程中遇到的問題。

-教師引導(dǎo)學(xué)生分析問題原因，并給出解決方案。

5.項目實踐（約30分鐘）

學(xué)生活動：

-學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，設(shè)計一個自動跟蹤項目。

-學(xué)生分組進(jìn)行項目實施，包括硬件連接、編程調(diào)試、優(yōu)化系統(tǒng)。

教師指導(dǎo)：

-教師巡視指導(dǎo)，解答學(xué)生在項目實施過程中遇到的問題。

-教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何提高項目的穩(wěn)定性和可靠性。

6.總結(jié)與反思（約10分鐘）

教師總結(jié)：

-回顧本節(jié)課的主要知識點，強(qiáng)調(diào)紅外傳感器和碰撞傳感器的應(yīng)用。

-鼓勵學(xué)生在生活中尋找更多傳感器應(yīng)用場景。

學(xué)生反思：

-學(xué)生分組討論，分享在項目實踐中的收獲和不足。

-學(xué)生提出改進(jìn)意見，為今后學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-紅外傳感器的工作原理與應(yīng)用案例，如紅外遙控、紅外檢測等。

-碰撞傳感器的種類與特點，包括機(jī)械式和電子式碰撞傳感器的比較。

-Arduino編程中傳感器數(shù)據(jù)讀取和處理的方法，如中斷、濾波等。

-自動跟蹤系統(tǒng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用，如自動搬運、自動巡檢等。

-傳感器數(shù)據(jù)在機(jī)器人導(dǎo)航中的運用，如激光雷達(dá)、超聲波傳感器等。

2.拓展建議：

-鼓勵學(xué)生研究紅外傳感器的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，了解如何實現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)傳輸。

-建議學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解不同類型碰撞傳感器的優(yōu)缺點，為實際項目選擇合適的傳感器。

-引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)傳感器數(shù)據(jù)處理算法，如卡爾曼濾波、粒子濾波等，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

-組織學(xué)生參觀自動化生產(chǎn)線，了解自動跟蹤系統(tǒng)在實際工業(yè)中的應(yīng)用情況。

-鼓勵學(xué)生設(shè)計并制作一個簡單的自動跟蹤機(jī)器人，通過實際操作加深對傳感器應(yīng)用的理解。

-學(xué)生可以嘗試使用不同類型的傳感器組合，設(shè)計一個多功能的自動跟蹤系統(tǒng)，如結(jié)合紅外和超聲波傳感器實現(xiàn)障礙物避障功能。

-建議學(xué)生研究傳感器在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用，如智能門鎖、智能照明等。

-學(xué)生可以探索傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，如空氣質(zhì)量檢測、水質(zhì)監(jiān)測等。

-鼓勵學(xué)生參與科技競賽或創(chuàng)新項目，將所學(xué)知識應(yīng)用于實際問題解決中。

-建議學(xué)生閱讀有關(guān)傳感器技術(shù)和自動化技術(shù)的最新文獻(xiàn)，了解該領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)。教學(xué)反思與改進(jìn)教學(xué)反思是教師專業(yè)成長的重要環(huán)節(jié)，通過反思，我們可以更好地了解自己的教學(xué)效果，識別出需要改進(jìn)的地方。以下是我對本次“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)的一些反思與改進(jìn)措施。

首先，我注意到在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，我通過提問的方式激發(fā)了學(xué)生的興趣，但回顧舊知的時間略顯不足。在未來的教學(xué)中，我計劃在導(dǎo)入環(huán)節(jié)適當(dāng)增加回顧舊知的時間，確保學(xué)生能夠清晰地認(rèn)識到新舊知識之間的聯(lián)系。

其次，新課呈現(xiàn)環(huán)節(jié)中，我詳細(xì)講解了紅外傳感器和碰撞傳感器的工作原理及特點，但舉例說明時，我發(fā)現(xiàn)自己過于依賴單一的應(yīng)用場景，沒有充分展示傳感器的多樣性。為了改進(jìn)這一點，我將在今后的教學(xué)中，準(zhǔn)備更多具有代表性的應(yīng)用案例，讓學(xué)生了解傳感器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。

在互動探究環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生參與度不高，這可能是因為他們對傳感器應(yīng)用的理解不夠深入。為了提高學(xué)生的參與度，我計劃在今后的教學(xué)中，設(shè)計更具挑戰(zhàn)性的實驗項目，讓學(xué)生在實踐中不斷探索和發(fā)現(xiàn)。

在工具軟件操作環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在編程過程中遇到了一些困難，如函數(shù)使用不當(dāng)、邏輯錯誤等。為了幫助學(xué)生更好地掌握編程技能，我將在今后的教學(xué)中，加強(qiáng)編程基礎(chǔ)知識的講解，并組織學(xué)生進(jìn)行編程練習(xí)。

在系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在調(diào)試過程中遇到了一些實際問題，如傳感器響應(yīng)不準(zhǔn)確、程序運行不穩(wěn)定等。為了提高學(xué)生的調(diào)試能力，我計劃在今后的教學(xué)中，增加調(diào)試技巧的講解，并鼓勵學(xué)生互相幫助，共同解決問題。

在項目實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生設(shè)計的自動跟蹤項目各具特色，但也存在一些共性問題，如系統(tǒng)穩(wěn)定性不足、功能單一等。為了提高項目的質(zhì)量，我將在今后的教學(xué)中，加強(qiáng)對項目設(shè)計的要求，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注項目的實用性和創(chuàng)新性。

最后，我認(rèn)為在教學(xué)過程中，我需要更加關(guān)注學(xué)生的個體差異，針對不同學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，提供個性化的指導(dǎo)。同時，我也需要不斷更新自己的知識儲備，跟上科技發(fā)展的步伐，為學(xué)生提供更高質(zhì)量的教學(xué)。教學(xué)評價與反饋1.課堂表現(xiàn)：

學(xué)生在課堂上的參與度較高，積極回答問題，對紅外傳感器和碰撞傳感器的原理表現(xiàn)出濃厚的興趣。在實驗操作環(huán)節(jié)，大部分學(xué)生能夠按照要求完成傳感器的連接和編程工作，展現(xiàn)出良好的動手能力。

2.小組討論成果展示：

小組討論環(huán)節(jié)中，學(xué)生們能夠圍繞傳感器在自動跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用展開熱烈的討論，提出了多種創(chuàng)新的設(shè)計方案。在成果展示環(huán)節(jié)，各小組能夠清晰、有條理地介紹自己的設(shè)計思路和實現(xiàn)方法，體現(xiàn)了良好的團(tuán)隊協(xié)作能力。

3.隨堂測試：

通過隨堂測試，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生對紅外傳感器和碰撞傳感器的基本原理和應(yīng)用有一定的掌握，但在編程細(xì)節(jié)和算法設(shè)計方面仍有待提高。測試結(jié)果顯示，學(xué)生對傳感器數(shù)據(jù)讀取和處理的理解相對較好，但在實際應(yīng)用中遇到問題時，部分學(xué)生難以靈活運用所學(xué)知識。

4.學(xué)生自評與互評：

學(xué)生在課后填寫了自評表，對自己的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了反思。他們普遍認(rèn)為本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容實用性強(qiáng)，能夠?qū)⒗碚撝R與實際應(yīng)用相結(jié)合。在互評環(huán)節(jié)，學(xué)生們能夠客觀地評價同伴的表現(xiàn)，提出建設(shè)性的意見。

5.教師評價與反饋：

針對學(xué)生的課堂表現(xiàn)，教師評價如下：

-積極性：大部分學(xué)生表現(xiàn)出較高的學(xué)習(xí)積極性，能夠積極參與課堂討論和實驗操作。

-實踐能力：學(xué)生在實驗操作環(huán)節(jié)表現(xiàn)出良好的動手能力，能夠按照要求完成傳感器連接和編程。

-創(chuàng)新思維：學(xué)生在小組討論和項目實踐中展現(xiàn)出了創(chuàng)新思維，能夠提出具有創(chuàng)造性的設(shè)計方案。

-編程能力：學(xué)生在編程環(huán)節(jié)存在一定的困難，需要加強(qiáng)編程基礎(chǔ)知識的講解和實踐練習(xí)。

-團(tuán)隊合作：學(xué)生在小組討論和項目實踐中展現(xiàn)出良好的團(tuán)隊合作精神，能夠互相幫助、共同進(jìn)步。

反饋建議：

-對于編程能力較弱的學(xué)生，建議教師在今后的教學(xué)中加強(qiáng)編程基礎(chǔ)知識的講解，并組織學(xué)生進(jìn)行針對性的編程練習(xí)。

-對于創(chuàng)新思維較強(qiáng)的學(xué)生，鼓勵他們積極參與科技競賽和創(chuàng)新項目，進(jìn)一步提高自己的創(chuàng)新能力。

-對于團(tuán)隊合作能力較強(qiáng)的學(xué)生，建議他們在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)發(fā)揮團(tuán)隊精神，共同解決問題，實現(xiàn)共同進(jìn)步