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第2.3课《模拟光控灯》教学设计
课题 模拟光控灯 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：通过探究光控系统的工作原理，理解光控系统"感知-判断-控制"原理，掌握数据采集与阈值设定方法，培养系统调试与分析能力。计算思维：模拟光控灯过程中，将光控需求转化为程序逻辑，建立"亮度检测-信号处理-设备控制"模型，通过流程图培养模块化设计思维。数字化学习与创新：运用Micro:bit实现智能光控，探索阈值优化和多传感器协同方案，培养技术创新能力。信息社会责任：模拟光控灯时，需要注重节能环保设计，确保系统可靠性和使用安全性，遵守技术应用伦理规范。
教学重点 理解"亮度检测-信号处理-设备控制"原理。
教学难点 运用Micro:bit实现智能光控，能够探索阈值优化和多传感器协同方案。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.3课 模拟光控灯1、观看视频。2、活动背景：壮壮了解并体验微波炉、声控灯等控制系统的工作过程后，还想设计并制作一个光控灯。接下来让我们跟壮壮一起利用Micro:bit 完成吧。 课程新知导入。 帮助学生初步理解本课研究内容。
讲授新课 新知讲解：光控灯工作原理光线感应：光敏元件感知环境光线强度。强光环境：光敏元件电阻值降低（或电流增大），触发电路切断电源，灯具关闭。弱光环境：光敏元件电阻值升高（或电流减小），触发电路接通电源，灯具开启。2、控制电路：通过三极管、继电器或集成电路（IC）等元件，将光敏元件的信号转化为开关指令，控制灯具通断电。一、想一想光控灯是利用光控技术发明出来的智能灯，它的神奇之处在于能够根据光线变化进行自我调节。1、请尝试分析：光控灯的控制过程是什么？（1）当光线较暗时，内部线路连通，光控灯自动亮起。（2）当光线较亮时，内部线路断开，光控灯自动熄灭。2、若想实现光控灯的控制过程，Micro:bit 需要具备什么功能？（1）Micro:bit 需要具备控制LED灯的功能。（2）Micro:bit 需要具备识别光线亮度的功能。Micro:bit 自带的LED灯可以亮或灭，还能起到一个基础的光敏传感器的作用。我们可以用它来检测周围光线的亮度级别（ 0~255 ），光线越亮数据越大，光线越暗数据越小。3、开灯的判断条件是光线较暗，但光线较暗是一个模糊的说法，我们必须通过确定的光线亮度级别将它明确表示出来。确定的光线亮度级别即开灯的阈值。开灯的判断条件：光线较暗，即测得的亮度级别小于（填“小于”或“大于” ）开灯的阈值。4、确定开灯的阈值。我确定的开灯的阈值为88。可以通过多次测量获得开灯的阈值。5、根据光控灯的控制过程把简化流程图的方框空白处补充完整。光控灯核心元件与材料光敏元件光敏电阻：光线越强，电阻越小，成本低，应用广泛。光敏二极管 / 三极管：灵敏度高，响应速度快，常用于精密控制电路。2、控制模板简单电路：由电阻、电容、三极管组成。智能模块：集成微控制器（如单片机），可设置延迟关灯时间、光感阈值等。3、灯具类型：适配 LED 灯、节能灯等低功耗光源，节能性更佳二、做一做（一）实践目的通过设计并制作模拟光控灯，体验连续量转为开关量的控制过程。（二）实践准备计算机、Micro:bit、数据线。（三）实践过程1、通过测量获得开灯的阈值。（1）将“测量亮度.hex”程序提前下载到Micro:bit。（2）利用 Micro:bit 的LED灯（内置光敏传感器），采集光线较暗时亮度级别数据(至少采集3个)，并填写在下表中。采集次数亮度级别188292388可以通过遮挡的方式使 Micro:bit 环境光线变暗，肉眼感觉光线暗到可以开灯的时候开始采集对应的亮度级别数据，也就是 LED 灯显示的数值。若环境光线发生改变，应等稳定后再读取数据，保证采集的数据是改变后的环境光线数据。（3）在采集到的3个数据中，选取一个亮度级别数据作为开灯的阈值。如果阈值选择最小值，即光线非常暗（填 “稍暗”“较暗”或“非常暗” ）时，灯亮；如果阈值选择平均值，即光线较暗（填“稍暗”“较暗”或“非常暗” ）时，灯亮；如果阈值选择最大值，即光线稍暗（填“稍暗”“较暗”或“非常暗” ）时，灯亮。这一过程中所采集到的3个数据差别应该不是很大，选取不同采集数据的影响不会很大，但也可以参照上述分析，根据实际需求进行选择。如果数据差别很大，说明采集的数据不准确，需要再多采集几次。阈值设置过小或者过大会有什么结果 阈值设置的影响：阈值过小：灯只在非常暗时才亮，可能导致环境已暗但灯不亮。阈值过大：灯在光线还较亮时就亮起，可能造成能源浪费。细化流程图。根据已经绘制的流程图，明确判断条件的阈值，并想一想这个控制过程只是执行一次吗？流程线最下面的箭头要连接“结束”吗？如果不是，该如何绘制呢？请将你所细化的流程图绘制在下框中。3、根据细化的流程图补充程序。4、调试运行程序。完成程序编写后，可通过模拟器或下载程序到 Micro:bit ，查看程序执行结果。5、优化程序。天色不够暗光控灯就亮起来了，或者天色已经很暗光控灯还没亮，你知道这是什么原因吗？如何解决这些问题？与小组同学合作并完成下表。天色光控灯解决方案不够暗亮适当降低阈值很暗不亮适当提高阈三、议一议与小组同学一起讨论：光控灯和声控灯控制系统的输入、计算和输出三个典型环节有哪些区别和联系？将你们的讨论结果记录下来。（一）区别：1、输入环节：光控灯：检测光线强度声控灯：检测声音强度2、计算环节：光控灯：比较光线与亮度阈值声控灯：分析声音特征（如分贝、持续时间）3、输出环节：基本相同（控制灯的开关）（二）联系：1、都是将连续模拟量转换为开关量2、都需要设置合理的阈值3、控制逻辑相似（条件满足→开灯，否则关灯）4、都需要考虑环境干扰因素四、课堂练习完成课件23—24页的课堂练习题。五、拓展延伸1、光控灯应用特点节能优势：仅在需要时点亮，避免长明灯浪费。安装要求：传感器需避开遮挡和人工光源干扰。典型场景：路灯、楼道灯、广告灯箱等公共场所照明。2、光控灯应用注意事项阈值设置需考虑季节变化和天气影响。定期清洁传感器表面避免积尘影响灵敏度。电路设计要预留安全余量，防止雷击等异常情况。常见故障与维修（1）灯具不亮检查电源是否接通，灯泡是否损坏。测试光敏元件：用遮光物覆盖后，用万用表测量电路是否导通，若不导通则元件或电路故障。（2）白天亮灯 / 夜晚不亮光敏元件被遮挡或损坏，需清洁或更换。控制电路元件（如电阻、电容）老化，需排查焊点或更换部件。（3）频繁开关闪烁环境光线处于临界值（如黎明、黄昏），可调整光感阈值或增加延迟电路。六、单元小结【单元结构】【单元学习内容评价】 拓展光控灯工作原理相关内容。初步思考光控灯的控制过程是怎样的。拓展光控灯核心元件与材料相关内容。进行模拟光控灯实践。与同学讨论，并完成议一议内容。完成课堂练习。进行知识拓展。学习单元小结。 帮助学生初步了解光控灯的工作原理，为后续模拟光控灯打好基础。进一步了解光控灯的控制过程。帮助学生进一步了解光控灯，拓展学生知识储备。引导学生进行实践，提高学生动手及思考的综合实践能力。思考议一议的问题，深化学生对本课所学内容的理解和掌握。同时培养学生思考和团队协作能力。考察学生对本课所学内容的理解和掌握。拓展学生知识储备。回顾本单元学习的内容，深化学生对知识点的理解和掌握。
课堂小结 模拟光控灯1.进行新知引入2.认识并思考光控灯控制过程3.进行模拟光控灯实践4.完成课题练习5.进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、请同学们设计一个“未来智能路灯”的草图或模型，说明它比普通光控灯多了哪些功能（如：下雨自动调亮、检测到行人更亮等）。可以用绘画、乐高积木或手工材料制作。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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