《組建傳感系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

李瑞雪

基于新課標(biāo)的高中信息技術(shù)新教材呼之欲出，各地正在加緊試教新教材。新課程即將帶來教學(xué)內(nèi)容新的變革，也必將帶來教學(xué)方式新的變化。本期解碼，讓我們走進(jìn)一線去采訪、觀摩新課標(biāo)、新教材、新課程背景下的教學(xué)吧。

● 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

教科社《信息系統(tǒng)與社會(huì)》實(shí)驗(yàn)課：《組建傳感系統(tǒng)》。

● 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）通過動(dòng)手組建紅外傳感系統(tǒng)，體驗(yàn)和理解信息系統(tǒng)的工作過程。

（2）通過組建并測試紅外線傳感系統(tǒng)，理解傳感器的組成和工作原理。

（3）利用開源硬件組建超聲波測距警報(bào)系統(tǒng)，體驗(yàn)信息的采集、傳輸、判斷等處理過程。

● 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）組建一個(gè)紅外傳感系統(tǒng)。

（2）組建超聲波測距報(bào)警系統(tǒng)。

（3）組建一個(gè)人體感應(yīng)燈（選做）。

（4）組建一個(gè)溫控風(fēng)扇系統(tǒng)（選做）。

● 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

第一組實(shí)驗(yàn)所需硬件：紅外對射傳感器、馬達(dá)、風(fēng)扇葉、底座、主板、藍(lán)牙模塊、導(dǎo)線若干、結(jié)構(gòu)件若干、螺絲若干、手機(jī)或平板電腦等。

第二組實(shí)驗(yàn)所需硬件：超聲波模塊、有源蜂鳴器、主板、藍(lán)牙模塊、導(dǎo)線若干、結(jié)構(gòu)件若干、螺絲若干、手機(jī)或平板電腦等。

第三組實(shí)驗(yàn)所需硬件：人體感應(yīng)傳感器、LED燈、主板、藍(lán)牙模塊、導(dǎo)線若干、結(jié)構(gòu)件若干、螺絲若干、手機(jī)或平板電腦等。

第四組實(shí)驗(yàn)所需硬件：溫度傳感器、馬達(dá)、風(fēng)扇葉、底座、主板、藍(lán)牙模塊、導(dǎo)線若干、結(jié)構(gòu)件若干、螺絲若干、手機(jī)或平板電腦等。

● 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施

課堂環(huán)節(jié)1：課前準(zhǔn)備（課間10分鐘）

（1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目活動(dòng)：課前感知。

將提前組建好的一個(gè)簡易“智能家居系統(tǒng)”放置于教室門口醒目的位置，該系統(tǒng)有超聲波測距報(bào)警功能。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入教室并與該系統(tǒng)距離較近時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，引導(dǎo)學(xué)生觀察該“智能家居系統(tǒng)”的功能并討論其構(gòu)成。

（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)：體驗(yàn)。

讓學(xué)生一進(jìn)入教室就能親身體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)，引起學(xué)生的好奇，激發(fā)學(xué)生探索學(xué)習(xí)的興趣。

課堂環(huán)節(jié)2：情境導(dǎo)入（5分鐘）

（1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目活動(dòng)：實(shí)物觀察。

師：同學(xué)們，剛剛當(dāng)你進(jìn)入教室時(shí)聽到了什么聲音？這個(gè)聲音是從哪里來的？為什么會(huì)有報(bào)警聲呢？

實(shí)物展示利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器組建的簡易“智能家居系統(tǒng)”，介紹并展示其功能、組成元器件。

項(xiàng)目導(dǎo)入：今天讓我們一起走進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)，變身科技設(shè)計(jì)師，親手創(chuàng)作一個(gè)屬于自己的智能家居系統(tǒng)。

（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)：學(xué)習(xí)引入。

通過實(shí)物展示和視頻展示，讓學(xué)生對智能家居有大致的了解，并導(dǎo)入新課。

課堂環(huán)節(jié)3：自主實(shí)踐，探究新知（20分鐘）

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目活動(dòng)：基礎(chǔ)篇——實(shí)踐出真知。

【實(shí)驗(yàn)一】智能家電：組建一個(gè)紅外傳感系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)要求：利用紅外對射傳感器組建簡單的信息系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)紅外遙控器，完成對風(fēng)扇的控制。探究紅外對射傳感器、馬達(dá)、風(fēng)扇葉等在系統(tǒng)中的功能，總結(jié)整個(gè)信息系統(tǒng)的工作過程。

實(shí)驗(yàn)原理：①信息系統(tǒng)。信息系統(tǒng)是一系列相互關(guān)聯(lián)的對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集（輸入）、操作、存儲(chǔ)（處理）與傳播（輸出），并提供反饋機(jī)制以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的元素或組成部分的集合。信息系統(tǒng)的功能包括信息的輸入、存儲(chǔ)、處理、輸出和控制。②傳感器。傳感器是一種檢測裝置，相當(dāng)于人的感覺器官，對于信息的獲取至關(guān)重要。它能感受到被測量的信息，并將其按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，是信息獲取和信息轉(zhuǎn)換的重要手段，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化測量和自動(dòng)控制的主要環(huán)節(jié)。③紅外線傳感器。紅外線傳感器是光敏傳感器的一種，能夠接收紅外線光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號后輸出。生活中常見的應(yīng)用紅外線傳感器的物件有紅外線遙控器、紅外線體溫計(jì)和自動(dòng)感應(yīng)門等。紅外線遙控器由紅外線發(fā)射管和接收管組成，當(dāng)紅外線發(fā)射管對準(zhǔn)接收管時(shí)，接收管可將接收到的紅外線信號轉(zhuǎn)換成電信號。④馬達(dá)。馬達(dá)能產(chǎn)生動(dòng)力，其工作原理是通過通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的小齒輪帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn)步驟：①組裝線路。自主探究：請?jiān)凇炯佑驼尽恐杏^看微視頻，參照其進(jìn)行線路連接——主控板及藍(lán)牙連接，紅外對射，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊。②編程實(shí)現(xiàn)。自主探究：請?jiān)凇炯佑驼尽恐杏^看微視頻《4.第一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)作品》和《5.第一個(gè)小程序》，參照其進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。③調(diào)試運(yùn)行。電路連接好后，將紅外線發(fā)射器對準(zhǔn)紅外線接收器，發(fā)送信號，觀察此時(shí)風(fēng)扇的狀態(tài);移去紅外線發(fā)射器，觀察此時(shí)風(fēng)扇的狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單填寫：請?zhí)顚憣?shí)驗(yàn)項(xiàng)目單中的相應(yīng)欄目。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)：①紅外對射傳感器是由紅外線發(fā)射管和接收管組成。當(dāng)它們對準(zhǔn)時(shí)，可轉(zhuǎn)換為電信號，狀態(tài)為“是”。因此可利用這一性質(zhì)制作紅外遙控器，當(dāng)對準(zhǔn)時(shí)，控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。②馬達(dá)的安裝比較復(fù)雜，需要先將馬達(dá)固定在支架上，再插上風(fēng)扇葉，利用馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)扇葉的轉(zhuǎn)動(dòng)。

【實(shí)驗(yàn)二】智能安防：組建超聲波測距報(bào)警系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)要求：利用超聲波測距傳感器組建超聲波測距報(bào)警系統(tǒng)，嘗試使用智能主機(jī)來控制、管理傳感信號，并進(jìn)行判斷、處理，以完成報(bào)警功能，探究智能化信息系統(tǒng)的工作原理與工作過程。

實(shí)驗(yàn)原理：超聲波傳感器是一種常用的非接觸式傳感器，利用它可以精確地檢測與障礙物的距離，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)距離的變化做出相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)步驟：①組裝線路，自主探究。請?jiān)凇炯佑驼尽恐杏^看微視頻《6.超聲波測距》，參照其進(jìn)行線路連接。②編程實(shí)現(xiàn)。請結(jié)合自己的理解在APP中寫出程序。③調(diào)試運(yùn)行。通過障礙物、飛行物等測試超聲波測距警報(bào)系統(tǒng)，觀察系統(tǒng)的反應(yīng)，并對照實(shí)驗(yàn)裝置與程序代碼檢測、調(diào)整、完善系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單填寫：請?zhí)顚憣?shí)驗(yàn)項(xiàng)目單中的相應(yīng)欄目。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)：①超聲波是一種一定頻率范圍的聲波，它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質(zhì)的界面處，會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象。利用這一特性，就可以根據(jù)測量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，達(dá)到測量距離的作用。②有的組在實(shí)驗(yàn)過程中雖然線路、編程都無錯(cuò)誤，但調(diào)試運(yùn)行時(shí)，在滿足條件的情況下，蜂鳴器就是不響。這時(shí)應(yīng)該分析實(shí)驗(yàn)不成功的原因，很可能是蜂鳴器接觸不好或壞了。解決辦法是在桌上摔一下，再試一試。

課堂環(huán)節(jié)4：展示評價(jià)，構(gòu)建成果（5分鐘）

成果展示：小組展示其制作的作品，教師評價(jià)，學(xué)生相互評價(jià)。

實(shí)驗(yàn)梳理：梳理實(shí)驗(yàn)一、二中你遇到的問題，反思你學(xué)到了什么。教師提問并總結(jié)以下幾點(diǎn)：①體驗(yàn)并學(xué)會(huì)了小型信息系統(tǒng)的搭建。②理解了信息系統(tǒng)的工作過程。③掌握了紅外對射傳感器和超聲波傳感器的應(yīng)用。④會(huì)區(qū)分判斷輸入傳感器和輸出傳感器。⑤理解了利用智能主機(jī)控制傳感器數(shù)據(jù)的工作原理。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)：實(shí)踐是最好的老師。通過親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)生加深了對傳感器工作原理及功能的理解，更加了解了信息系統(tǒng)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生遇到問題或錯(cuò)誤也不用慌張，關(guān)鍵是學(xué)會(huì)通過分析找出問題或錯(cuò)誤點(diǎn)，并知道如何改正。

課堂環(huán)節(jié)5：情境遷移，深度學(xué)習(xí)（10分鐘）

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目活動(dòng)：提高篇——高手專區(qū)（選做）。

【實(shí)驗(yàn)三】智能小家電：組建一個(gè)人體感應(yīng)燈

實(shí)驗(yàn)要求：利用人體紅外傳感器組建一個(gè)人體感應(yīng)燈，嘗試當(dāng)人靠近時(shí)，燈開;當(dāng)人遠(yuǎn)離時(shí)，燈滅。

實(shí)驗(yàn)原理：人體紅外傳感器被廣泛應(yīng)用于防盜報(bào)警、來客告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)域。

實(shí)驗(yàn)步驟：①組裝線路，自主探究。請?jiān)凇炯佑驼尽恐杏^看微視頻《7.人體紅外》，參照其進(jìn)行線路連接。②編程實(shí)現(xiàn)。請結(jié)合自己的理解在APP中寫出程序。③調(diào)試運(yùn)行。觀察是否人靠近時(shí)，燈亮;人遠(yuǎn)離時(shí)，燈滅。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單填寫：請?zhí)顚憣?shí)驗(yàn)項(xiàng)目單中的相應(yīng)欄目。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)：①人體紅外傳感器雖然是輸入傳感器，但其采集的數(shù)據(jù)反饋回來的只有兩種狀態(tài)——“是”或“否”，這類傳感器稱為“開關(guān)傳感器”。②人體感應(yīng)燈目前在智能家居中應(yīng)用廣泛，如樓道燈、小夜燈等，是智能家居中必不可少的小家電。

【實(shí)驗(yàn)四】智能家電升級版：組建一個(gè)溫控風(fēng)扇系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)要求：利用溫度傳感器組建溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，嘗試使用智能主機(jī)來控制、管理溫度傳感采集的信號，并進(jìn)行判斷、處理，以完成控制風(fēng)扇功能：當(dāng)溫度高時(shí)，風(fēng)扇開;當(dāng)溫度低時(shí)，風(fēng)扇關(guān)。

實(shí)驗(yàn)原理：溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。

實(shí)驗(yàn)步驟：①組裝線路。請根據(jù)自己的理解連接線路。②編程實(shí)現(xiàn)。請結(jié)合自己的理解在APP中寫出程序。③調(diào)試運(yùn)行。通過改變程序設(shè)置的溫度值，觀察系統(tǒng)的反應(yīng)，并對照實(shí)驗(yàn)裝置與程序代碼檢測、調(diào)整、完善系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單填寫：請?zhí)顚憣?shí)驗(yàn)項(xiàng)目單中的相應(yīng)欄目。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)：①這個(gè)實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)一的升級版本，是利用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的自動(dòng)開關(guān)。②這也是現(xiàn)代智能家居中常見的智能家電之一。

課堂環(huán)節(jié)6： 課堂總結(jié)，拓展延伸（5分鐘）

師：今天我們學(xué)習(xí)了物聯(lián)網(wǎng)傳感類信息系統(tǒng)的組建，同學(xué)們也化身科技設(shè)計(jì)師，親手設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智能家居中的一些功能。物聯(lián)改變生活，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展！下面我們以小米智能家居的科技案例來結(jié)束今天的課程。

視頻展示《智能家居小米科技時(shí)代》，一起體驗(yàn)智能家居的魅力。

課堂環(huán)節(jié)7：課后作業(yè)

請結(jié)合本節(jié)課所學(xué)與生活實(shí)際，發(fā)揮自己的想象，完善你的智能家居系統(tǒng)的功能，進(jìn)一步制作出一件優(yōu)秀的創(chuàng)新作品。