第4单元第17课《自动跟踪-红外传感器和碰撞传感器的综合应用》教学设计 2023-2024学年清华大学版（2012）初中信息技术九年级下册

第4单元第17课《自动跟踪--红外传感器和碰撞传感器的综合应用》教学设计2023—2024学年清华大学版（2012）初中信息技术九年级下册主备人备课成员设计意图本节课旨在通过红外传感器和碰撞传感器的综合应用，让学生了解传感器在自动控制领域的应用，培养学生动手实践能力和创新思维。通过实际操作，让学生掌握传感器的基本原理和编程方法，提高学生的信息技术素养。核心素养目标培养学生信息意识，通过红外传感器和碰撞传感器的应用，引导学生理解信息技术在解决实际问题中的作用。发展计算思维，通过编程实现传感器的功能，提升逻辑推理和问题解决能力。增强数字化学习与创新，激发学生运用技术进行创新实践的兴趣。教学难点与重点1.教学重点，

①掌握红外传感器和碰撞传感器的工作原理及信号采集方法。

②学会使用编程语言编写控制程序，实现传感器与控制系统的有效结合。

③理解传感器数据在自动控制中的应用，能够设计简单的自动控制系统。

2.教学难点，

①红外传感器和碰撞传感器的信号处理与分析，确保传感器数据准确可靠。

②编程逻辑的复杂性，特别是在多传感器协同工作时的程序设计。

③将理论知识与实践操作相结合，解决实际应用中的问题，提高学生的综合应用能力。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源-软硬件资源：红外传感器模块、碰撞传感器模块、Arduino或RaspberryPi开发板、连接线、面包板。

-课程平台：学校信息技术实验室、在线编程平台（如Scratch、Python编程环境）。

-信息化资源：传感器工作原理教学视频、编程教程、案例库。

-教学手段：实物演示、小组合作、项目式学习。教学过程一、导入新课

（1）老师：同学们，今天我们来学习《自动跟踪--红外传感器和碰撞传感器的综合应用》。你们知道什么是自动跟踪吗？请结合生活实际举例说明。

（2）学生：自动跟踪就是物体自动跟随目标移动。

（3）老师：非常好，自动跟踪在许多领域都有广泛的应用。今天，我们将通过红外传感器和碰撞传感器的综合应用，来学习如何实现自动跟踪。

二、新课导入

1.红外传感器的工作原理

（1）老师：首先，我们来了解红外传感器的工作原理。红外传感器是利用红外线来检测物体存在的传感器。它由发射器和接收器两部分组成。

（2）学生：红外传感器可以检测到物体的红外辐射。

（3）老师：是的，红外传感器可以检测到物体发出的红外线，从而判断物体的存在。接下来，我们通过实验来验证这一点。

2.碰撞传感器的工作原理

（1）老师：接下来，我们来了解碰撞传感器的工作原理。碰撞传感器是利用物体碰撞时产生的压力来检测物体存在的传感器。

（2）学生：碰撞传感器可以检测到物体碰撞时的压力变化。

（3）老师：是的，碰撞传感器可以检测到物体碰撞时的压力变化，从而判断物体的存在。我们同样通过实验来验证这一点。

三、实验探究

1.红外传感器实验

（1）老师：首先，我们将使用红外传感器进行实验。请同学们按照实验步骤进行操作，并观察实验现象。

（2）学生：按照实验步骤，我连接了红外传感器的发射器和接收器，并将它们放置在实验桌上。当有物体靠近接收器时，LED灯亮起。

（3）老师：很好，红外传感器可以检测到物体的存在。接下来，我们进行碰撞传感器实验。

2.碰撞传感器实验

（1）老师：现在，我们来使用碰撞传感器进行实验。请同学们按照实验步骤进行操作，并观察实验现象。

（2）学生：按照实验步骤，我连接了碰撞传感器的引脚，并将它们固定在实验桌上。当有物体碰撞传感器时，蜂鸣器响起。

（3）老师：很好，碰撞传感器可以检测到物体的碰撞。现在，我们将红外传感器和碰撞传感器结合起来，实现自动跟踪功能。

四、综合应用

1.自动跟踪程序设计

（1）老师：接下来，我们将学习如何编写程序，实现红外传感器和碰撞传感器的自动跟踪功能。

（2）学生：我学习了如何使用编程语言编写程序，通过控制红外传感器和碰撞传感器的输入输出，实现自动跟踪。

2.项目实践

（1）老师：现在，请同学们分组进行项目实践，利用红外传感器和碰撞传感器实现一个简单的自动跟踪项目。

（2）学生：我们小组设计了一个自动跟踪的小车，当有障碍物时，小车会自动避开障碍物。

五、总结与反思

1.老师总结：今天，我们学习了红外传感器和碰撞传感器的综合应用，掌握了自动跟踪的基本原理和编程方法。

2.学生反思：通过今天的实验和项目实践，我学会了如何利用传感器实现自动跟踪，提高了我的动手实践能力和创新思维。

六、作业布置

1.老师布置：请同学们回家后，尝试设计一个更复杂的自动跟踪项目，并记录下设计思路和实现过程。

2.学生：我计划设计一个自动跟踪的机器人，通过红外传感器和碰撞传感器实现避障功能。知识点梳理1.自动跟踪原理

-自动跟踪是指系统自动检测并跟踪目标物体的过程。

-基本原理包括目标检测、目标跟踪、路径规划等。

2.红外传感器

-工作原理：利用红外线检测物体，通过发射器和接收器实现。

-应用场景：温度检测、距离测量、物体存在检测等。

3.碰撞传感器

-工作原理：通过检测物体碰撞产生的压力变化来识别物体。

-应用场景：机器人避障、车辆碰撞检测等。

4.传感器信号处理

-信号采集：传感器将物理信号转换为电信号。

-信号处理：对采集到的信号进行放大、滤波、数字化等处理。

5.编程控制

-编程语言：学习使用适合传感器编程的编程语言，如Arduino的C/C++。

-控制逻辑：编写程序实现传感器信号的读取、处理和输出控制。

6.自动控制系统设计

-系统架构：了解自动控制系统的基本架构，包括传感器、控制器、执行器等。

-控制策略：学习基本的控制策略，如PID控制、模糊控制等。

7.项目实践

-设计思路：明确项目目标，制定设计方案。

-实施步骤：按照设计方案进行硬件搭建、编程调试、测试验证。

8.安全注意事项

-传感器安装：确保传感器安装牢固，避免误操作。

-电路连接：正确连接电路，防止短路、过载等故障。

-程序调试：在调试过程中，注意观察传感器信号和系统响应。

9.创新与拓展

-多传感器融合：结合多种传感器，提高系统的检测精度和可靠性。

-人工智能应用：将人工智能技术应用于自动控制系统，实现更智能的跟踪控制。

10.教学评价

-学生参与度：观察学生在课堂上的参与程度，如提问、讨论、实验操作等。

-实验成果：评估学生的实验成果，包括实验报告、项目作品等。

-学习效果：通过测试和作业，了解学生对知识点的掌握程度。教学评价与反馈1.课堂表现：

-学生积极参与课堂讨论，对传感器工作原理和编程控制表现出浓厚兴趣。

-学生在实验过程中，能够按照要求进行操作，认真观察实验现象，并能及时记录数据。

2.小组讨论成果展示：

-小组合作完成自动跟踪项目，各成员分工明确，共同解决问题。

-小组展示时，能够清晰阐述项目设计思路、实现过程和实验结果。

3.随堂测试：

-测试学生对传感器工作原理、编程控制和自动控制系统设计的掌握程度。

-学生能够正确回答测试题目，展示出对知识点的理解和应用能力。

4.学生自评与互评：

-学生对自己在课堂上的表现进行自评，包括参与度、实验操作、小组合作等方面。

-学生之间互相评价，提出改进建议，共同提高。

5.教师评价与反馈：

-针对课堂表现：鼓励学生在课堂上积极发言，提高参与度；对实验操作不熟练的学生进行个别指导。

-针对小组讨论成果展示：肯定学生的合作精神，指出项目中的不足，提出改进建议。

-针对随堂测试：分析学生测试情况，针对薄弱环节进行讲解和辅导。

-针对学生自评与互评：引导学生正确认识自己的优点和不足，学会从他人评价中汲取经验。

-针对教学资源：根据教学效果，调整教学资源的使用，确保教学目标的实现。

6.教学反思：

-教师反思教学过程中的优点和不足，总结教学经验，为今后的教学提供参考。

-教师关注学生的学习需求，根据实际情况调整教学策略，提高教学质量。

7.教学改进措施：

-针对课堂表现：增加课堂互动环节，提高学生的参与度。

-针对小组讨论成果展示：加强小组合作能力的培养，提高学生的团队协作能力。

-针对随堂测试：根据测试结果，调整教学内容和难度，确保学生掌握基础知识。

-针对学生自评与互评：引导学生正确看待他人评价，提高自我认知能力。

-针对教学资源：优化教学资源，提高教学效果。内容逻辑关系1.自动跟踪原理

①基本概念：自动跟踪的定义与作用。

②工作原理：目标检测、目标跟踪、路径规划的基本原理。

2.红外传感器

①工作原理：红外线检测、发射器与接收器。

②应用场景：温度检测、距离测量、物体存在检测。

3.碰撞传感器

①工作原理：压力检测、碰撞识别。

②应用场景：机器人避障、车辆碰撞检测。

4.传感器信号处理

①信号采集：传感器信号的获取。

②信号处理：放大、滤波、数字化等处理方法。

5.编程控制

①编程语言：Arduino、C/C++等。

②控制逻辑：传感器信号读取、处理、输出控制。

6.自动控制系统设计

①系统架构：传感器、控制器、执行器。

②控制策略：PID控制、模糊控制等。

7.项目实践

①设计思路：项目目标、设计方案。

②实施步骤：硬件搭建、编程调试、测试验证。

8.安全注意事项

①传感器安装：固定、避免误操作。

②电路连接：正确连接、防止故障。

③程序调试：观察信号、系统响应。

9.创新