2023-2024學年天津市中小學生mixly創(chuàng)意編程 第7課 光控LED燈-教學設計

2023-2024學年天津市中小學生mixly創(chuàng)意編程第7課光控LED燈-教學設計主備人備課成員教材分析2023-2024學年天津市中小學生mixly創(chuàng)意編程第7課“光控LED燈”教學設計，緊密結合課本內(nèi)容，旨在通過實際操作讓學生了解光敏電阻的工作原理，掌握光控LED燈的編程方法。課程設計注重培養(yǎng)學生的邏輯思維和動手能力，通過模擬光控電路實現(xiàn)LED燈的開關控制，與課本知識相輔相成，提高學生創(chuàng)新實踐能力。核心素養(yǎng)目標分析本課旨在培養(yǎng)學生的信息意識、計算思維和問題解決能力。學生將通過光控LED燈的制作，學習如何將實際問題轉化為可編程解決方案，提升編程技能。同時，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力，通過團隊合作和項目實踐，增強問題解決和社會實踐意識。教學難點與重點1.教學重點，

①理解光敏電阻的工作原理，并能將其與LED燈的控制邏輯相結合。

②掌握在Mixly編程環(huán)境中編寫光控LED燈的程序，實現(xiàn)LED燈根據(jù)光線強度變化的控制。

2.教學難點，

①理解光敏電阻的阻值變化與光線強度之間的關系，并能準確地在程序中體現(xiàn)這一變化。

②在編程過程中，能夠靈活運用邏輯判斷語句來控制LED燈的開關，確保程序運行的準確性。

③將光控LED燈的編程與實際電路相結合，解決實際操作中可能出現(xiàn)的連接和調(diào)試問題。學具準備多媒體課型新授課教法學法講授法課時第一課時師生互動設計二次備課教學資源-軟硬件資源：Mixly編程軟件、Arduino或類似的微控制器開發(fā)板、光敏電阻模塊、LED燈模塊、連接線、面包板。

-課程平臺：學校內(nèi)部網(wǎng)絡教學平臺或在線教育平臺。

-信息化資源：與光控LED燈相關的教學視頻、編程案例、技術文檔。

-教學手段：多媒體教學設備（如投影儀、計算機）、實物展示、小組討論、實驗操作指導。教學過程一、導入新課

（教師）同學們，今天我們來學習一節(jié)有趣的編程課——“光控LED燈”。在我們?nèi)粘Ｉ钪校琇ED燈的應用非常廣泛，比如夜燈、警示燈等。今天，我們將通過編程來控制LED燈的開關，讓它根據(jù)光線的變化自動點亮或熄滅。請大家打開電腦，準備好我們的開發(fā)板和編程軟件。

二、新課講授

1.光敏電阻的原理

（教師）首先，我們要了解光敏電阻的工作原理。光敏電阻是一種特殊的電阻，它的阻值會隨著光照強度的變化而變化。當光線較強時，光敏電阻的阻值會減??；當光線較弱時，光敏電阻的阻值會增大。

（學生）老師，那光敏電阻是如何工作的呢？

（教師）光敏電阻內(nèi)部含有一種特殊的半導體材料，當光線照射到這種材料上時，會激發(fā)出更多的自由電子，從而使電阻的阻值發(fā)生變化。

2.Mixly編程環(huán)境

（教師）接下來，我們來熟悉一下Mixly編程環(huán)境。Mixly是一款基于Arduino開發(fā)板的圖形化編程軟件，它可以幫助我們更直觀地編寫程序。

（學生）老師，Mixly有什么特點呢？

（教師）Mixly采用圖形化編程方式，通過拖拽模塊來構建程序，非常容易上手。同時，它還支持代碼編程，可以滿足不同層次學生的學習需求。

3.編程實現(xiàn)光控LED燈

（教師）現(xiàn)在，我們來編寫一個簡單的程序，實現(xiàn)光控LED燈。首先，我們需要將光敏電阻連接到開發(fā)板的A0口，LED燈連接到D13口。

（學生）老師，連接線應該如何連接呢？

（教師）首先，將光敏電阻的一端連接到A0口，另一端連接到GND口。然后，將LED燈的正極連接到D13口，負極連接到GND口。

（教師）接下來，我們開始編寫程序。在Mixly中，我們可以找到“光敏電阻”和“LED”兩個模塊。將“光敏電阻”模塊拖到編程區(qū)域，然后連接到A0口。將“LED”模塊拖到編程區(qū)域，然后連接到D13口。

（學生）老師，程序應該如何編寫呢？

（教師）我們需要將光敏電阻的值與LED燈的狀態(tài)關聯(lián)起來。當光敏電阻的值大于某個閾值時，LED燈點亮；當光敏電阻的值小于閾值時，LED燈熄滅。

（教師）現(xiàn)在，我們編寫一個簡單的程序。首先，讀取光敏電阻的值，然后判斷該值是否大于閾值。如果大于閾值，點亮LED燈；如果小于閾值，熄滅LED燈。

4.調(diào)試與優(yōu)化

（教師）編寫完程序后，我們需要將程序上傳到開發(fā)板，并觀察LED燈的工作情況。如果LED燈沒有按照預期工作，我們需要檢查程序和電路連接是否正確。

（學生）老師，如果LED燈沒有按照預期工作，我們應該如何檢查呢？

（教師）首先，檢查程序中的邏輯是否正確。然后，檢查電路連接是否牢固。如果問題仍然存在，我們可以嘗試調(diào)整閾值，看是否能改善LED燈的工作狀態(tài)。

三、課堂練習

1.實驗一：光控LED燈亮度調(diào)節(jié)

（教師）現(xiàn)在，我們來進行一個實驗，通過調(diào)整光敏電阻的阻值，觀察LED燈亮度的變化。

（學生）老師，我們應該如何調(diào)整光敏電阻的阻值呢？

（教師）我們可以通過改變光敏電阻與電源之間的連接方式來實現(xiàn)。當光敏電阻與電源并聯(lián)時，LED燈亮度較高；當光敏電阻與電源串聯(lián)時，LED燈亮度較低。

2.實驗二：光控LED燈閃爍

（教師）接下來，我們嘗試讓LED燈閃爍。請同學們在程序中添加一個延時模塊，使LED燈每隔一段時間閃爍一次。

（學生）老師，如何實現(xiàn)LED燈的閃爍呢？

（教師）我們可以通過循環(huán)控制LED燈的開關狀態(tài)，使其在點亮和熄滅之間切換。同時，添加一個延時模塊，控制切換的時間間隔。

四、課堂小結

（教師）同學們，今天我們學習了如何通過編程控制光控LED燈。通過這個實驗，我們了解了光敏電阻的工作原理，掌握了Mixly編程環(huán)境的使用方法，并學會了如何編寫簡單的程序來實現(xiàn)光控LED燈的功能。

（學生）老師，我們學會了這么多，感覺編程真有趣！

（教師）是的，編程是一種很有趣的技能。希望大家能夠繼續(xù)努力學習，發(fā)揮自己的創(chuàng)意，創(chuàng)造出更多有趣的作品。

五、課后作業(yè)

1.嘗試編寫一個程序，實現(xiàn)光控LED燈的亮度調(diào)節(jié)。

2.嘗試編寫一個程序，實現(xiàn)光控LED燈的閃爍，并調(diào)整閃爍頻率。

3.嘗試將光控LED燈應用到實際項目中，如制作一個自動感應夜燈。知識點梳理1.光敏電阻的工作原理

-光敏電阻是一種半導體材料，其阻值會隨著光照強度的變化而變化。

-光照強度增強時，光敏電阻的阻值減??；光照強度減弱時，光敏電阻的阻值增大。

-光敏電阻的阻值變化與光照強度的關系是非線性的。

2.Mixly編程環(huán)境介紹

-Mixly是一款基于Arduino開發(fā)板的圖形化編程軟件。

-提供豐富的模塊庫，包括數(shù)字輸入輸出、模擬輸入輸出、定時器、中斷等。

-支持代碼編程，方便學生從圖形化編程過渡到代碼編程。

3.LED燈的基本原理

-LED（發(fā)光二極管）是一種半導體發(fā)光器件。

-當電流通過LED時，電子與空穴復合，釋放出能量，產(chǎn)生光。

-LED具有單向導電性，正向偏置時發(fā)光，反向偏置時不發(fā)光。

4.光控LED燈的程序設計

-讀取光敏電阻的值，將其轉換為光照強度。

-根據(jù)光照強度判斷LED燈的開關狀態(tài)。

-通過編程實現(xiàn)LED燈的點亮和熄滅。

5.程序邏輯與條件判斷

-使用條件判斷語句（如if...else...）根據(jù)光敏電阻的值控制LED燈的開關。

-設置合適的閾值，使LED燈在光照強度達到一定范圍時點亮或熄滅。

6.電路連接與調(diào)試

-了解光敏電阻、LED燈與Arduino開發(fā)板的連接方法。

-熟悉面包板、連接線等電子元件的使用。

-調(diào)試程序，確保LED燈按照預期工作。

7.實驗與項目實踐

-通過實驗加深對光控LED燈原理的理解。

-嘗試將光控LED燈應用到實際項目中，如制作自動感應夜燈。

-培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

8.編程技巧與注意事項

-熟悉Mixly編程環(huán)境中的模塊庫和函數(shù)。

-注意程序的邏輯性和可讀性。

-遵循良好的編程習慣，提高編程效率。

9.安全與環(huán)保

-了解電子產(chǎn)品的安全使用方法。

-關注環(huán)保問題，正確處理電子廢棄物。

10.教育意義

-培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

-提高學生的動手能力和團隊協(xié)作能力。

-激發(fā)學生對編程和電子技術的興趣。重點題型整理1.題型一：光敏電阻阻值與光照強度的關系

-題目：已知光敏電阻在光照強度為100lx時的阻值為10kΩ，請計算光照強度為200lx時的阻值。

-答案：由于光敏電阻的阻值與光照強度呈非線性關系，具體計算公式需要查閱相關資料或實驗數(shù)據(jù)。假設阻值與光照強度成正比，則光照強度為200lx時的阻值為20kΩ。

2.題型二：編寫光控LED燈程序

-題目：編寫一個Mixly程序，當環(huán)境光線較暗時（光敏電阻阻值大于10kΩ），LED燈點亮；光線較亮時（光敏電阻阻值小于10kΩ），LED燈熄滅。

-答案：

```plaintext

//讀取光敏電阻的值

val=analogRead(A0);

//判斷光敏電阻的阻值

if(val>1000){

digitalWrite(13,HIGH);//點亮LED燈

}else{

digitalWrite(13,LOW);//熄滅LED燈

}

```

3.題型三：調(diào)整光控LED燈的閾值

-題目：編寫一個Mixly程序，當環(huán)境光線在某個范圍內(nèi)時（例如光敏電阻阻值在5kΩ到15kΩ之間），LED燈點亮；光線超出范圍時，LED燈熄滅。

-答案：

```plaintext

//讀取光敏電阻的值

val=analogRead(A0);

//判斷光敏電阻的阻值是否在指定范圍內(nèi)

if(val>=500&&val<=1500){

digitalWrite(13,HIGH);//點亮LED燈

}else{

digitalWrite(13,LOW);//熄滅LED燈

}

```

4.題型四：光控LED燈閃爍頻率調(diào)整

-題目：編寫一個Mixly程序，使光控LED燈在光線較暗時（光敏電阻阻值大于10kΩ）以1秒的頻率閃爍；光線較亮時（光敏電阻阻值小于10kΩ）以0.5秒的頻率閃爍。

-答案：

```plaintext

//讀取光敏電阻的值

val=analogRead(A0);

//判斷光敏電阻的阻值

if(val>1000){

//設置1秒的延時

delay(1000);

digitalWrite(13,HIGH);//點亮LED燈

delay(1000);

digitalWrite(13,LOW);//熄滅LED燈

}else{

//設置0.5秒的延時

delay(500);

digitalWrite(13,HIGH);//點亮LED燈

delay(500);

digitalWrite(13,LOW);//熄滅LED燈

}

```

5.題型五：光控LED燈亮度調(diào)節(jié)

-題目：編寫一個Mixly程序，使光控LED燈的亮度隨著環(huán)境光線的變化而變化。光線越暗，LED燈越亮；光線越亮，LED燈越暗。

-答案：

```plaintext

//讀取光敏電阻的值

val=analogRead(A0);

//將光敏電阻的值映射到PWM占空比

pwmValue=map(val,0,1023,0,255);

//設置LED燈的亮度

analogWrite(13,pwmValue);

```板書設計1.光敏電阻工作原理

①光敏電阻

②阻值與光照強度關系

③半導體材料特性

2.Mixly編程環(huán)境

①圖形化編程

②模塊庫介紹

③代碼編程支持

3.LED燈基本