第4單元第13課《忠誠衛(wèi)士-紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計 2023-2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊001

第4單元第13課《忠誠衛(wèi)士--紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊科目授課時間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級、授課課時授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）第4單元第13課《忠誠衛(wèi)士--紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊教學(xué)內(nèi)容第4單元第13課《忠誠衛(wèi)士--紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計，2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級下冊。本節(jié)課主要內(nèi)容包括紅外傳感器的工作原理、紅外傳感器與計數(shù)器的連接方式、紅外傳感器在計數(shù)器中的應(yīng)用實例等。通過實際操作，使學(xué)生掌握紅外傳感器的基本應(yīng)用，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生信息意識，理解紅外傳感器在信息技術(shù)中的應(yīng)用價值；提升計算思維，通過編程實現(xiàn)紅外傳感器的計數(shù)功能；增強(qiáng)問題解決能力，通過設(shè)計紅外傳感器計數(shù)系統(tǒng)解決實際問題；強(qiáng)化實踐創(chuàng)新能力，通過動手實踐，探索紅外傳感器與計數(shù)器的多種應(yīng)用場景。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：

學(xué)生在進(jìn)入本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了計算機(jī)基本操作、簡單編程基礎(chǔ)以及電子元件的基本知識。他們能夠理解編程語言的基本語法，熟悉基本的邏輯結(jié)構(gòu)，如循環(huán)和條件語句。此外，學(xué)生對傳感器的基本概念有一定的了解，如光敏傳感器、溫度傳感器等。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

九年級學(xué)生對信息技術(shù)課程普遍感興趣，尤其對實踐操作和應(yīng)用型內(nèi)容更感興趣。他們在學(xué)習(xí)能力上具備一定的邏輯思維和動手能力，能夠通過觀察和實驗來學(xué)習(xí)新知識。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，學(xué)生既有獨立學(xué)習(xí)者，也有偏好小組合作的學(xué)習(xí)者。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

學(xué)生在理解紅外傳感器的工作原理時可能會遇到困難，因為涉及到物理原理和電子電路知識。編程實現(xiàn)紅外傳感器計數(shù)功能時，學(xué)生可能對代碼邏輯和傳感器控制不夠熟悉，導(dǎo)致程序編寫錯誤。此外，學(xué)生在設(shè)計和實現(xiàn)紅外傳感器計數(shù)系統(tǒng)時，可能會遇到硬件連接和調(diào)試的問題，需要教師及時指導(dǎo)和幫助。教學(xué)資源-軟硬件資源：紅外傳感器模塊、計數(shù)器模塊、連接線、面包板、電源供應(yīng)器、計算機(jī)（用于編程和展示）

-課程平臺：學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，用于發(fā)布教學(xué)資料和在線交流

-信息化資源：紅外傳感器工作原理視頻、計數(shù)器編程教程、相關(guān)案例設(shè)計文檔

-教學(xué)手段：實物演示、小組討論、編程軟件（如ArduinoIDE）、在線編程平臺（如C）教學(xué)實施過程1.課前自主探索

教師活動：

-發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過在線平臺或班級微信群，發(fā)布預(yù)習(xí)資料（如PPT、視頻、文檔等），明確預(yù)習(xí)目標(biāo)和要求。

-設(shè)計預(yù)習(xí)問題：圍繞紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用，設(shè)計一系列具有啟發(fā)性和探究性的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，如“如何設(shè)計一個簡單的紅外計數(shù)器？”

-監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：利用平臺功能或?qū)W生反饋，監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)進(jìn)度，確保預(yù)習(xí)效果。

學(xué)生活動：

-自主閱讀預(yù)習(xí)資料：按照預(yù)習(xí)要求，自主閱讀預(yù)習(xí)資料，理解紅外傳感器的工作原理和計數(shù)器的基本功能。

-思考預(yù)習(xí)問題：針對預(yù)習(xí)問題，進(jìn)行獨立思考，記錄自己的理解和疑問。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主思考，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。

-信息技術(shù)手段：利用在線平臺、微信群等，實現(xiàn)預(yù)習(xí)資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

-幫助學(xué)生提前了解紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

-培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨立思考能力。

2.課中強(qiáng)化技能

教師活動：

-導(dǎo)入新課：通過實際案例（如停車場自動計數(shù)系統(tǒng)），引出紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

-講解知識點：詳細(xì)講解紅外傳感器的工作原理和計數(shù)器的編程方法，結(jié)合實際操作步驟進(jìn)行講解。

-組織課堂活動：設(shè)計小組合作，讓學(xué)生分組設(shè)計并搭建紅外計數(shù)器模型。

學(xué)生活動：

-聽講并思考：認(rèn)真聽講，積極思考老師提出的問題。

-參與課堂活動：積極參與小組討論和搭建模型，體驗紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用。

教學(xué)方法/手段/資源：

-講授法：通過詳細(xì)講解，幫助學(xué)生理解紅外傳感器和計數(shù)器的知識點。

-實踐活動法：設(shè)計實踐活動，讓學(xué)生在實踐中掌握紅外傳感器和計數(shù)器的應(yīng)用技能。

-合作學(xué)習(xí)法：通過小組討論等活動，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和溝通能力。

作用與目的：

-幫助學(xué)生深入理解紅外傳感器和計數(shù)器的知識點，掌握應(yīng)用技能。

-通過實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決問題的能力。

-通過合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

-布置作業(yè)：布置設(shè)計一個簡單的紅外計數(shù)器系統(tǒng)，要求學(xué)生獨立完成。

-提供拓展資源：提供與紅外傳感器和計數(shù)器應(yīng)用相關(guān)的拓展資料，如相關(guān)的技術(shù)文章、案例研究等。

學(xué)生活動：

-完成作業(yè)：認(rèn)真完成老師布置的作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

-拓展學(xué)習(xí)：利用老師提供的拓展資源，進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和思考。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。

-反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)。

作用與目的：

-鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的紅外傳感器和計數(shù)器的知識點和技能。

-通過拓展學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的知識視野和思維方式。

-通過反思總結(jié)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進(jìn)建議，促進(jìn)自我提升。知識點梳理1.紅外傳感器的基本原理

-紅外傳感器的工作原理：利用紅外線發(fā)射和接收的原理，檢測物體的存在或運(yùn)動。

-紅外傳感器的類型：光電型、熱型、反射型等。

-紅外傳感器的特點：響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸式檢測等。

2.計數(shù)器的基本原理

-計數(shù)器的定義：用于計數(shù)輸入脈沖的電子設(shè)備。

-計數(shù)器的類型：二進(jìn)制計數(shù)器、十進(jìn)制計數(shù)器、可逆計數(shù)器等。

-計數(shù)器的功能：計數(shù)、定時、分頻等。

3.紅外傳感器與計數(shù)器的連接方式

-紅外傳感器與計數(shù)器的接口：數(shù)字接口、模擬接口等。

-紅外傳感器與計數(shù)器的連接方法：直接連接、通過中間電路連接等。

-紅外傳感器與計數(shù)器的信號處理：信號放大、濾波、整形等。

4.紅外傳感器在計數(shù)器中的應(yīng)用實例

-紅外傳感器在自動計數(shù)器中的應(yīng)用：如停車場自動計數(shù)系統(tǒng)、生產(chǎn)線自動計數(shù)等。

-紅外傳感器在運(yùn)動檢測中的應(yīng)用：如運(yùn)動檢測報警系統(tǒng)、運(yùn)動軌跡跟蹤等。

-紅外傳感器在安全防護(hù)中的應(yīng)用：如紅外線防盜報警系統(tǒng)、紅外線人體感應(yīng)器等。

5.紅外傳感器與計數(shù)器的編程方法

-計數(shù)器的編程語言：C語言、Python等。

-計數(shù)器的編程步驟：初始化計數(shù)器、設(shè)置計數(shù)器工作模式、讀取計數(shù)器值等。

-紅外傳感器的編程方法：設(shè)置紅外傳感器工作模式、讀取紅外傳感器信號、處理紅外傳感器數(shù)據(jù)等。

6.紅外傳感器與計數(shù)器的調(diào)試與優(yōu)化

-調(diào)試方法：調(diào)整紅外傳感器與計數(shù)器的連接參數(shù)、優(yōu)化編程算法等。

-優(yōu)化方法：提高計數(shù)精度、降低誤計數(shù)率、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。

7.紅外傳感器與計數(shù)器的實際應(yīng)用案例

-案例一：停車場自動計數(shù)系統(tǒng)

-系統(tǒng)組成：紅外傳感器、計數(shù)器、控制器、顯示屏等。

-工作原理：車輛進(jìn)出停車場時，紅外傳感器檢測到車輛，計數(shù)器自動計數(shù)，控制器將計數(shù)結(jié)果顯示在顯示屏上。

-案例二：生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)

-系統(tǒng)組成：紅外傳感器、計數(shù)器、控制器、報警器等。

-工作原理：生產(chǎn)線上的產(chǎn)品經(jīng)過紅外傳感器時，計數(shù)器自動計數(shù)，當(dāng)產(chǎn)品數(shù)量達(dá)到設(shè)定值時，報警器發(fā)出警報。

8.紅外傳感器與計數(shù)器的未來發(fā)展

-技術(shù)發(fā)展趨勢：集成化、智能化、小型化等。

-應(yīng)用領(lǐng)域拓展：智能交通、智能家居、工業(yè)自動化等。課堂1.課堂提問評價

-提問方式：通過隨機(jī)提問、小組討論、問題解答等方式，評價學(xué)生對紅外傳感器和計數(shù)器應(yīng)用知識的掌握程度。

-評價內(nèi)容：學(xué)生的回答準(zhǔn)確性、邏輯性、創(chuàng)新性以及與同學(xué)互動情況。

-評價實施：教師根據(jù)學(xué)生的回答給出即時反饋，對于回答正確或提出有創(chuàng)意觀點的學(xué)生給予表揚(yáng)，對于回答錯誤或不完整的學(xué)生給予耐心指導(dǎo)。

2.觀察評價

-觀察內(nèi)容：學(xué)生在課堂上的參與度、操作技能、團(tuán)隊合作能力以及解決問題的能力。

-評價實施：教師通過觀察學(xué)生的實際操作，評估學(xué)生在實際應(yīng)用紅外傳感器和計數(shù)器時的技能水平。

-評價記錄：教師記錄學(xué)生的表現(xiàn)，包括操作熟練度、錯誤類型和改進(jìn)空間。

3.小組合作評價

-合作內(nèi)容：分組設(shè)計并搭建紅外計數(shù)器模型，共同解決問題。

-評價標(biāo)準(zhǔn)：小組成員之間的溝通協(xié)調(diào)、分工合作、解決問題的效率和質(zhì)量。

-評價實施：教師觀察小組合作過程中的互動，評估學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。

4.實驗操作評價

-操作內(nèi)容：學(xué)生獨立完成紅外傳感器和計數(shù)器的連接與調(diào)試。

-評價標(biāo)準(zhǔn)：操作步驟的正確性、操作的熟練度、解決問題的能力。

-評價實施：教師現(xiàn)場觀察學(xué)生的實驗操作，評估學(xué)生的動手能力和實踐技能。

5.課堂測試評價

-測試內(nèi)容：紅外傳感器和計數(shù)器的基本原理、連接方式、編程方法等。

-評價標(biāo)準(zhǔn)：測試成績、答題速度、答題準(zhǔn)確性。

-評價實施：通過課堂小測驗或隨堂測試，評估學(xué)生對知識的掌握情況。

6.反饋與改進(jìn)

-教師反饋：課后對學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，指出優(yōu)點和不足，提出改進(jìn)建議。

-學(xué)生反饋：鼓勵學(xué)生提出自己的疑問和困難，教師根據(jù)反饋調(diào)整教學(xué)策略。

-教學(xué)改進(jìn)：根據(jù)課堂評價結(jié)果，教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法，以提高教學(xué)效果。

7.作業(yè)評價

-作業(yè)內(nèi)容：設(shè)計并實現(xiàn)一個簡單的紅外計數(shù)器系統(tǒng)。

-評價標(biāo)準(zhǔn)：作業(yè)的完整性、功能的實現(xiàn)程度、代碼的規(guī)范性、創(chuàng)新性。

-評價實施：教師對學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行認(rèn)真批改和點評，及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，鼓勵學(xué)生繼續(xù)努力。

8.綜合評價

-綜合評價內(nèi)容：學(xué)生的課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、實驗操作能力、小組合作表現(xiàn)等。

-評價實施：將課堂評價、作業(yè)評價、實驗操作評價等結(jié)果綜合起來，對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行全面評價。板書設(shè)計①紅外傳感器

-工作原理：紅外發(fā)射與接收

-類型：光電型、熱型、反射型

-特點：響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸式檢測

②計數(shù)器

-定義：計數(shù)輸入脈沖的電子設(shè)備

-類型：二進(jìn)制計數(shù)器、十進(jìn)制計數(shù)器、可逆計數(shù)器

-功能：計數(shù)、定時、分頻

③紅外傳感器與計數(shù)器的連接

-接口：數(shù)字接口、模擬接口

-連接方法：直接連接、通過中間電路連接

-信號處理：信號放大、濾波、整形

④紅外傳感器在計數(shù)器中的應(yīng)用

-自動計數(shù)器：停車場、生產(chǎn)線

-運(yùn)動檢測：報警系統(tǒng)、軌跡跟蹤

-安全防護(hù)：防盜報警、人體感應(yīng)

⑤編程方法

-編程語言：C語言、Python

-編程步驟：初始化、設(shè)置工作模式、讀取值

-編程方法：設(shè)置工作模式、讀取信號、處理數(shù)據(jù)

⑥調(diào)試與優(yōu)化

-調(diào)試方法：調(diào)整連接參數(shù)、優(yōu)化編程算法

-優(yōu)化方法：提高計數(shù)精度、降低誤計數(shù)率、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

⑦實際應(yīng)用案例

-停車場自動計數(shù)系統(tǒng)

-生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)

-紅外線防盜報警系統(tǒng)

⑧未來發(fā)展趨勢

-技術(shù)發(fā)展趨勢：集成化、智能化、小型化

-應(yīng)用領(lǐng)域拓展：智能交通、智能家居、工業(yè)自動化課后作業(yè)1.設(shè)計一個簡單的紅外傳感器計數(shù)系統(tǒng)，用于測量通過某個通道的行人數(shù)量。請繪制系統(tǒng)框圖，并說明每個組件的作用。

系統(tǒng)框圖：

-紅外傳感器（用于檢測行人）

-計數(shù)器（用于計數(shù)）

-顯示屏（用于顯示計數(shù)結(jié)果）

組件作用：

-紅外傳感器：檢測行人通過時產(chǎn)生的遮擋，產(chǎn)生脈沖信號。

-計數(shù)器：接收紅外傳感器的脈沖信號，進(jìn)行計數(shù)。

-顯示屏：顯示計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果。

2.編寫一個簡單的Python程序，使用Arduino編程環(huán)境控制一個紅外傳感器和一個計數(shù)器，實現(xiàn)行人的計數(shù)功能。

程序示例：

```python

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

#設(shè)置GPIO引腳

sensor_pin=17

counter_pin=27

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(sensor_pin,GPIO.IN)

GPIO.setup(counter_pin,GPIO.OUT)

try:

whileTrue:

ifGPIO.input(sensor_pin):

GPIO.output(counter_pin,GPIO.HIGH)

time.sleep(0.1)

GPIO.output(counter_pin,GPIO.LOW)

exceptKeyboardInterrupt:

GPIO.cleanup()

```

3.設(shè)計一個紅外傳感器控制的智能門禁系統(tǒng)。當(dāng)有人靠近時，門禁系統(tǒng)自動開啟，一段時間后自動關(guān)閉。

設(shè)計要求：

-紅外傳感器：用于檢測有人靠近。

-控制電路：用于控制門的開啟和關(guān)閉。

-時間控制：設(shè)置一個延時，在一段時間后自動關(guān)閉門。

4.編寫一個程序，使用紅外傳感器檢測物體距離，并將距離值顯示在LCD屏幕上。

程序示例：

```python

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

importAdafruit_CharLCDasLCD

#設(shè)置GPIO引腳

sensor_pin=17

lcd_rs=25

lcd_en=24

lcd_d4=23

lcd_d5=18

lcd_d6=15

lcd_d7=14

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(sensor_pin,GPIO.IN)

lcd=LCD.Adafruit_CharLCD(lcd_rs,lcd_en,lcd_d4,lcd_d5,lcd_d6,lcd_d7)

try:

whileTrue:

distance=read_distance(sensor_pin)

lcd.clear()

lcd.message('Distance:{}cm'.format(distance))

exceptKeyboardInterrupt:

GPIO.cleanup()

```

5.設(shè)計一個基于紅外傳感器的智能家居控制系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能：

-自動開關(guān)燈：當(dāng)有人進(jìn)入房間時，燈光自動開啟，無人時自動關(guān)閉。

-自動調(diào)節(jié)溫度：根據(jù)環(huán)境溫度和用戶設(shè)定，自動調(diào)節(jié)空調(diào)或暖氣。

設(shè)計要求：

-紅外傳感器：用于檢測人是否在房間內(nèi)。

-控制電路：用于控制燈光和溫度調(diào)節(jié)設(shè)備。

-界面設(shè)計：設(shè)計一個簡單的用戶界面，用于顯示狀態(tài)和控制設(shè)置。

答案略。以上作業(yè)旨在幫助學(xué)生鞏固課堂所學(xué)知識，提高動手實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。反思改進(jìn)措施反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.實踐教學(xué)結(jié)合：在教學(xué)過程中，我注重將理論知識與實踐操作相結(jié)合，讓學(xué)生通過動手實驗來加深對紅外傳感器和計數(shù)器應(yīng)用的理解。例如，通過讓學(xué)生設(shè)計