云南省曲靖市中小学生科技素养科学课程 第12课.《智能风扇》教学设计

云南省曲靖市中小学生科技素养科学课程第12课.《智能风扇》教学设计学校授课教师课时授课班级授课地点教具课程基本信息1.课程名称：云南省曲靖市中小学生科技素养科学课程第12课《智能风扇》

2.教学年级和班级：八年级（2）班

3.授课时间：2022年9月15日上午第二节课

4.教学时数：1课时核心素养目标1.培养学生的创新意识，通过设计智能风扇，激发学生对科技发明的兴趣。

2.提升学生的动手实践能力，通过组装和调试智能风扇，锻炼学生的操作技能。

3.增强学生的科学思维，通过对风扇工作原理的分析，培养学生的问题解决和逻辑推理能力。

4.强化学生的团队合作精神，在小组活动中，培养学生的沟通协作能力。教学难点与重点1.教学重点：

-重点讲解智能风扇的工作原理，包括电路设计和电子元件的作用。

-强调风扇的组装步骤，包括电机、电路板、传感器等部件的连接。

-指导学生如何调试风扇，使其能够根据环境温度自动调节风速。

2.教学难点：

-难点一：电路设计理解。学生需要理解电路图中的各个元件及其功能，例如如何通过电阻、电容和二极管控制电机速度。

-难点二：传感器应用。学生可能难以理解如何将温度传感器与风扇控制电路相连接，以及如何处理传感器信号。

-难点三：故障排除。学生在组装过程中可能会遇到电路不通、电机不转等问题，需要学会基本的故障诊断和排除方法。

-难点四：编程逻辑。如果课程涉及编程控制风扇，学生需要理解编程逻辑，包括条件语句和循环结构在控制风扇中的应用。教学资源-软硬件资源：智能风扇组装套件（含电机、电路板、传感器、电阻、电容、二极管等）、电池、导线、连接器、螺丝刀等。

-课程平台：学校实验室或教室的多媒体教学设备，用于展示教学视频和电路图。

-信息化资源：智能风扇的相关教学视频、电路设计软件（如Multisim）、编程软件（如ArduinoIDE）。

-教学手段：实物演示、小组讨论、实验操作、问题解答。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对智能风扇的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们有没有想过，如何让风扇更智能呢？它如何能根据我们的需求自动调节风速呢？”

展示一些关于智能风扇的图片或视频片段，让学生初步感受智能风扇的魅力或特点。

简短介绍智能风扇的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.智能风扇基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解智能风扇的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解智能风扇的定义，包括其主要组成元素或结构，如电机、电路板、传感器等。

详细介绍智能风扇的组成部分或功能，使用图表或示意图帮助学生理解，例如温度传感器的读数如何影响风扇的转速。

3.智能风扇案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解智能风扇的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的智能风扇案例进行分析，如带有遥控功能的智能风扇、能通过手机APP远程控制的智能风扇等。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解智能风扇的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用智能风扇解决实际问题。

小组讨论：让学生分组讨论智能风扇的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与智能风扇相关的主题进行深入讨论，如“如何提高智能风扇的节能效率”或“智能风扇在智能家居中的应用”。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对智能风扇的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调智能风扇的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括智能风扇的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调智能风扇在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用智能风扇。

7.课后作业（5分钟）

目标：让学生巩固学习效果，提升独立思考和写作能力。

过程：

布置课后作业：让学生撰写一篇关于智能风扇的短文或报告，内容可以包括智能风扇的工作原理、设计理念、未来发展趋势等。

提醒学生注意作业的格式和字数要求，并设定提交作业的截止日期。知识点梳理1.智能风扇的基本概念

-智能风扇是一种结合了现代电子技术和机械技术的产品。

-它能够根据环境温度或用户需求自动调节风速。

2.智能风扇的组成部分

-电机：驱动风扇叶片旋转的核心部件。

-电路板：控制电机转速和风扇工作的电子控制单元。

-传感器：检测环境温度或其他参数的装置，如温度传感器、湿度传感器等。

-显示屏：显示风扇工作状态和设置参数的界面。

-遥控器：用于远程控制风扇的无线设备。

3.智能风扇的工作原理

-温度传感器检测环境温度，并将信号传输到电路板。

-电路板根据预设的程序或用户输入调整电机的转速。

-电机转速的变化直接影响到风扇的风速。

4.电路设计基础

-电阻、电容和二极管等电子元件在电路中的作用。

-串联和并联电路的基本原理。

-电路图的基本符号和阅读方法。

5.传感器应用

-温度传感器的类型和工作原理。

-传感器信号的处理和转换。

-传感器在智能风扇中的应用实例。

6.编程与控制

-基本的编程概念，如变量、循环、条件语句等。

-使用编程软件（如ArduinoIDE）编写控制风扇的程序。

-程序的调试和优化。

7.故障排除

-电路不通、电机不转等常见故障的原因和解决方法。

-使用万用表等工具进行电路检测。

-故障诊断和维修的基本步骤。

8.智能风扇的设计与组装

-设计智能风扇的基本步骤，包括需求分析、电路设计、硬件选择等。

-组装智能风扇的流程，包括连接电路、安装传感器、调试等。

-组装过程中的注意事项，如安全操作、正确连接等。

9.智能风扇的应用与未来趋势

-智能风扇在智能家居、办公室等场景中的应用。

-智能风扇的技术发展趋势，如节能、智能化等。

-智能风扇对环境和社会的影响。

10.学生实践活动

-小组合作，设计并制作一个简单的智能风扇。

-通过实践，学生能够将理论知识应用于实际操作中。

-实践活动中的问题解决和团队合作能力的培养。课后作业1.设计任务：设计一个智能风扇的电路图，包括电机、电路板、温度传感器等元件的连接方式。要求标注清楚每个元件的型号和参数。

答案示例：智能风扇电路图设计，包含以下元件：

-电机：12VDC，功率30W

-电路板：带有PWM控制的微控制器模块

-温度传感器：NTC热敏电阻

-电阻：1kΩ

-电容：10μF

-二极管：1N4007

-连接方式：电机与电路板通过导线连接，温度传感器通过连接器与电路板连接，电阻和电容串联后连接到电路板。

2.实践任务：假设你有一个12V的电源和一个智能风扇，请设计一个简单的电路，使得风扇在电源开启时自动开始工作，并在环境温度低于20°C时自动关闭。

答案示例：

-使用一个开关S1来控制电源的通断。

-使用一个温度传感器（如NTC热敏电阻）来检测环境温度。

-使用一个比较器（如LM393）来比较温度传感器的输出和设定的阈值（20°C对应的电阻值）。

-当温度低于20°C时，比较器的输出为低电平，触发继电器（或直接连接到电路板的控制引脚）关闭风扇；当温度高于20°C时，比较器的输出为高电平，风扇保持开启状态。

3.问题解决：如果你在组装智能风扇时遇到了电机不转的问题，以下是一些可能的故障原因和解决步骤。

答案示例：

-故障原因：电源连接错误、电机损坏、电路板故障。

-解决步骤：

1.检查电源连接是否正确，确保电源正负极正确连接到电路板。

2.检查电机是否有损坏的迹象，如烧毁的痕迹或异常噪音。

3.检查电路板上的电机控制引脚是否有烧毁或短路的情况。

4.创新设计：设计一个智能风扇，使其能够根据用户设定的风速和时间自动关闭。

答案示例：

-使用一个定时器（如555定时器）来控制风扇的工作时间。

-用户可以通过按钮设置风扇的开启时间和风速。

-当定时器达到预设的时间时，自动关闭风扇。

5.报告撰写：撰写一份关于智能风扇的调研报告，包括以下内容：

-智能风扇的市场现状

-智能风扇的技术发展趋势

-智能风扇的潜在应用领域

-对智能风扇未来发展的展望

答案示例：

-市场现状：智能风扇在智能家居市场逐渐普及，消费者对节能和智能化产品的需求增加。

-技术发展趋势：随着传感器技术和微控制器的发展，智能风扇将更加节能和智能化。

-潜在应用领域：智能风扇可以应用于家庭、办公室、公共场所等，提供更加舒适的环境。

-未来展望：智能风扇将集成更多智能功能，如空气质量监测、自动调节风向等，成为智能家居的重要组成部分。课堂1.课堂评价：

-提问与回答：通过课堂提问，教师可以即时了解学生对智能风扇知识的掌握程度。例如，询问学生智能风扇的工作原理、电路设计要点等，并根据学生的回答给出反馈。

-观察与反馈：教师在课堂上观察学生的参与度和表现，如小组讨论的积极性、实验操作的准确性等。对于表现突出的学生给予表扬，对于需要帮助的学生提供个别指导。

-实验操作评价：通过观察学生在组装智能风扇过程中的操作，评价其动手能力和解决问题的能力。例如，评价学生在连接电路、调试传感器时的精确度和效率。

-小组讨论评价：评估学生在小组讨论中的贡献，如是否积极参与、是否能够提出有建设性的意见等。通过小组讨论的评价，培养学生的团队合作精神和沟通能力。

2.作业评价：

-电路图设计评价：检查学生设计的电路图是否符合智能风扇的实际需求，元件选择是否合理，连接方式是否正确。

-实践报告评价：评估学生撰写的实践报告是否详细记录了实验过程、遇到的问题及解决方案，以及是否能够从实验中得出有意义的结论。

-故障排除评价：通过学生的故障排除报告，评价其分析问题和解决问题的能力，以及是否能够正确识别和解决电路故障。

-创新设计评价：评估学生的创新设计是否具有实际应用价值，是否能够结合所学知识提出切实可行的改进方案。

3.评价反馈：

-及时反馈：对于学生的课堂表现和作业完成情况，教师应给予及时的反馈，帮助学生了解自己的学习进度和需要改进的地方。

-鼓励与支持：在评价过程中，教师应注重鼓励学生的努力和进步，对于表现不佳的学生给予适当的指导和帮助，增强其学习信心。

-个性化评价：根据学生的个体差异，教师应提供个性化的评价和指导，确保每个学生都能在智能风扇的学习中获得成长。

4.评价工具：

-课堂观察记录表：记录学生在课堂上的表现，包括参与度