“红外传感器”项目学习教学设计

邵媛

学科核心素养

①能够根据实际问题，自觉主动地寻求恰当的方法获取信息、分析信息、处理信息，增强信息的敏感性。（信息意识）

②在实踐活动中采用计算机的学科研究方法描述问题、抽象特征、建立系统化和模块化的结构模型，并与数据建立逻辑关系;通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案。（计算思维）

③理解数字化学习系统的工作原理，主动利用数字化学习资源和学习工具开展自主学习、协作学习，实现思维的发散与创新，助力终身学习能力的提高。（数字化学习与创新）

④关注信息技术革命所带来的社会责任和人文价值。（信息社会责任）

学情分析

本课的教学对象为九年级的学生。学生对机器人的基本结构和传感器的作用有一定的了解，为本课深入学习红外传感器及制作红外传感机器人打下了知识基础。对生活中各类红外传感器应用场景的接触也为本课学习奠定了经验基础，有助于思维的发散与创新，从而设计制作出个性化的红外传感机器人。

教学目标

①通过对红外传感器应用场景的讨论，感受红外传感器的应用需求，体会红外传感器的应用和价值。②通过认识红外传感器的工作方式，梳理出红外传感器的工作流程，实现从对数据获取的具体形象思维向对数据分析表达的抽象逻辑思维的升级。③通过实验研究探测机器人，感受数据的实验获取分析的过程，体验科学的实验研究方法。④通过制作迎宾机器人，抽象出传感器数据、软件程序和硬件结构之间的逻辑关系，体验运用算法思维分析问题、解决问题的过程。⑤通过设计制作个性化智能机器人的拓展探究环节，系统有效地管理整个设计制作过程，培养创新意识和创新能力。⑥在利用机器人技术和工具创造性解决生活中实际问题的过程中，体会新技术的价值和责任。

教学重点与难点

重点：了解红外传感器的工作原理;实验与完善探测机器人;制作与调试迎宾机器人。

难点：运用红外传感器制作个性化的智能机器人。

教学策略分析

本课的设计以学生为主体，从学生的经验、兴趣、个性化培养出发，以设计制作红外传感机器人为项目主线，借助数字化学习资源和学习工具，重视知识和技能的掌握、能力和素养的提升。

项目准备

学生机器人、含红外传感器的迎宾器（学生进门时语音提示“欢迎光临”）、学习材料。

教学过程

师：随着5G、人工智能等技术的飞速发展，机器人的智能化程度日益提高，其应用范围已渗透到生活的多个方面，如迎宾机器人、扫地机器人、聊天机器人等。今天我们就来针对机器人中的一类——红外传感机器人进行项目学习。

1.项目布置

师：今天你们进教室时有没有发现什么特别之处？

生：门口的“迎宾器”会自动发出“欢迎光临”的问候语。（教师引导学生关注“迎宾器”是“自动”感知信息的）

分析1：为什么会“自动”感知？

学生仔细回想刚进教室时的经历，想到迎宾器顶端有盏红色的小灯，每当有人经过时，小红灯会闪一下，然后发出“欢迎光临”的声音。

分析2：迎宾器是怎样判断有人经过的？即人体的哪些“信息”被感知，如看到了什么或听到了什么？

学生大胆猜测：外貌、声音、身高、体重……

教师提供文字材料，学生阅读，初步体验，找出答案。

师生总结：迎宾器中安装有红外传感器，人经过时发出红外线数据被红外传感器检测到，迎宾器中的声音模块就会发出“欢迎光临”的声音。

教师引导要把研究焦点集中到“红外传感器”上，引出本课项目主题——利用红外传感器设计制作一款个性化的智能机器人。

设计意图：从生活中的情境、学生已有的经验出发，导入新课，激发兴趣，再通过“提出问题—大胆猜测—借助感性观察和辅助材料小心求证”，让学生自主归纳出迎宾器的工作过程。在这个过程中，引导学生分析问题要追根溯源，锻炼分析问题的逻辑推理能力。

2.项目实施

活动一：项目知识补给站——认识红外传感器

以小组为单位提供“红外传感器”实物，学生近距离观察红外传感器的外观，体会其小身材、大用途，同时拆开迎宾器，找出迎宾器中的红外传感器。

教师课件动画展示红外传感器的原理，并引导学生联想生活中的红外传感器的实际应用，如感应水龙头、自动门、感应电梯等。之后回到红外传感器的工作过程分析，引导学生画出工作流程图，让学生清晰了解红外传感器的工作原理。教师引导要把研究焦点集中到将红外传感器搭建到机器人身上。

设计意图：通过观察实物和动画、联想生活应用实例、抽象出工作流程图，从感性认识到抽象建模，层层推进，既让学生对红外传感器的工作原理有更具体深刻的认识，又实现具体形象思维向抽象逻辑思维的过渡。

活动二：体验探测机器人

①活动分析。目标分析：利用机器人前面的红外传感器监测前方是否有物体。结构分析：观察“学生机器人”上红外传感器的位置。程序分析：在机器人平台中打开“机器人探测.dat”文件，分析程序算法，引导绘制程序流程图。

②实验测试。程序写入机器人中并执行，进行实验探测：观察红外传感器对不同颜色的障碍物数值变化并记录;红外传感器在检测障碍物时容易受到环境光线的影响，尝试进行光线干扰实验并记录。

设计意图：通过实验研究探测机器人，进一步理解红外传感器和探测机器人的工作原理;通过参与实验，总结红外传感器的工作特性，培养学生严谨科学的治学态度;通过获取、分析实验数据，让学生理解传感器数据对程序目标功能的影响，培养学生的数据思维。

活动三：制作迎宾机器人

①活动分析。目标分析：红外传感器检测到有人从机器人面前经过，机器人发出个性化的提示，如灯闪烁、蜂鸣器鸣叫、播放音乐等;在没有人从机器人面前经过时，机器人不做动作。算法分析：引导绘制迎宾机器人流程图。结构分析：根据迎宾方式，调整传感器，如需要灯闪烁，就需要安装Led灯。

②程序调试。准备环境：拉上教室窗帘，打开日光灯，准备好学生机器人。修改程序：进入机器人平台，打开“机器人探测.dat”，修改程序为迎宾机器人的程序。运行调试：观察不同物体经过时机器人的反应，调试程序以达到想要的效果。

③活动效果展示，师生共同点评。

设计意图：在明确机器人的目标功能后，借助流程图梳理出传感器数据、软件程序和硬件结构之间的逻辑关系，将现实情境的联系抽象为程序世界的逻辑关系，帮助学生加深对算法执行过程的理解，培养学生的算法思维。

拓展活动：设计制作个性化智能机器人

①活动分析。目标分析：开展头脑风暴，讨论运用红外传感器还可以制作哪些更有趣、更环保、更实用的智能机器人作品。策略分析：确定需要解决的问题，形成解决策略，完成《问题及解决策略表》（如下表）。算法分析：尝试把大任务分解为可操作的小任务，化整为零，分步突破;引导绘制个性化机器人流程图。结构分析：根据目标，调整传感器。

②编程调试。设计程序：进入机器人平台，根据流程图设计个性化程序。运行调试：观察机器人效果，调试程序以达到想要的效果。

③活动效果展示，师生共同点评。

设计意图：通过从整体到局部的分解思维，分析传感器在这个过程中的各个状态，再组合各个状态，推导出机器人可能遇到的各种情况，实现技术关联到意义关联的转换。学生们在有意识地摆弄学习中主动探究，经历“记录问题状态—设计优化措施—实践中检验效果”的反复迭代的过程，培养系统工程思维，并在创新实践中实现思维发散与创新。

3.项目评价

师：今天我们学习了红外传感器，并应用红外传感器制作了智能机器人。有了红外传感器，可以让我们的生活更舒适、更节能。最后，结合课堂听讲、小组活动、自主探究、作品情况，请你填写《项目合作分工表》《项目作品评价表》和《项目活动反思表》，对自己本节课的项目学习做一个全方位的评价，记得和老师同学们分享哦！

设计意图：总结提升，激发学生深入学习机器人知识的兴趣，并从思维、能力、习惯、作品等方面进行全方位评价，引导学生学会学习，启动元认知实现深度学习。