资源简介

2.1汽车雷达避让障碍 教学设计
一、教材分析
本单元围绕旅行过程中的常见真实场景，探究物联网中数据采集的主要技术， 以及它们在物联网系统组成中的作用。本项目以“汽车雷达避让障碍”为主题，重点介绍物联网传感技术。本项目涉及的核心概念有“传感技术”和“数据采集”，通过了解超声波传感器及其作用，理解物联网系统中传感器采集数据的过程，探究汽车雷达避让障碍的原理。
二、学情分析
本项目的教学对象是八年级学生，他们好奇心强，具备一定的观察能力、分析能力和自主探究学习能力，他们对生活中的真实情境充满兴趣，愿意从实际问题出发进行学习和探究。他们对动手实践有一定的热情，对物联网传感技术的学习内容可能会表现出较高的参与度。同时，他们希望通过实践活动，提高自己的创新思维。通过前一单元的学习，他们对物联网已经有了初步的认识，但对于物联网数据采集的相关设备及其原理还没有具体认识， 因此可在教师的指导帮助下进行实验探究，了解物联网的传感技术。
三、教学目标
1．素养目标
（1）了解传感器及其作用。
（2）通过实验，探究物联网中数据采集的过程。
2．项目目标
探究汽车雷达避让障碍的原理。
四、教学重难点及对策
1 ．重点
（1）了解超声波传感器的工作原理。
（2）掌握使用超声波传感器实现避障的过程。
解决对策：提供主控板和超声波传感器，学生通过实验手册探究超声波传感器如何采集距离信息。
2．难点
设计并完成超声波传感器避障实验。
解决对策：提供实现超声波避障的半成品程序代码，通过“距离及提醒方式设计”完善代码功能。
五、教学设计思路
本项目针对汽车雷达如何避让障碍这一真实问题，引导学生在认识超声波传感器工作原理的基础上，利用物联网传感技术实现倒车提醒，适合采用探究性实验开展教学，鼓励学生通过实际操作和实验来探索未知现象，提出问题，做出假设，并通过实验来验证这些假设。
该实验的核心问题是“数据采集”，围绕“用什么设备采集数据→ 如何采集数据→ 如何应用数据”展开探究，具体实验过程如下。
围绕“用什么设备采集数据→如何采集数据→如何应用数据”展开实验探究
六、实验教学准备
本实验需要准备如下所示的器材，模拟汽车倒车雷达装置。通过图形化编程软件 mPython实现数据采集及倒车提醒功能。另外，提供实验相关微课、视频等学习支架。
类型 器材/工具 作用/功能
硬件 主控板 发送和接收信息功能
超声波传感器 采集数据
蜂鸣器 模拟倒车雷达反馈
软件 mPython 编写程序验证实验
学习支架 实验手册 实验操作要点、实验过程记录、实验结论撰写
视频、微课资源 “ 无人共享汽车”“汽车倒车提醒”“超声波传感器”
七、评价建议
1．过程性评价
（1）个人：考查学生课堂表现，贯穿教学过程始终，以激励性口头表扬为主。
（2）小组：考查学生合作学习能力，以实验项目、展示汇报等方式开展。
2．总结性评价
（1）个人：考查学生实验成果，实验报告完整，实验结论准确，程序演示正确。
（2）小组：考查小组成果展示汇报，汇报时思路清晰、声音洪亮。
附：实验评价量表
评价维度 评价指标 评价结果
实验观察 认真观察实验现象并记录（超声波传感器采集距离信息） ☆☆☆☆☆
对数据结果分析、归纳（超声波传感器采集的是以什么为单位的距离数据） ☆☆☆☆☆
实验操作 会连接主控板与超声波传感器 ☆☆☆☆☆
会合理地设计距离与提醒方式，编程实现倒车提醒功能 ☆☆☆☆☆
交流合作 小组合理分工，交流讨论，合作完成“汽车雷达避障”实验探究 ☆☆☆☆☆
能够逻辑清晰地展示小组实验成果，总结实验结果，完善传感技术的认知 ☆☆☆☆☆
八、实验教学过程
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
创设情境聚焦问题 1．创设实验情境 观看“无人共享汽车”视频，了解神奇的共享无人汽车。通过APP 一键召唤，无人驾驶汽车能自动避让障碍行驶到你的身边。到达目的地后，智能汽车的雷达装置能够自动检测后方障碍物，帮助我们安全停车。 问题 1：说一说，你在生活中体验过无人驾驶汽车吗？ 问题 2：猜一猜，无人驾驶汽车是使用什么设备检测到障碍物，又是如何避让障碍的呢？ 学习过程：观看、思考、讨论，聚焦情境问题。 2． 明确实验目标 学习过程：思考并明确本活动的学习目标，即利用物联网技术进行实验探究“汽车雷达避让障碍”。 播放视频，创 设真实情境， 引导学生思考 问题。 引入课题“ 汽 车雷达避让障 碍 ”，让学生 明确实验目 标。 引入情境问题，引导学生对无人驾驶汽车如何避让障碍进行思考，激发学生的学习兴趣，从而引出本课的实验探究主题。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
实验猜想发散思维 1． 了解实验原理 （1）观察倒车现象。 在汽车周围有障碍物时，倒车时汽车雷达会发出警报声音，提醒驾驶员注意。观看“汽车倒车提醒”视频，观察倒车时不同距离的报警提示音，完成实验手册中的连一连。 引导学生观 察、描述生活 场景中汽车倒 车时雷达工作 的过程。 播放微课， 引 入“ 倒车雷达 系统 ”概念， 以及介绍倒车 雷达系统的组 成。提出问题， 并对回答的问 题答案进行反 馈和建议。 提出问题， 引导学生构思模拟实验方案。 在学生完成任 务的过程中， 巡视辅导，完 成任务后，请 学生上台演示 实验方案。 结合生活实 际，引导学 生 自 主 探 究，小组讨 论并思考倒 车现象。 小组讨论， 思考教师提 出问题，梳 理汽车避障 的 关 键 问 题，培养学 生的自主学 习能力。 围绕“用什 么设备采集 数据→ 如何 采集数据→ 如何应用数 据”设计实 验方案，培 养学生小组合 作 的 能力。
60 ~ 100厘米 " 滴滴 " 长鸣
学习过程：分组讨论交流，完成实验手册。 （2）了解倒车雷达系统组成。 观看“超声波传感器”微课，了解倒车雷达系统组成：由安装在车辆后方的传感器负责采集距离数据， 由控制器分析数据，让扬声器发出不同频率的声音。 学习过程：观察、思考、讨论。 2．构思模拟实验方案 汽车雷达能够报警与传感器有关，根据这个假设，设计一个实验来模拟倒车雷达的实现过程。请小组讨论实施方案，完善实验手册。 学习过程：思考教师提出的问题，小组合作制定汽车倒车雷达模拟实验方案。
实验探究构建新知 实验 1：选择传感器（用什么采集数据） （1）选择传感器。 查阅实验手册，了解各类传感器在物联网中的应用，以及传感器的功能及分类，根据“模拟倒车雷达”实验的需要，选择适 提 供 学 习支架，供学生自主学习。引导学生根据实验需要，选择合适的传感器。 让学生自主 学习本知识 点，了解常 见传感器及 其功能，学 生的选择是
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
实验探究构建新知 合的传感器，并说明理由。 学习过程：思考、讨论。 （2）了解超声波传感器工作过程。 观看“超声波传感器”微课，通过微课自主学习，了解超声波传感器的工作过程。 学习过程：观看、思考。 实验 2：采集距离信息（如何采集数据） （1）连接设备。 查阅实验手册，选择主控板、超声波传感器等器材来模拟倒车雷达，连接实验设备。 学习过程：将超声波传感器连接主控板，模拟倒车雷达。 （2）编程读取距离数据。 编写程序，将程序写入主控板，调整障碍物与超声波传感器之间的距离，观察并记录读取的数值，用尺子测量实际距离，猜测超声波传感器采集的是以什么为单位的距离数据。 学习过程：编写程序，读取距离数据，对比读取的距离数值与实际距离。 实验 3：编程实现倒车提醒（如何应用数据） 编写程序，实现倒车提醒功能。调整障碍物与超声波传感器之间的距离，探究距离发生变化时，蜂鸣器报警声音的变化，编程实现倒车提醒功能。 （1）根据教师提供的半成品代码进行完善。 学习过程： 自主学习，填写图中代码含义，思考并回答教师提出的问题，完成编程。 （2）将程序写入主控板，进行测试，调整障碍物与传感器之间的距离，设置提醒声音，小组讨论，完成实验手册中的“距离与提醒方式设计”。 距离危险程度提醒声音大于____危险性小 C4 2 默认-—"___之间比较危险 C4 1/2 默认小于____非常危险 C4 默认
学习过程：小组合作，运行程序进行测试，实现距离不同时，出现不同的提醒方式。 组织学生小组合作，提供相关微课，让学生自主学习。 组织学生小组合作，按要求连接实验设备，编写程序读取距离数据，让学生理解代码含义。 引导学生观察 记录传感器读 取到的数值、 传感器与障碍 物的距离。 组织学生合作 编写程序，实 现倒车提醒功 能。 通过调整程序 参数，围绕“传 感器与障碍物 之间的距离、 危险程度、提 示声音 ”之间 的关系，组织 学生合作交流 解决方法。 开放的、多 元的，培养 学生的自主学习能力。 通过编程读取 距 离 数据，引导学 生观察记录 传感器读取 到的数值、 传感器与障碍物的距离，明确超 声波传感器 的功能及采 集的数据类型。 通过测试程 序，记录数 据，验证结 果等实验环 节，培养学 生的观察能 力以及科学 探究能力。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
成果分享实验结论 1．展示汇报 小组汇报实验成果，简单介绍倒车提醒功能实现过程，并得出实验结论。 (
超声波传感器通过超声波测量障碍物的
，
并将数据传递给控制器，由
判断是否报警。
传感器是物联网中常用的
。
) 学习过程：完成实验手册中实验结论的填写。 2．反馈改进 讨论、评价各小组实验成果，思考如何改进实验方案，提高数据采集的准确性，优化程序代码。 学习过程：讨论、改进并填写评价量表。 3．实验总结 实验完成后， 请学生展示成 果，并简要描 述倒车提醒功 能实现的过 程。 提供及时反 馈，指出实验 中的亮点和需 要改进的地 方。对本节课 的学习情况与 实验完成情况 进行综合评 价。 对课堂所学知 识点进行归纳 总结。 组织不同层次 的学生完成作 业，让所有学 生完成基础性 作业，让学有 余力的学生完 成综合性作 业。 通过展示交 流，培养学 生的语言表 达能力。 通过互评、 师 评 和 自 评，培养学 生分析问 题、解决问 题的能力， 促进相互学 习和进步。 帮助学生总 结梳理知识 结构、强化 重难点。 通过布置分 层作业，帮 助学生巩固 所学知识， 拓展提升， 让不同层次 的学生都能 有所提高。
(
发射波
) (
障碍物
)主控板 超声波传感器 (
反射波
)'-' 蜂鸣器
学习过程：与老师共同总结本实验所学知识点。 4．作业设计 （1）基础性作业。 除了超声波传感器，你还知道哪些常见传感器？ （2）综合性作业。 选择或设计一个主题，根据本课所学内容，为它们配备传感器，想一想利用这些传感器可以实现什么样的智慧功能？ 主题选择的传感器实现的功能智能台灯智能风扇智能摄像头
学习过程：课中或课后查阅资料，完成分层作业。
九、板书设计
(
项目
1
汽车雷达避让障碍
物联网传感技术
1
.
了解倒车雷达系统组成
实验准备:
2.
了解常见传感器及功能
选择传感器
用什么设备采集数据
采集距离信息
如何采集数据
编程实现倒车提醒
如何应用数据
"模拟倒车
雷达" 实验
)
十、教学反思
1．教学目标达成情况
本次教学设计围绕物联网数据采集的核心概念，通过实验探究的方式，让学生了解并实践物联网传感技术。通过学生的课堂表现和实验成果来看，大部分学生能够达到预期的学习目标，理解物联网系统中数据采集的过程与方法。
2．教学方法与策略
采用的实验教学法有效地激发了学生的学习兴趣和探究欲望。通过创设情境、实验猜想、实验探究、实验结论等环节，学生在实际操作中体验了科学探究的过程。然而，部分学生在实验设计和问题解决方面仍显不足，需要进一步培养他们的自主学习和问题解决能力。
3 ．学生参与度
学生在实验过程中表现出较高的参与度和合作精神。通过小组合作，学生能够相互学习、交流想法，并共同完成实验任务。但在实验过程中，也发现部分学生依赖性较强，需要教师更多的引导和激励。
4．评价与反馈
过程性评价和总结性评价的结合，有效地考查了学生的个人和小组表现。然而，评价量表仍有改进空间， 比如可以增加学生自评和互评的环节，以培养学生的自我反思能力。

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