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第3.1课《节能教室照明与条件控制》教学设计
课题 节能教室照明与条件控制 单元 第三单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：认识到光线传感器是感知环境信息的重要工具，理解条件控制和逻辑运算在控制中的应用。计算思维：将 “光线变化→传感器检测→控制执行” 的过程拆解为光信号转换、电信号处理、执行器响应，通过编程实现控制逻辑。数字化学习与创新：运用传感器模块、编程工具设计光线控制项目，探索不同参数设置对控制效果的影响，创造性解决实际问题。信息社会责任：体验编程实现反馈闭环控制，理解技术对节约能源、环保的意义，遵守电子设备使用规范。
教学重点 了解光线传感器的基本原理和功能和具体应用。
教学难点 能够模拟设计光线控制系统模型，进行具体实践。
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3.1课 节能教室照明与条件控制1、单元学习目标（1）了解光线、声音和温度传感器的基本原理。（2）初步理解条件控制和逻辑运算在控制中的应用。（3）体验编程实现反馈闭环控制。根据科学观测数据，近年来全球气候变暖不断加剧，引发更多的高温热浪和洪水等极端天气事件，导致冰川融化和陆地荒漠化等现象，影响地球生态的稳定性。习近平总书记指出:“应对气候变化是全人类的共同事业。”节约能源是减少温室气体排放的关键，可以有效缓解全球气候变暖。如何利用技术手段和系统控制来节约用电，建设绿色节能型校园 让我们一起开动脑筋，请计算机来担任节约能源管理员。2、观看视频。3、活动背景：校园照明系统十分重要。教室内安装明亮的节能灯，可以在夜晚或光线不足的情况下提供必要的照明，保证正常的学习。然而，照明也需要大量电能。在光线充足的条件下，或者在放学后、节假日期间，都需要及时关闭电灯，节约电能。如何利用控制系统，在保证必要照明的基础上实现节约电能呢 4、活动目标1.了解光线传感器的基本原理和功能。2.理解通过光线变化实现控制的原理。3.体验通过光线变化控制照明的基本过程。 学习本单元学习目标。课程新知导入。 帮助学生明确本单元学习任务。帮助学生初步理解本课研究内容。
讲授新课 新知讲解：一、了解光线传感器在生活中，光线暗开灯，光线亮关灯。人可以通过眼睛观察光线变化来开灯或关灯。如果要让控制系统实现这一过程，必须有像人眼一样可以感知光线变化的传感器，来获取光线变化的信息。光线传感器是根据光电效应的原理来感知光线强弱变化的。所谓光电效应，就是指某些特殊的物质在吸收了光线后能够将光能转换为电能的现象。信息链接生活中传感器应用广泛，种类繁多。物理传感器是检测物理量变化的传感器，常见例子有：光线传感器（检测光强度）、温度传感器（检测温度高低）、压力传感器（检测压力大小）、位移传感器（检测物体位置变化）、加速度传感器（检测运动加速度）。化学传感器则用于检测化学物质相关特性，例子包括：气体传感器（检测特定气体浓度，如瓦斯传感器）、湿度传感器（检测空气中水汽含量）、pH 传感器（检测溶液酸碱度）、离子传感器（检测溶液中特定离子浓度）、生物传感器。探究实践1.实验目的：熟悉光线传感器的使用。2.实验设计：按A键，读取光线传感器数值，显示在显示屏上。在不同光线条件下记录光线传感器输出的数值。3.实验准备：主控板、编程计算机。4.实验过程(1)编写程序。(2)运行程序，移动主控板位置，记录不同环境下的光强度值。序号光线条件光强度值1完全遮盖传感器02教室中间位置1503打开教室照明灯3004靠近窗口的自然光2000信息链接每天自然光强度会随着太阳的位置或天气的变换而改变。可以通过跟踪采集每天的光强度的变化数据，为实现光控灯功能提供参考依据。二、设计制作光控灯模型光线传感器能够感知环境光线变化，可以采用光线亮度作为输入，用主控板的 LED灯模拟照明电灯，设计制作光控灯模型。探究实践1.实验目的模拟光控灯的控制过程。2.实验设计控制环节事件硬件装置输入采集光强度光线传感器处理采集光强度将光强度与阈值进行比较主控板输出开或关LED 灯光强度为连续量，通过与阈值进行比较转化为开关量。当光强度低于阈值时，转化为开关量“开”，当光强度高于或等于值时，转化为开关量“关”。3.实验准备：主控板、编程计算机。4.实验过程(1)编写程序。(2)运行程序，验证功能。(3)尝试修改程序，增加光强度值大于70 时自动关灯功能。三、提升练习1.光线越暗，光线传感器输出的光强度值越小。2.小组合作，设计方案，采用“或”逻辑运算，实现光强度值大于值或休息时间自动关灯功能。四、开拓视野合理选择控制方式在实际应用中，简单的光控灯往往采用构造更简单、成本更低廉的电子控制方式。但如果要实现更复杂的控制功能，例如节假日自动关闭光控灯，就需要采用计算机控制方式。声控灯与光控灯控制方式对比声控灯：主要通过声音传感器检测环境中的声音信号（如拍手声、脚步声），当声音强度达到设定阈值时，控制电路启动，灯点亮，经过一段时间后自动关闭。其控制触发条件是声音，适合在需要临时照明且有人活动的场合，如楼道。光控灯：依靠光线传感器检测环境光强度，当光线暗到一定程度（如傍晚），自动接通电路点亮灯；当光线足够亮时（如清晨），自动断开电路关闭灯。控制依据是光线强度，多用于道路、庭院等需要根据天色自动开关的场所。五、课堂练习完成课件29—30页的课堂练习题。六、拓展延伸1、光线传感器在生活中更多的运用智能手机：用于自动调节屏幕亮度，光线强时屏幕变亮，光线暗时屏幕变暗，节省电量且保护视力。 相机：在自动模式下，光线传感器感知环境光强度，自动调节光圈大小、快门速度和 ISO 值，以拍出合适曝光的照片。2、利用控制系统在保证必要照明基础上节约电能的办法结合光线传感器与定时器：在光线暗时自动开灯，同时设定夜间特定时段（如凌晨后）降低照明亮度，既满足基本照明，又减少电能消耗。 分区控制：将照明区域按使用需求划分，通过光线传感器和人体传感器结合，仅在有人且光线不足的区域开灯，无人区域自动关灯。智能调节亮度：根据光线传感器检测的实时光强度，线性调节灯光亮度，如阴天时适当调亮，黄昏时逐渐调亮，避免光线过强造成浪费。 灯具选型与控制系统结合：使用节能灯具（如 LED 灯），配合光线传感器实现自动开关和亮度调节，从设备和控制两方面节约电能。3、传感器的信号转换光线传感器（如光敏电阻、光电二极管）通过光敏材料特性将光信号转换为电信号：光敏电阻受光越强，电阻越小（光弱则电阻大），串联电路中其两端电压随电阻变化而改变；光电二极管则在光照下产生光电流，光强越大电流越强。电信号处理过程：传感器输出的微弱电信号（电压或电流）经放大电路增强后，由模数转换器（ADC）转换为微处理器可识别的数字信号（如 0-255 的数值）。微处理器读取数字信号后，与预设阈值对比（如光线强度低于 50 时），执行预设逻辑（如输出高电平控制继电器开灯），最终实现光线变化对设备的自动控制。 初步认识光线传感器是什么。学习信息链接。进行探究实践。进行模型设计。完成提升练习。学习更多知识内容。完成练习题。进行知识拓展。 认识本课主要研究内容，帮助学生认识光线传感器在生活中的运用，引入所学知识内容。结合具体的例子介绍传感器的分类。结合具体的实物例子进行优缺点对比，了解计算机控制系统下的优势。逐步讲解光线传感器的运用原理和步骤，在实践中体会和掌握本课所学知识点，提高学生动手能力。在介绍完相关理论知识后，引导学生设计光控灯模型，提高学生的创新思维和知识点物化能力。考察学生学以致用的能力，深化对本课知识内容的理解和掌握。完善所学知识。巩固所学知识，考察学生对本课内容的掌握情况。拓宽学生知识面。
课堂小结 节能教室照明与条件控制1.进行新知引入2.了解光线传感器3.设计制作光控灯模型4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、列举生活中另外 5 种使用光线传感器的设备，并说明其具体作用。2、请同学们简述如何利用光线传感器设计一个节能的家庭照明方案。 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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