《組建傳感系統》實驗項目學習設計

李瑞雪

基于新課標的高中信息技術新教材呼之欲出，各地正在加緊試教新教材。新課程即將帶來教學內容新的變革，也必將帶來教學方式新的變化。本期解碼，讓我們走進一線去采訪、觀摩新課標、新教材、新課程背景下的教學吧。

● 實驗項目

教科社《信息系統與社會》實驗課：《組建傳感系統》。

● 實驗目的

（1）通過動手組建紅外傳感系統，體驗和理解信息系統的工作過程。

（2）通過組建并測試紅外線傳感系統，理解傳感器的組成和工作原理。

（3）利用開源硬件組建超聲波測距警報系統，體驗信息的采集、傳輸、判斷等處理過程。

● 實驗內容

（1）組建一個紅外傳感系統。

（2）組建超聲波測距報警系統。

（3）組建一個人體感應燈（選做）。

（4）組建一個溫控風扇系統（選做）。

● 實驗設備

第一組實驗所需硬件：紅外對射傳感器、馬達、風扇葉、底座、主板、藍牙模塊、導線若干、結構件若干、螺絲若干、手機或平板電腦等。

第二組實驗所需硬件：超聲波模塊、有源蜂鳴器、主板、藍牙模塊、導線若干、結構件若干、螺絲若干、手機或平板電腦等。

第三組實驗所需硬件：人體感應傳感器、LED燈、主板、藍牙模塊、導線若干、結構件若干、螺絲若干、手機或平板電腦等。

第四組實驗所需硬件：溫度傳感器、馬達、風扇葉、底座、主板、藍牙模塊、導線若干、結構件若干、螺絲若干、手機或平板電腦等。

● 實驗項目學習實施

課堂環節1：課前準備（課間10分鐘）

（1）實驗項目活動：課前感知。

將提前組建好的一個簡易“智能家居系統”放置于教室門口醒目的位置，該系統有超聲波測距報警功能。當學生進入教室并與該系統距離較近時，蜂鳴器報警，引導學生觀察該“智能家居系統”的功能并討論其構成。

（2）實驗項目指導：體驗。

讓學生一進入教室就能親身體驗物聯網傳感系統，引起學生的好奇，激發學生探索學習的興趣。

課堂環節2：情境導入（5分鐘）

（1）實驗項目活動：實物觀察。

師：同學們，剛剛當你進入教室時聽到了什么聲音？這個聲音是從哪里來的？為什么會有報警聲呢？

實物展示利用物聯網傳感器組建的簡易“智能家居系統”，介紹并展示其功能、組成元器件。

項目導入：今天讓我們一起走進物聯網，變身科技設計師，親手創作一個屬于自己的智能家居系統。

（2）實驗項目指導：學習引入。

通過實物展示和視頻展示，讓學生對智能家居有大致的了解，并導入新課。

課堂環節3：自主實踐，探究新知（20分鐘）

實驗項目活動：基礎篇——實踐出真知。

【實驗一】智能家電：組建一個紅外傳感系統

實驗要求：利用紅外對射傳感器組建簡單的信息系統，設計一個紅外遙控器，完成對風扇的控制。探究紅外對射傳感器、馬達、風扇葉等在系統中的功能，總結整個信息系統的工作過程。

實驗原理：①信息系統。信息系統是一系列相互關聯的對數據和信息進行收集（輸入）、操作、存儲（處理）與傳播（輸出），并提供反饋機制以實現其目標的元素或組成部分的集合。信息系統的功能包括信息的輸入、存儲、處理、輸出和控制。②傳感器。傳感器是一種檢測裝置，相當于人的感覺器官，對于信息的獲取至關重要。它能感受到被測量的信息，并將其按照一定規律轉換為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，是信息獲取和信息轉換的重要手段，是實現現代化測量和自動控制的主要環節。③紅外線傳感器。紅外線傳感器是光敏傳感器的一種，能夠接收紅外線光信號并將其轉換成電信號后輸出。生活中常見的應用紅外線傳感器的物件有紅外線遙控器、紅外線體溫計和自動感應門等。紅外線遙控器由紅外線發射管和接收管組成，當紅外線發射管對準接收管時，接收管可將接收到的紅外線信號轉換成電信號。④馬達。馬達能產生動力，其工作原理是通過通電線圈在磁場中受力轉動帶動轉子旋轉，轉子上的小齒輪帶動飛輪旋轉。

實驗步驟：①組裝線路。自主探究：請在【加油站】中觀看微視頻，參照其進行線路連接——主控板及藍牙連接，紅外對射，馬達驅動模塊。②編程實現。自主探究：請在【加油站】中觀看微視頻《4.第一個物聯網作品》和《5.第一個小程序》，參照其進行編程實現。③調試運行。電路連接好后，將紅外線發射器對準紅外線接收器，發送信號，觀察此時風扇的狀態;移去紅外線發射器，觀察此時風扇的狀態。

實驗項目單填寫：請填寫實驗項目單中的相應欄目。

實驗項目指導：①紅外對射傳感器是由紅外線發射管和接收管組成。當它們對準時，可轉換為電信號，狀態為“是”。因此可利用這一性質制作紅外遙控器，當對準時，控制馬達轉動。②馬達的安裝比較復雜，需要先將馬達固定在支架上，再插上風扇葉，利用馬達的轉動帶動風扇葉的轉動。

【實驗二】智能安防：組建超聲波測距報警系統

實驗要求：利用超聲波測距傳感器組建超聲波測距報警系統，嘗試使用智能主機來控制、管理傳感信號，并進行判斷、處理，以完成報警功能，探究智能化信息系統的工作原理與工作過程。

實驗原理：超聲波傳感器是一種常用的非接觸式傳感器，利用它可以精確地檢測與障礙物的距離，從而實現根據距離的變化做出相應的動作反應。

實驗步驟：①組裝線路，自主探究。請在【加油站】中觀看微視頻《6.超聲波測距》，參照其進行線路連接。②編程實現。請結合自己的理解在APP中寫出程序。③調試運行。通過障礙物、飛行物等測試超聲波測距警報系統，觀察系統的反應，并對照實驗裝置與程序代碼檢測、調整、完善系統。

實驗項目單填寫：請填寫實驗項目單中的相應欄目。

實驗項目指導：①超聲波是一種一定頻率范圍的聲波，它具有在同種媒質中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質的界面處，會產生反射現象。利用這一特性，就可以根據測量發射波與反射波之間的時間間隔，達到測量距離的作用。②有的組在實驗過程中雖然線路、編程都無錯誤，但調試運行時，在滿足條件的情況下，蜂鳴器就是不響。這時應該分析實驗不成功的原因，很可能是蜂鳴器接觸不好或壞了。解決辦法是在桌上摔一下，再試一試。

課堂環節4：展示評價，構建成果（5分鐘）

成果展示：小組展示其制作的作品，教師評價，學生相互評價。

實驗梳理：梳理實驗一、二中你遇到的問題，反思你學到了什么。教師提問并總結以下幾點：①體驗并學會了小型信息系統的搭建。②理解了信息系統的工作過程。③掌握了紅外對射傳感器和超聲波傳感器的應用。④會區分判斷輸入傳感器和輸出傳感器。⑤理解了利用智能主機控制傳感器數據的工作原理。

實驗項目指導：實踐是最好的老師。通過親自動手實驗，學生加深了對傳感器工作原理及功能的理解，更加了解了信息系統。同時，在實驗過程中，學生遇到問題或錯誤也不用慌張，關鍵是學會通過分析找出問題或錯誤點，并知道如何改正。

課堂環節5：情境遷移，深度學習（10分鐘）

實驗項目活動：提高篇——高手專區（選做）。

【實驗三】智能小家電：組建一個人體感應燈

實驗要求：利用人體紅外傳感器組建一個人體感應燈，嘗試當人靠近時，燈開;當人遠離時，燈滅。

實驗原理：人體紅外傳感器被廣泛應用于防盜報警、來客告知及非接觸開關等紅外領域。

實驗步驟：①組裝線路，自主探究。請在【加油站】中觀看微視頻《7.人體紅外》，參照其進行線路連接。②編程實現。請結合自己的理解在APP中寫出程序。③調試運行。觀察是否人靠近時，燈亮;人遠離時，燈滅。

實驗項目單填寫：請填寫實驗項目單中的相應欄目。

實驗項目指導：①人體紅外傳感器雖然是輸入傳感器，但其采集的數據反饋回來的只有兩種狀態——“是”或“否”，這類傳感器稱為“開關傳感器”。②人體感應燈目前在智能家居中應用廣泛，如樓道燈、小夜燈等，是智能家居中必不可少的小家電。

【實驗四】智能家電升級版：組建一個溫控風扇系統

實驗要求：利用溫度傳感器組建溫控風扇系統，嘗試使用智能主機來控制、管理溫度傳感采集的信號，并進行判斷、處理，以完成控制風扇功能：當溫度高時，風扇開;當溫度低時，風扇關。

實驗原理：溫度傳感器是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。

實驗步驟：①組裝線路。請根據自己的理解連接線路。②編程實現。請結合自己的理解在APP中寫出程序。③調試運行。通過改變程序設置的溫度值，觀察系統的反應，并對照實驗裝置與程序代碼檢測、調整、完善系統。

實驗項目單填寫：請填寫實驗項目單中的相應欄目。

實驗項目指導：①這個實驗是實驗一的升級版本，是利用溫度傳感器實現風扇的自動開關。②這也是現代智能家居中常見的智能家電之一。

課堂環節6： 課堂總結，拓展延伸（5分鐘）

師：今天我們學習了物聯網傳感類信息系統的組建，同學們也化身科技設計師，親手設計并實現了智能家居中的一些功能。物聯改變生活，創新驅動發展！下面我們以小米智能家居的科技案例來結束今天的課程。

視頻展示《智能家居小米科技時代》，一起體驗智能家居的魅力。

課堂環節7：課后作業

請結合本節課所學與生活實際，發揮自己的想象，完善你的智能家居系統的功能，進一步制作出一件優秀的創新作品。