资源简介

项目 1 汽车雷达避让障碍
——物联网传感技
教学设计
一、项目分析
八年级整册教材采用从总到分的结构，介绍了物联网及其组成→物联网数据采集→ 数据传输→ 数据使用。物联网采集数据应用最广泛的是识别技术和传感技术，本课例重点介绍传感技术。因为传感器及其作用以及传感器采集数据的过程，在整个教材中起到了承上启下的作用。本课涉及的核心概念有“传感技术”“数据采集”，以“汽车雷达避让障碍”为项目主题，激发学生学习、探索的热情。同时，学生在提出问题、探究问题、解决问题的一系列学习过程中，达到信息科技学科核心素养的培养要求。
二、学情分析
八年级学生已有互联网应用于创新相关知识的学习经验，对互联网及相关新技术的本质有一定的认识，具备一定的网络知识基础。他们对物联网技术的了解来自身边的应用，对概念的理解还比较模糊，对物联网的内涵及其与互联网的异同的认识还不全面。本课以学生熟悉的“汽车雷达避让障碍”为主题，提高学生探索的积极性，在教师引导、学生自主分析与探索的过程中层层递进，让学生了解传感技术的作用，熟练掌握“掌控板”套件中传感器的使用，引导学生完成避障系统的模拟搭建，激发学生的创新意识，促进学生核心素养的提升。
三、教学目标
1．素养目标
（1）了解传感器及其作用。
（2）理解物联网系统中传感器采集数据的过程。
2．项目目标
探究汽车雷达避让障碍的原理。
四、教学重难点
1．教学重点
（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。
2．教学难点
设计并完成超声波传感器避障实验。
五、教学策略
本项目学习活动，要以真实的生活情境引入，让学生熟悉智能汽车倒车雷达的工作过程，了解物联网系统组成。并快速聚焦到“数据采集”核心概念上，围绕“数据采集”，引导学生探索传感器的相关技术，通过模拟搭建“倒车雷达装置”，探究物联网系统中，运用传感器采集数据的过程与特点。
六、教学准备
本项目教学活动，教师可以准备如下表所示的实验器材，模拟倒车雷达装置，准备好编程软件 mPython，通过软件进行图形化编程，实现数据采集及倒车提醒功能。
器材/工具 数量 作用/功能
掌控板 1块 发送和接收信息功能
超声波传感器 1个 采集数据
蜂鸣器 1个 模拟倒车雷达反馈
七、评价建议
学习评价一方面要围绕项目，检测学生对核心知识和概念的掌握与理解，如围绕传感器在自动驾驶汽车中的应用，引导学生发现更多类型的传感器在物联网系统中的创新应用。另一方面，教学评价还要跳出项目情境，运用所学知识进行迁移，让学生有意识、有意愿、有能力去解决生活中的问题，如可以引导学生选择一个主题，根据本活动所学内容，为其配备传感器，思考利用传感器可以实现怎样的智慧功能。
维度 评价指标 评价结果
信息意识 能够了解传感器及其应用，认识传感技术的重要性，能根据问题准确分析信息需求，评估信息来源，辨别信息可靠性，提升自主动手解决问题、掌握核心技术的“数字意识” ☆☆☆☆☆
计算思维 通过剖析“自动避障系统”工作的过程，学生能够认识到传感技术在物联网应用中的作用，能够在学习过程中提出问题、分析问题、解决问题 ☆☆☆☆☆
数字化学习与创新 通过使用“掌控板”模拟避障系统，利用数字化学习平台将知识转化为能力 ☆☆☆☆☆
信息社会责任 通过了解自动驾驶的现状，学生认识到合理使用传感技术的重要性 ☆☆☆☆☆
八、学习流程
本项目学习，将采用基于信息科技学科内容的项目式学习方式来展开，主要环节的学习主题和任务如下图所示。
九、教学过程
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
创设情境明确目标 （1）阅读情境：随着物联网的发展，很多旅游城市都有了共享无人汽车。只要通过 APP 一键召唤，无人驾驶汽车就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。 （2）明确目标：模拟倒车雷达装置，探究智能汽车避障的原理。 （3）头脑风暴： 围绕目标提出心中的疑惑与问题。 □生活中汽车雷达是如何工作的？ □汽车雷达是如何检测障碍物的？ …… 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 明确学习目标。 引入情境问 题，激发学生 的学习兴趣。 引导学生 思 考教师提 出 的问题，为项 目准备活 动 做铺垫。
项目准备分析规划 活动 1：观察生活中的倒车现象 （1）观看视频：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。观察倒车时不同的距离报警提示音。 距离障碍物80cm ( ) 距离障碍物50cm ( ) 距离障碍物 30cm ( ) 距离障碍物 10cm ( ) （2）思考讨论：分组讨论交流，思考并回答教师提出的问题，完成填空。 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。 自主探究，小 组讨论并思考 生活中遇到倒 车时，雷达的 报警提示现 象 ，进一步熟 悉项目情境。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目准备分析规划 汽车离障碍物越 ，报警提示音越 ;这样设计的目的是： 。 活动 2：了解倒车雷达系统组成 （1）了解组成：倒车雷达系统组成中，一般由传感器负责采集距离数据，由控制器分析数据，由扬声器发出不同频率的声音。 （2）绘制草图：结合上述简要分析，请在汽车模型图中，绘制倒车雷达系统组成图，并标注控制器、传感器和扬声器所在的位置。 控制器：在 位置，为什么？ 传感器：在 位置，为什么？ 扬声器：在 位置，为什么？ （3）聚焦问题：结合倒车雷达系统组成图，用语言描述核心问题。 ①倒车雷达是如何检测到障碍物的？ ②当检测到障碍物后，倒车雷达是如何实现报警的？ 活动 3：制定监测系统实现方案 提出任务：结合前面的分析内容，讨论实施方案，制定图中方案内容。 （1）用 采集数据； （2）采集 类型数据； （3）如何根据数据 预警提示。 学习过程：思考教师提出的问题，小组合作制定实施方案。 准备汽车草图，通过 了解倒车雷达系统工 作过程，引导学生完 成控制器、传感器和 扬声器的位置标注。 通过学生绘制的草 图，检验学生学习效 果。 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。 小组讨论、思 考教师提出的 问题，通过绘 制草图，梳理 倒车雷达系统 工作过程，聚 焦核心问题。 通过制定方案 活动，培养学 生的自主探究 学习和小组合 作的能力。
项目实施解决问题 活动 1：选择传感器 传感器的种类很多，根据“模拟倒车雷达”项目的需要，选择适合的传感器，并说明理由。 （1）观看视频：智能汽车有很多功能与传感器相关，如倒车雷达、自动雨刷、胎压检测等。 （2）认识传感器：了解传感器的功能及分类。 自动雨刷： 感应大灯： 胎压检测： 倒车雷达： （3）思考问题：“模拟倒车雷达”选择的传感器是？为什么？ 播放视频，提出问题：智能汽车中有哪些传感器，它们有什么作用？聚焦到“模拟倒车雷达”选择的传感器，并让学生说明理由。 让学生自主学习本知识点 ，按照要求，选择传感器模拟倒车雷达系统，培养学生的自主学习能力和协作意识。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目实施解决问题 活动 2：采集距离信息 （1）了解超声波传感器。 蝙蝠之所以能够在夜晚准确地“看到”猎物，主要是因为它可以用嘴发出超声波，并用耳朵接收返回的信号。蝙蝠通过遇到物体后反射回来的超声波，就可以判断出前方是障碍物还是猎物，以及它的距离、位置、大小、速度和运动方向。 超声波传感器的工作原理与其相似，它通过不断地向指定方向发射超声波，并接收回波，来确定前方物体的距离。 （2）连接设备：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。 （3）编写程序：读取距离数据，如下图所示，将观察读取的数值与实际距离进行对比，填一填。 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，通过修改→观察→验证，让学生理解倒车雷达装置相关代码的作用及参数的意义。 组织学生合作编写程 序，结合项目情境， 优化实现倒车提醒功 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。 让学生通过编 程实现数据采 集，培养他们 的创新意识和 自主学习能 力。 运行程序，测 试系统监测数 据功能，记录 实验数据，培 养学生的观察 能力以及科学 探究能力。
普通 不换行 屏幕显示超声波距离
（4）思考问题。 读取到的数值是： ， 实际测量的距离是： ， 所以超声波传感器采集的是以 为单位的距离信息。 活动 3：编程实现倒车提醒 （1）编程实现：参考程序示例，完成编程。 （2）运行测试：将编写好的程序通过数据线上传到主控板上进行测试，通过调整障碍物与传感器之间的距离，设置提醒声音。小组讨论，在下表中填一填。
距离 危险程度 提示声音
大于1200
1200之间
小于
（3）展示讨论：各小组汇报实验记录单。 （4）归纳总结。
展示汇报项目评价 （1）展示成果。 各小组展示自己的模拟倒车雷达装置，并结合物联网系统，描述倒车雷达的工作过程与原理。 （2）归纳总结。 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 。 结合评价量表，以小组为单位展示成果。 教师对本节课的学习 通过交流与展 示，提高学生 的创新能力和 表达能力。 通过互评、师 评和自评，培 养学生分析问
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
展示汇报项目评价 （3）项目评价。 总结物联网运用传感器采集数据的过程，填写评价量表。 情况与项目完成情况进行综合评价，引导学生填写学生学习手册中的评价量表。 题、解决问题的能力。
总结反思拓展提升 项目总结 （1）能根据生活中物联网的应用场景，分辨使用的传感器类型及功能。 （2）传感器是物联网的重要基础设施，在生产和生活的许多领域发挥着作用。传感器中的检测元件，可将感应到的温度、湿度、亮度、酸碱度、浓度等物理量转变成电信号，如下图所示，将空白处补充完整。 对课堂所学知识点进 行归纳总结，指导学 生填写图中内容。 注重知识的归纳与迁 移。 组织不同层次的学生 完成作业，让所有学 生完成基础性试题， 让学有余力的学生完 成综合性试题。 帮助学生总结 梳理知识结 构、强化重难 点。 留有作业，帮 助学生巩固所 学知识，拓展 提升。通过分 层教学，让不 同层次的学生 都能有所提 高。
汽车雷达 生活实例
作业设计 （1）基础性试题。 如果在智能驾驶的车辆中，使用传感器采集到汽车周边的许多信息，可以如何创新，让汽车更加智能？ （2）综合性试题。 请你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？
十、教学反思
1．让学生充分熟悉项目情境
核心素养导向的信息科技教学，首先要注重项目情境的真实性。本课的情境虽然真实，但学生并不熟悉。建议课前以“汽车倒车雷达的工作过程”为主题，通过观察、上网搜索、乘车体验等活动，充分熟悉项目情境，为项目实施过程中，学生探究做好铺垫。
2．要以学科概念引领实验探究
本课的核心概念为数据采集，在项目实施阶段，要围绕“用什么采集数据→ 如何采集数据→ 如何应用数据”展开。其中，“用什么采集数据”，可以让学生了解传感器的分类及功能，
让学生结合项目需求，选择适合模拟倒车雷达装置的传感器，并说明理由，这里学生的选择是开放的、多元的，可以是超声波、雷达、摄像头等。“如何采集数据”，是以“超声波传感器”为例，通过选择实验器材、连接电路、编写程序，实现模拟倒车雷达装置。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。 “ 如何应用数据”，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，开展实验探究，让学生理解数据采集与数据反馈之间的关系。

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