《组建传感系统》实验项目学习设计

李瑞雪

基于新课标的高中信息技术新教材呼之欲出，各地正在加紧试教新教材。新课程即将带来教学内容新的变革，也必将带来教学方式新的变化。本期解码，让我们走进一线去采访、观摩新课标、新教材、新课程背景下的教学吧。

● 实验项目

教科社《信息系统与社会》实验课：《组建传感系统》。

● 实验目的

（1）通过动手组建红外传感系统，体验和理解信息系统的工作过程。

（2）通过组建并测试红外线传感系统，理解传感器的组成和工作原理。

（3）利用开源硬件组建超声波测距警报系统，体验信息的采集、传输、判断等处理过程。

● 实验内容

（1）组建一个红外传感系统。

（2）组建超声波测距报警系统。

（3）组建一个人体感应灯（选做）。

（4）组建一个温控风扇系统（选做）。

● 实验设备

第一组实验所需硬件：红外对射传感器、马达、风扇叶、底座、主板、蓝牙模块、导线若干、结构件若干、螺丝若干、手机或平板电脑等。

第二组实验所需硬件：超声波模块、有源蜂鸣器、主板、蓝牙模块、导线若干、结构件若干、螺丝若干、手机或平板电脑等。

第三组实验所需硬件：人体感应传感器、LED灯、主板、蓝牙模块、导线若干、结构件若干、螺丝若干、手机或平板电脑等。

第四组实验所需硬件：温度传感器、马达、风扇叶、底座、主板、蓝牙模块、导线若干、结构件若干、螺丝若干、手机或平板电脑等。

● 实验项目学习实施

课堂环节1：课前准备（课间10分钟）

（1）实验项目活动：课前感知。

将提前组建好的一个简易“智能家居系统”放置于教室门口醒目的位置，该系统有超声波测距报警功能。当学生进入教室并与该系统距离较近时，蜂鸣器报警，引导学生观察该“智能家居系统”的功能并讨论其构成。

（2）实验项目指导：体验。

让学生一进入教室就能亲身体验物联网传感系统，引起学生的好奇，激发学生探索学习的兴趣。

课堂环节2：情境导入（5分钟）

（1）实验项目活动：实物观察。

师：同学们，刚刚当你进入教室时听到了什么声音？这个声音是从哪里来的？为什么会有报警声呢？

实物展示利用物联网传感器组建的简易“智能家居系统”，介绍并展示其功能、组成元器件。

项目导入：今天让我们一起走进物联网，变身科技设计师，亲手创作一个属于自己的智能家居系统。

（2）实验项目指导：学习引入。

通过实物展示和视频展示，让学生对智能家居有大致的了解，并导入新课。

课堂环节3：自主实践，探究新知（20分钟）

实验项目活动：基础篇——实践出真知。

【实验一】智能家电：组建一个红外传感系统

实验要求：利用红外对射传感器组建简单的信息系统，设计一个红外遥控器，完成对风扇的控制。探究红外对射传感器、马达、风扇叶等在系统中的功能，总结整个信息系统的工作过程。

实验原理：①信息系统。信息系统是一系列相互关联的对数据和信息进行收集（输入）、操作、存储（处理）与传播（输出），并提供反馈机制以实现其目标的元素或组成部分的集合。信息系统的功能包括信息的输入、存储、处理、输出和控制。②传感器。传感器是一种检测装置，相当于人的感觉器官，对于信息的获取至关重要。它能感受到被测量的信息，并将其按照一定规律转换为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，是信息获取和信息转换的重要手段，是实现现代化测量和自动控制的主要环节。③红外线传感器。红外线传感器是光敏传感器的一种，能够接收红外线光信号并将其转换成电信号后输出。生活中常见的应用红外线传感器的物件有红外线遥控器、红外线体温计和自动感应门等。红外线遥控器由红外线发射管和接收管组成，当红外线发射管对准接收管时，接收管可将接收到的红外线信号转换成电信号。④马达。马达能产生动力，其工作原理是通过通电线圈在磁场中受力转动带动转子旋转，转子上的小齿轮带动飞轮旋转。

实验步骤：①组装线路。自主探究：请在【加油站】中观看微视频，参照其进行线路连接——主控板及蓝牙连接，红外对射，马达驱动模块。②编程实现。自主探究：请在【加油站】中观看微视频《4.第一个物联网作品》和《5.第一个小程序》，参照其进行编程实现。③调试运行。电路连接好后，将红外线发射器对准红外线接收器，发送信号，观察此时风扇的状态;移去红外线发射器，观察此时风扇的状态。

实验项目单填写：请填写实验项目单中的相应栏目。

实验项目指导：①红外对射传感器是由红外线发射管和接收管组成。当它们对准时，可转换为电信号，状态为“是”。因此可利用这一性质制作红外遥控器，当对准时，控制马达转动。②马达的安装比较复杂，需要先将马达固定在支架上，再插上风扇叶，利用马达的转动带动风扇叶的转动。

【实验二】智能安防：组建超声波测距报警系统

实验要求：利用超声波测距传感器组建超声波测距报警系统，尝试使用智能主机来控制、管理传感信号，并进行判断、处理，以完成报警功能，探究智能化信息系统的工作原理与工作过程。

实验原理：超声波传感器是一种常用的非接触式传感器，利用它可以精确地检测与障碍物的距离，从而实现根据距离的变化做出相应的动作反应。

实验步骤：①组装线路，自主探究。请在【加油站】中观看微视频《6.超声波测距》，参照其進行线路连接。②编程实现。请结合自己的理解在APP中写出程序。③调试运行。通过障碍物、飞行物等测试超声波测距警报系统，观察系统的反应，并对照实验装置与程序代码检测、调整、完善系统。

实验项目单填写：请填写实验项目单中的相应栏目。

实验项目指导：①超声波是一种一定频率范围的声波，它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在不同媒质的界面处，会产生反射现象。利用这一特性，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，达到测量距离的作用。②有的组在实验过程中虽然线路、编程都无错误，但调试运行时，在满足条件的情况下，蜂鸣器就是不响。这时应该分析实验不成功的原因，很可能是蜂鸣器接触不好或坏了。解决办法是在桌上摔一下，再试一试。

课堂环节4：展示评价，构建成果（5分钟）

成果展示：小组展示其制作的作品，教师评价，学生相互评价。

实验梳理：梳理实验一、二中你遇到的问题，反思你学到了什么。教师提问并总结以下几点：①体验并学会了小型信息系统的搭建。②理解了信息系统的工作过程。③掌握了红外对射传感器和超声波传感器的应用。④会区分判断输入传感器和输出传感器。⑤理解了利用智能主机控制传感器数据的工作原理。

实验项目指导：实践是最好的老师。通过亲自动手实验，学生加深了对传感器工作原理及功能的理解，更加了解了信息系统。同时，在实验过程中，学生遇到问题或错误也不用慌张，关键是学会通过分析找出问题或错误点，并知道如何改正。

课堂环节5：情境迁移，深度学习（10分钟）

实验项目活动：提高篇——高手专区（选做）。

【实验三】智能小家电：组建一个人体感应灯

实验要求：利用人体红外传感器组建一个人体感应灯，尝试当人靠近时，灯开;当人远离时，灯灭。

实验原理：人体红外传感器被广泛应用于防盗报警、来客告知及非接触开关等红外领域。

实验步骤：①组装线路，自主探究。请在【加油站】中观看微视频《7.人体红外》，参照其进行线路连接。②编程实现。请结合自己的理解在APP中写出程序。③调试运行。观察是否人靠近时，灯亮;人远离时，灯灭。

实验项目单填写：请填写实验项目单中的相应栏目。

实验项目指导：①人体红外传感器虽然是输入传感器，但其采集的数据反馈回来的只有两种状态——“是”或“否”，这类传感器称为“开关传感器”。②人体感应灯目前在智能家居中应用广泛，如楼道灯、小夜燈等，是智能家居中必不可少的小家电。

【实验四】智能家电升级版：组建一个温控风扇系统

实验要求：利用温度传感器组建温控风扇系统，尝试使用智能主机来控制、管理温度传感采集的信号，并进行判断、处理，以完成控制风扇功能：当温度高时，风扇开;当温度低时，风扇关。

实验原理：温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。

实验步骤：①组装线路。请根据自己的理解连接线路。②编程实现。请结合自己的理解在APP中写出程序。③调试运行。通过改变程序设置的温度值，观察系统的反应，并对照实验装置与程序代码检测、调整、完善系统。

实验项目单填写：请填写实验项目单中的相应栏目。

实验项目指导：①这个实验是实验一的升级版本，是利用温度传感器实现风扇的自动开关。②这也是现代智能家居中常见的智能家电之一。

课堂环节6： 课堂总结，拓展延伸（5分钟）

师：今天我们学习了物联网传感类信息系统的组建，同学们也化身科技设计师，亲手设计并实现了智能家居中的一些功能。物联改变生活，创新驱动发展！下面我们以小米智能家居的科技案例来结束今天的课程。

视频展示《智能家居小米科技时代》，一起体验智能家居的魅力。

课堂环节7：课后作业

请结合本节课所学与生活实际，发挥自己的想象，完善你的智能家居系统的功能，进一步制作出一件优秀的创新作品。