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第3.2课《节能路灯与逻辑运算控制》教学设计
课题 节能路灯与逻辑运算控制 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：能意识到光线、声音等信息在路灯控制中的关键作用，主动关注传感器获取信息的方式，理解逻辑运算对信息处理的意义。计算思维：理解通过逻辑运算实现控制的基本原理，用 “与”“或”“非” 等运算构建控制模型。数字化学习与创新：通过编程实现智能控制功能，结合远程控制工具探索创新应用，实现知识的深度融合与拓展。信息社会责任：认识到节能路灯对节约能源的重要性，在设计控制方案时兼顾环保与实用性。
教学重点 声音传感器的基本原理和功能，认识生活中的声音传感器。
教学难点 学习完相关原理后能够进行声光控制等控制系统模拟实践，理解背后的原理准则。
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3.2课 节能路灯与逻辑运算控制1、观看视频。2、活动背景：在校园的不同场景中，对照明的需求各不相同。例如，教室需要光线充足、稳定，以便学生进行阅读;在校园道路和体育场等地方，则需要大范围的照明，对光强度要求相对较低;在楼道或消防通道中，在有人经过时打开照明，更节约电能。那么，如何根据不同的需求设计控制系统，以减少能源消耗呢 3、活动目标1.了解声音传感器的基本原理和功能。2.初步理解通过逻辑运算实现控制的基本原理。 课程新知导入。学习本课学习目的。 帮助学生初步理解本课研究内容。帮助学生学习更有目标性。
讲授新课 新知讲解：一、了解声音传感器在日常生活中，楼道灯不仅仅根据光线明暗控制开或关，还需要判断是否有人经过。许多楼道灯是感应到声音才会亮起来，这种灯之所以能像人类一样“听”见声音，是因为有声音传感器的帮助。声音传感器是一种可以捕捉和检测声波的设备，可以把声波转换成电信号，这样就可以通过声音实现控制。麦克风传感器（如 MAX9814）：基于驻极体麦克风采集声音信号，能将声音的强弱转换为模拟电压信号。应用于声控玩具（如拍手启动的玩具车）、声音监测设备（如噪声检测仪）等，可检测环境中的声音有无及大致强度。MSGEQ7 音频频谱传感器：能对声音的不同频率成分进行分析，输出对应频率的电压信号。应用于音频可视化设备（如随音乐节奏变化的 LED 灯带）、音乐玩具（如根据不同音调发出不同灯光效果的玩具）。探究实践1.实验目的：熟悉声音传感器的使用。2.实验设计：按A键，读取声音传感器数值，显示在显示屏上。记录不同声音大小条件下，声音传感器输出的数值。3.实验准备：主控板、编程计算机。4.实验过程(1)编写程序。(2)将不同环境中的声音强度值记录在下表中。序号操作声音强度值1大声喊70-90分贝2走路40-60分贝3拍手60-80分贝4安静20-40分贝二、设计制作声光控制路灯模型人走路一般都会发出声音,利用这个现象,可以设计声光控制路灯模型。只有当环境光强度低于预设值并且检测到有人经过发出声音时，路灯才会打开。路灯的开关由“光线”与“声音”两个变量共同控制。环境光线强度和声音强度都是连续量，可通过与圆值的比较，转化为开关量。两个开关量可以用“运算”模块中的“与”逻辑运算积木进行计算，实现对路灯的“与”控制。“光线” 与 “声音” 两个变量之间的关系与关系：当光线暗（满足光线条件）且有声音（满足声音条件）时，路灯打开；其他情况（光线亮或无声音）路灯关闭，这是声光控节能路灯的典型控制关系。或关系：光线暗或有声音时路灯打开，这种情况较少见，可能导致路灯在光线亮但有声音时点亮，节能性较差。非关系组合：如 “非光线亮” 与 “声音” 的与关系，实际同 “与关系”；“光线亮” 或 “非声音” 时路灯关闭，即仅光线暗且有声音时亮，本质与 “与关系” 一致。优先级关系：光线条件优先，当光线亮时，无论有无声音路灯都关闭；仅光线暗时，再根据声音信号控制，即光线暗是前提，声音是触发条件，本质仍基于 “与关系”。我们可以用声音与光线作为输入，用主控板的LED灯模拟照明电灯设计制作声光照明控制模型。探究实践1.实验目的：模拟声光控灯的控制过程。2.实验设计(2)将不同环境中的声音强度值记录在下表中。控制环节事件硬件装置输入采集光强度、声音强度光线传感器、声音传感器处理将光强度和声音强度与阔值进行比较，并进行逻辑运算主控板输出开或关LED灯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。三、提升练习声音传感器输出的值随着环境声音的增大而 增大。一般情况下，楼道灯会在人离开后继续亮一段时间再自动关闭。小组合作，设计方案，完善声光控灯的控制系统，模拟自动关灯功能。四、开拓视野多种感应方式解决问题的方法通常有多种。要判断楼道是否有人经过，除了利用声音传感器，还可以使用人体红外感应器、超声波传感器等。比如，商场的自动门是利用超声波传感器探测是否有人经过，来实现自动开门或关门的。 五、课堂练习完成课件24—25页的课堂练习题。六、拓展延伸1、逻辑运算在其他设备中的应用家电场景：洗衣机的启动需满足 “门关闭” 与 “水位达标” 的与运算，缺一不可；空调的 “制冷或制热模式切换” 基于温度设定与当前温度的或运算逻辑；微波炉的 “暂停” 功能通过非运算实现，即触发暂停键时否定运行状态。工业场景：生产线的停机控制常采用 “温度过高或压力过大” 的或运算，任一条件满足即停机；机械臂的抓取动作需 “位置对准” 与 “压力传感器检测到物体” 的与运算；车间照明系统通过 “光线暗且有人” 的与运算控制，实现节能。2、声光控制路灯系统与其他灯光系统的区别对比项目声光控制路灯系统普通光控路灯系统普通声控路灯系统常亮路灯系统控制条件光线暗且有声音仅光线暗仅有声音（不受光线影响）无控制，持续供电节能性高（仅满足双条件时亮）中（光线暗时亮，可能白天误亮）中（有声音时亮，可能无效触发）低（全天亮）适用场景楼道、小区道路城市主干道（需持续照明路段）家庭卫生间（短时间触发）重要场所（如广场、应急通道）核心元件声音传感器、光线传感器、逻辑电路光线传感器、控制电路声音传感器、控制电路无传感器，仅开关工作原理双条件满足时导通电路光线低于阈值时导通声音超过阈值时导通持续导通3、节能路灯的智能化升级物联网技术下，路灯控制系统通过传感器采集光线、声音数据，经逻辑运算处理后，结合远程控制实现智能管理。手机 APP 可预设分时段亮度规则，如傍晚光线暗时，逻辑运算 “光线暗且（时段在 18:00 - 22:00）” 触发全亮；深夜则 “光线暗且时段在 22:00 - 6:00” 触发半亮，减少能耗。故障报警通过 “路灯电流异常或通信中断” 的或运算实现，逻辑结果为真时，数据经网络传输至 APP，提醒维护人员。逻辑控制是核心，将传感器数据、时间参数等转化为明确的控制指令，使远程设置与实时监测高效结合，体现其在智能系统中连接感知、决策与执行的基础作用。 初步了解声音传感器。完成实践探究。完成表格填空。学习设计简单的声光控制路灯模型。完成探究实践，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，帮助学生认识声音传感器以及在生活中的应用。.引导学生学习如何使用声音传感器，熟悉声音传感器，提高学生的兴趣和课堂参与度。用表格填空的方式进行对比分析。引导学生设计声光控制路灯模型，在实践中认识”光线、声音“两个变量的关系，并领悟本课所学知识。图文结合模拟声光控灯的控制过程，在实践中掌握相关知识点，让课堂更加生动形象，提高课堂趣味性。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 节能路灯与逻辑运算控制1.进行新知引入2.了解声音传感器3.设计制作声光控制路灯模型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 对比常亮路灯、光控路灯和声光控路灯的每月耗电量（假设功率相同，每天亮灯时间分别为 24h、12h、4h），计算声光控路灯比常亮路灯每月节约多少电量（1 个月按 30 天算）。 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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