第2单元第7课《昂首阔步--红外传感器和机器人的避障行走》教学设计 2023—2024学年清华大学版（2012）初中信息技术九年级下册

《昂首阔步--红外传感器和机器人的避障行走》教学设计
教学目标
1. 知识与技能
学生能够理解红外传感器的工作原理及其在机器人避障行走中的应用。
学生能够掌握基于红外传感器的机器人避障行走编程基础。
2. 过程与方法
学生能够通过实践操作，学会如何设置和调试红外传感器。
学生能够通过小组合作，完成机器人的避障行走程序设计。
3. 情感态度与价值观
激发学生对机器人技术的兴趣与好奇心。
培养学生的团队合作精神和解决问题的能力。
教学重点难点
教学重点
红外传感器的工作原理及其在机器人避障中的应用。
机器人避障行走的编程实现。
教学难点
红外传感器与机器人硬件的接口设置与调试。
机器人避障行走算法的逻辑设计与实现。
学情分析
学生对机器人技术普遍感兴趣，但在编程和硬件接口方面基础较为薄弱。需要通过直观的教学演示和丰富的实践操作来帮助学生理解并掌握相关知识。
教学准备
清华大学版初中信息技术教材
机器人套件（包含红外传感器）
计算机及编程软件
投影仪或多媒体设备
教学PPT
新课导入
通过展示一段机器人避障行走的视频，激发学生兴趣，并引出本节课的主题——红外传感器和机器人的避障行走。
新课讲授
一、红外传感器的工作原理
红外传感器是一种能够感知红外辐射并将其转换为电信号的装置。在科学技术和工程领域中，红外传感器发挥着至关重要的作用。本文将对红外传感器的概念进行详细介绍，并阐述其在各个领域中的应用和重要性。
一、红外传感器的基本概念
红外传感器是一种基于红外探测器原理的传感器。红外探测器可以感知物体所发出的红外辐射，将其转换为电信号。这种转换过程通常通过红外探测器中的半导体材料实现。当半导体材料受到红外辐射时，其内部电子跃迁，产生电流。通过测量这种电流，就可以获得物体的红外辐射强度。因此，红外传感器是一种非常重要的探测设备。
二、红外传感器的作用与特点
1.作用
红外传感器在众多领域具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：
（1）遥感：红外传感器广泛应用于遥感领域，如气象遥感、环境遥感、遥感图像处理等。通过测量物体发出的红外辐射，可以获得物体的温度、湿度、浓度等信息，从而为遥感应用提供数据支持。
（2）测温：红外传感器具有很高的测温精度，可以实现实时、非接触的温度测量。因此，红外传感器在工业生产、医疗诊断、家电产品等领域具有广泛的应用。
（3）生物医学：红外传感器在生物医学领域具有重要作用。例如，红外传感器可以用于检测人体表面的温度，以诊断疾病；还可以用于监测婴儿体温，防止婴儿发烧。
（4）安防监控：红外传感器在安防监控领域具有重要应用。通过检测物体发出的红外辐射，可以实现夜间监控、隐形监控等功能，提高安防系统的可靠性。
（5）通信技术：红外传感器在通信领域也发挥着重要作用。例如，红外通信技术可以实现无线数据传输，广泛应用于家电遥控、通信设备等领域。
2.特点
红外传感器具有以下几个特点：
（1）灵敏度高：红外传感器能够感知微弱的红外辐射，具有较高的探测灵敏度。
（2）响应速度快：红外传感器具有较快的响应速度，能够实现实时监测。
（3）非接触测量：红外传感器无需与被测物体接触，避免了对物体的损伤和影响。
（4）抗干扰能力强：红外传感器对环境中的电磁干扰、光线干扰等具有较强的抗干扰能力。
（5）体积小、重量轻：红外传感器具有较小的体积和轻便的结构，便于安装和使用。
三、红外传感器的发展趋势
随着科学技术的不断发展，红外传感器在各个领域的应用越来越广泛。未来红外传感器的发展趋势主要包括以下几个方面：
（1）提高探测性能：通过优化红外探测器的结构和材料，提高红外传感器的灵敏度和探测距离。
（2）集成化发展：将红外传感器与其他功能模块集成在一起，实现多功能、高性能的集成化发展。
（3）智能化方向：结合人工智能技术，实现红外传感器的智能化，提高其在实际应用中的智能决策能力。
（4）网络化发展：利用物联网技术，将红外传感器与其他传感器相结合，实现大规模、分布式红外监测网络。
总之，红外传感器作为一种重要的探测设备，在各个领域具有广泛的应用。随着科技的不断进步，红外传感器的性能和应用领域将得到进一步提升，为人类社会的发展做出更大的贡献。
红外传感器的工作原理及其在物体检测中的应用
一、红外传感器的概述
红外传感器是一种将红外辐射转换为电信号的装置，它通过发射和接收红外线，实现对物体的检测、识别和跟踪。红外传感器在众多领域都有着广泛的应用，如自动化控制、遥感、生物医学、环境监测等。
二、红外传感器的工作原理
红外传感器的工作原理主要基于红外辐射的热效应。当红外辐射照射到物体上时，物体会吸收部分红外能量，使其温度升高。红外传感器通过测量物体吸收红外辐射后的温度变化，转换为电信号，从而实现对物体的检测。
三、红外传感器的分类及应用
1.接触式红外传感器：接触式红外传感器通过将红外发射器和接收器紧贴在物体表面，测量物体吸收的红外辐射量。接触式红外传感器适用于对静止或运动物体的检测，如人体温度检测、物料厚度测量等。
2.非接触式红外传感器：非接触式红外传感器通过遥感和空气传输红外辐射，对物体进行检测。非接触式红外传感器适用于远距离物体检测，如无人驾驶汽车的红外探测、森林火灾监测等。
四、红外传感器在物体检测中的应用案例
1.人体温度检测：红外传感器可应用于机场、火车站等公共场所的人体温度检测，及时发现发热病人，预防疫情传播。
2.智能家居：红外传感器可实现家居设备的智能控制，如空调、电视等家电的红外遥控。
3.工业自动化：红外传感器在工业生产中可实现对生产过程的实时监控，如生产线上的物料检测、设备运行状态监控等。
4.无人驾驶汽车：红外传感器在无人驾驶汽车中起到关键作用，通过对周围环境的红外探测，避免交通事故的发生。
5.森林火灾监测：红外传感器可实时监测森林火源，提前发现火灾隐患，减少森林火灾损失。
总之，红外传感器通过发射和接收红外线，实现对物体的检测、识别和跟踪。随着科技的不断发展，红外传感器的应用领域将越来越广泛，为人类生活带来更多便利。
互动问答：通过提问让学生回答红外传感器的应用场景。
二、红外传感器在机器人避障中的应用
1. 机器人避障原理介绍：阐述机器人如何利用红外传感器感知周围环境，避免碰撞。
2. 案例分析：通过实例展示机器人避障行走的实现过程。
3. 小组讨论：学生分组讨论并设计自己的机器人避障方案。
三、机器人避障行走的编程实现
1. 编程环境介绍：展示所使用的编程软件，并简单介绍其基本界面和工具。
2. 代码详解：通过一步步的演示和解释，教授学生如何编写机器人的避障行走程序。
3. 编程实践：学生亲自动手编写代码，教师巡回指导。
四、实践操作：机器人的避障行走
1. 硬件连接指导：指导学生如何将红外传感器连接到机器人上。
2. 调试与优化：学生根据编程结果进行调试，优化机器人的避障效果。
3. 成果展示：学生展示自己的机器人避障行走成果，并进行评价。
课堂小结
1. 回顾红外传感器的工作原理及其在机器人避障中的应用。
2. 总结机器人避障行走的编程实现过程。
3. 强调实践操作的重要性和团队合作的精神。
作业设计
选择题
1. 红外传感器通过哪种方式检测物体？
A. 超声波
B. 红外线
C. 电磁波
D. 可见光
2. 机器人在避障行走时，如果红外传感器检测到前方有障碍物，机器人应该怎么做？
A. 加速前进
B. 减速前进
C. 停止并转向
D. 继续直行
填空题
1. 红外传感器由发射器和接收器两部分组成，发射器负责发射____，而接收器则负责接收被物体反射回来的红外线。
2. 在编写机器人的避障行走程序时，我们需要使用到____语句来判断红外传感器是否检测到障碍物。
板书设计
昂首阔步——红外传感器和机器人的避障行走
一、红外传感器的工作原理
定义
工作原理
二、红外传感器在机器人避障中的应用
避障原理
案例分析
三、机器人避障行走的编程实现
编程环境
代码详解
四、实践操作：机器人的避障行走
硬件连接
调试与优化
成果展示
课后反思
教师方面
学生对红外传感器原理的理解程度如何？
编程实践环节是否足够充分，能否满足学生的学习需求？
课堂互动是否有效，学生的参与度高不高？
学生方面
学生是否能够熟练掌握红外传感器的工作原理？
学生在编程实践中是否遇到了困难，如何帮助他们解决？
学生的团队合作和问题解决能力是否得到了提升？