第4单元第13课《忠诚卫士-红外传感器和计数器的应用》-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13课《忠诚卫士--红外传感器和计数器的应用》-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授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容本课为《忠诚卫士--红外传感器和计数器的应用》第4单元第13课，选自清华大学版2012初中信息技术九年级下册教材。内容涉及红外传感器的基本原理和计数器的工作方式，通过实际操作让学生了解红外传感器在生活中的应用，掌握计数器的设计与实现。核心素养目标培养学生的问题解决能力，通过红外传感器和计数器的应用项目，提升学生的逻辑思维、创新意识和实践能力。使学生能够将理论知识与实际操作相结合，提高信息技术的应用能力和创新精神。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在进入九年级之前已经学习了基本的电子技术和编程知识，对电路图、编程语言和简单传感器有一定的了解。他们可能已经接触过基础的计数器电路，但对于红外传感器的工作原理和应用可能较为陌生。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

九年级学生对新事物充满好奇心，对信息技术课程有着较高的学习兴趣。他们的学习能力较强，能够快速掌握新知识。学习风格上，部分学生倾向于动手实践，通过实际操作来理解概念；而另一部分学生可能更偏向于理论学习和逻辑分析。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在学习红外传感器和计数器应用时可能面临以下困难：

-理解红外传感器的工作原理，包括光敏元件和电路设计；

-掌握计数器的编程逻辑，确保其能够正确计数；

-将理论知识与实际电路设计相结合，解决实际问题；

-面对电路故障或编程错误时，能够进行有效的排查和修复。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过讲解红外传感器和计数器的基本原理，为学生提供系统的知识框架。

2.讨论法：组织学生围绕实际问题进行讨论，培养学生的批判性思维和团队合作能力。

3.实验法：引导学生通过实际操作，动手搭建电路，加深对知识的理解和应用。

教学手段：

1.多媒体演示：利用PPT展示红外传感器和计数器的结构图和原理图，帮助学生直观理解。

2.实验平台：使用实验室的传感器和计数器实验设备，让学生亲自动手实践。

3.在线资源：推荐相关教学视频和在线教程，扩展学生的学习资源。教学过程一、导入新课

（老师）同学们，今天我们要学习的是《忠诚卫士--红外传感器和计数器的应用》。在日常生活中，我们经常接触到各种传感器，它们是如何工作的呢？今天，我们就来揭开红外传感器的神秘面纱，并学习如何利用计数器来记录传感器检测到的物体数量。

二、新课导入

（老师）首先，让我们回顾一下之前学过的传感器知识。传感器是一种能够将非电学量转换为电学量的装置，而红外传感器就是其中的一种。它利用红外线来检测物体的存在。接下来，我们将重点学习红外传感器的工作原理及其在计数器中的应用。

三、红外传感器的工作原理

（老师）同学们，红外传感器是如何工作的呢？请看大屏幕，这里有一张红外传感器的结构图。红外传感器主要由红外发射器、红外接收器和信号处理电路组成。当红外发射器发射的红外线遇到物体时，部分红外线会被反射回来，红外接收器接收到反射回来的红外线后，将其转换为电信号。如果红外线被物体阻挡，接收器接收到的信号会发生变化，从而实现检测。

（学生）我明白了，红外传感器通过发射和接收红外线来检测物体的存在。

（老师）很好，接下来我们通过一个简单的实验来验证红外传感器的工作原理。请同学们按照实验步骤操作，注意观察红外传感器在检测物体时的变化。

四、计数器的设计与实现

（老师）现在我们已经了解了红外传感器的工作原理，接下来我们要学习如何利用计数器来记录传感器检测到的物体数量。计数器是一种能够记录输入脉冲个数的电路。在计数器的设计中，我们需要考虑以下几个要点：

1.计数器的类型：根据实际需求选择合适的计数器类型，如二进制计数器、十进制计数器等。

2.计数器的容量：根据检测到的物体数量，确定计数器的容量，确保计数器能够记录所有数据。

3.计数器的复位：当计数器达到最大值时，需要将其复位，以便重新开始计数。

（学生）明白了，计数器的作用是记录物体数量，我们需要根据实际需求选择合适的计数器类型和容量。

（老师）很好，下面我们通过一个实际案例来学习计数器的设计与实现。请同学们认真观察大屏幕上的电路图，分析电路的工作原理，并尝试搭建一个简单的计数器电路。

五、课堂练习

（老师）同学们，现在请你们分成小组，根据刚才学到的知识，尝试设计一个能够记录通过一定距离的车辆数量的计数器。在设计中，要考虑红外传感器、计数器电路和电路的连接方式。每组请派一名代表上来展示你们的成果，并说明设计思路。

（学生）好的，我们小组已经设计出了一个能够记录车辆数量的计数器。我们使用了红外传感器来检测车辆，当车辆通过时，红外传感器会发出一个脉冲信号，然后通过计数器电路来记录车辆数量。

六、总结与反思

（老师）同学们，今天我们学习了红外传感器和计数器的应用。通过本节课的学习，我们了解到红外传感器在生活中的广泛应用，以及计数器在记录物体数量方面的作用。在今后的学习中，希望大家能够将所学知识运用到实际生活中，发挥传感器的优势，解决实际问题。

（学生）谢谢老师，我们一定会努力将所学知识应用到实际中。

（老师）好的，今天的课程就到这里。课后请同学们复习今天所学内容，并思考如何将红外传感器和计数器应用到其他领域。下课！拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《红外传感器技术与应用》：这本书详细介绍了红外传感器的工作原理、分类、应用领域以及未来发展趋势。通过阅读这本书，学生可以更深入地了解红外传感器的技术背景和实际应用。

-《计数器电路设计与应用》：这本书主要讲解了计数器电路的设计原理、种类、工作原理以及在实际工程中的应用。学生可以通过阅读这本书，掌握计数器电路的设计方法和实际应用案例。

-《传感器技术在智能家居中的应用》：这本书探讨了传感器技术在智能家居系统中的应用，包括环境监测、安全监控、智能控制等方面。学生可以通过阅读这本书，了解传感器技术在生活中的实际应用。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-设计一个基于红外传感器的智能门禁系统，要求系统能够记录进出人员数量，并在超出预设人数时发出警报。

-利用红外传感器和计数器设计一个自动停车场管理系统，实现车辆进出自动计数、显示空闲车位数量等功能。

-研究红外传感器在智能交通系统中的应用，如车流量检测、行人过街提示等。

-探索红外传感器在农业领域的应用，如作物生长监测、病虫害防治等。

-设计一个基于红外传感器的机器人，使其能够避开障碍物、实现路径规划等功能。

-学习其他类型的传感器（如超声波传感器、温度传感器等），并研究它们在不同领域的应用。

-结合所学知识，设计一个综合性项目，将红外传感器、计数器和其他相关技术应用到实际场景中，如智能图书馆、智能商场等。教学反思与改进教学反思与改进是每一位教师不断进步的重要环节。在刚刚结束的《忠诚卫士--红外传感器和计数器的应用》这一课中，我有一些深刻的反思和改进的想法。

首先，我注意到在讲解红外传感器的工作原理时，有些学生表现出了一定的困惑。虽然我已经尽量用简单易懂的语言来解释，但可能还是未能完全满足所有学生的需求。因此，我计划在未来的教学中，准备一些直观的演示视频或者实物模型，让学生能够更加直观地理解红外传感器的工作过程。

其次，学生在动手实践环节中遇到了一些技术问题，比如电路连接错误、编程调试困难等。这些问题的出现让我意识到，我们需要在课前对学生的技术水平有一个更准确的评估，以便提前准备相应的技术支持。未来，我会在课程开始前进行一次技术能力的小测试，根据测试结果来调整教学难度和进度。

在讨论环节，我发现学生的参与度并不是很高，有些学生可能因为害羞或者对讨论不感兴趣而保持沉默。为了激发学生的讨论热情，我打算在接下来的课程中引入一些小组竞赛机制，比如看哪个小组能够最快最准确地完成设计任务，这样可以增加学生的竞争意识和团队协作能力。

在课后作业的布置上，我发现了一些问题。有些学生能够很好地完成基本的设计任务，但有些学生则无法将所学知识应用到更复杂的场景中。为了解决这个问题，我计划在布置作业时提供一些开放性的问题，鼓励学生发挥创造性思维，同时也会给出一些参考案例，帮助学生拓展思路。

此外，我在教学过程中也意识到了多媒体教学手段的重要性。虽然我们使用了PPT和视频，但我觉得还可以进一步利用一些互动式的教学软件，比如在线编程工具或者虚拟实验室，让学生在虚拟环境中进行实验，这样可以减少实际操作中的风险，同时也能够提高学生的学习兴趣。

最后，我想要改进的是课堂时间的分配。有时候，我在讲解某个知识点时可能会花费过多时间，导致其他内容的教学时间不足。为了解决这个问题，我会在课前进行更细致的时间规划，确保每个知识点都有足够的时间进行讲解和实践。教学评价与反馈1.课堂表现：

在《忠诚卫士--红外传感器和计数器的应用》这一课中，学生的课堂表现总体积极。大部分学生能够集中注意力，认真听讲，并在遇到问题时主动提问。在实验操作环节，学生们表现出较强的动手能力，能够按照步骤完成电路搭建和编程工作。

2.小组讨论成果展示：

小组讨论环节中，学生们能够积极参与，各抒己见。在讨论如何设计一个能够记录通过一定距离的车辆数量的计数器时，学生们提出了多种设计方案，包括使用不同的传感器和计数器组合。最终，每个小组都展示了他们的设计思路和实现方法，展示了良好的团队合作精神。

3.随堂测试：

随堂测试主要考察学生对红外传感器和计数器应用的理解。测试结果显示，学生们对红外传感器的工作原理掌握较好，但在计数器电路设计和编程方面仍有待提高。测试中，部分学生能够正确回答基本概念题，但在实际应用题上表现一般。

4.学生自评与互评：

学生们在课后进行了自我评价和互评。在自我评价中，学生们能够认识到自己的优点和不足，如部分学生认为自己在动手操作方面较为熟练，但在理论知识方面还有待加强。在互评中，学生们能够公正地评价同伴的表现，提出了建设性的意见。

5.教师评价与反馈：

针对学生课堂表现和随堂测试结果，我将进行以下评价与反馈：

-对课堂表现积极的学生给予肯定，鼓励他们在今后的学习中继续保持。

-对于在实验操作和编程方面遇到困难的学生，我将提供个别辅导，帮助他们克服技术难题。

-针对随堂测试中暴露的问题，我将重新组织教学内容，加强学生对计数器电路设计和编程的学习。

-我将鼓励学生进行更多的实践操作，通过实际项目来提高他们的技术应用能力。

-我将定期检查学生的学习进度，并根据学生的反馈调整教学策略，确保教学效果。典型例题讲解1.例题：

设计一个简单的红外传感器车辆计数器，要求当车辆通过红外传感器时，计数器能够增加计数。

答案：

-选择合适的红外传感器模块。

-设计电路图，将红外传感器与计数器模块连接。

-编写程序，设置计数器模块在车辆通过时增加计数。

2.例题：

有一辆小车在直线轨道上行驶，需要通过红外传感器来检测其行驶的距离。已知小车的速度为1米/秒，红外传感器每隔1米有一个检测点。

答案：

-选择一个能够提供距离信号的红外传感器。

-设计电路图，将红外传感器与计数器模块连接，并设置计数器模块每检测到一次信号增加1。

-编写程序，使计数器模块能够实时显示小车的行驶距离。

3.例题：

设计一个门禁系统，当有人通过门时，系统会自动记录通过人数，并在达到预设人数时发出警报。

答案：

-选择一个能够检测人员通过的红外传感器。

-设计电路图，将红外传感器与计数器模块和警报装置连接。

-编写程序，设置计数器模块在检测到人员通过时增加计数，并在计数达到预设值时触发警报。

4.例题：

某个仓库需要检测货物的进出，要求系统能够记录货物的进出次数，并在达到预设次数时发出警告。

答案：

-选择一个能够检测货物通过的红外传感器。

-设计电路图，将红外传感器与计数器模块和警告装置连接。

-编写程序，设置计数器模块在检测到货物通过时增加计数，并在计数达到预设值时触发警告。

5.例题：

设计一个自动停车场管理系统，要求系统能够记录车辆进出次数，并在显示空闲车位的同时，记录车辆停留时间。

答案：

-选择一个能够检测车辆通过的红外传感器。

-设计电路图，将红外传感器与计数器模块、显示屏和计时器模块连接。

-编写程序，设置计数器模块记录车辆进出次数，显示屏显示空闲车位，计时器模块记录车辆停留