第4单元第16课《音乐之声--碰撞传感器的应用》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

《音乐之声--碰撞传感器的应用》教学设计
一、教学目标
1. 知识与技能：
学生能够了解碰撞传感器的基本工作原理。
学生能够掌握使用碰撞传感器制作简易音乐装置的基本方法。
学生能够学会利用编程软件为碰撞传感器编写简单的控制程序。
2. 过程与方法：
通过小组合作，培养学生团队协作和沟通能力。
通过实践操作，培养学生的动手能力和问题解决能力。
3. 情感态度与价值观：
激发学生对信息技术和创意制作的兴趣。
引导学生理解技术服务于生活的理念，培养创新精神。
二、教学重点与难点
1. 教学重点：
碰撞传感器的工作原理及其在音乐装置中的应用。
编程软件的基本操作和控制程序的编写。
2. 教学难点：
如何将碰撞传感器的信号有效转化为音乐声音。
如何编写出具有创意和实用性的控制程序。
三、学情分析
学生已具备一定的信息技术基础，但对于传感器和编程的应用可能较为陌生。学生普遍对实践操作感兴趣，但理论基础相对薄弱。因此，在教学过程中应注重理论与实践的结合，激发学生的学习兴趣和创造力。
四、教学准备
1. 硬件：碰撞传感器、音频输出模块、编程器、连接线等。
2. 软件：编程软件、教学演示课件。
3. 教学环境：配备多媒体设备的教室，确保每个学生都能清晰地看到演示和操作。
五、新课导入
通过播放一段有趣的碰撞传感器音乐装置的视频，吸引学生的注意力，引发他们对碰撞传感器的好奇心和探索欲望。
六、新课讲授
1. 碰撞传感器的基本原理介绍：
解释碰撞传感器的定义和工作原理。
展示碰撞传感器的实物和内部结构。
2. 音乐装置制作步骤详解：
准备好所需的硬件材料，并说明每个部件的作用。
在现代科技发展的浪潮中，硬件设备的连接与编程已成为一项至关重要的技能。本文将详细介绍如何连接碰撞传感器、音频输出模块和编程器，并展示如何使用编程软件编写控制程序，包括程序的基本结构和关键代码解释。
首先，我们来了解如何连接硬件。连接硬件设备需要遵循一定的步骤和注意事项，以确保设备能够正常工作。对于碰撞传感器，我们需要将其正确连接到编程器的对应接口上。一般来说，碰撞传感器具有一对输出引脚，分别用于表示碰撞发生和碰撞未发生的状态。我们需要将这些引脚与编程器的GPIO（通用输入输出）口相连。在连接过程中，务必确保电源极性正确，避免短路和损坏设备。
接下来，我们来看音频输出模块的连接。音频输出模块通常用于播放声音或音乐，可以通过编程器进行控制。连接音频输出模块时，我们需要将其音频输出引脚与编程器的PWM（脉冲宽度调制）口相连。此外，还需要为音频输出模块提供稳定的电源，并确保信号线的连接质量，以获得清晰的音质。
当硬件连接完成后，我们就可以开始编写控制程序了。编写控制程序需要掌握一定的编程知识，如变量、循环、条件语句等。在本例中，我们将使用C语言作为编程语言。首先，我们需要定义各个硬件设备的变量，以便在程序中进行控制。例如，我们可以定义一个表示碰撞传感器状态的变量，以及一个用于控制音频输出模块播放音乐的变量。
在程序的基本结构中，我们需要包含一个主函数（main function），它是程序的入口点。在主函数中，我们可以设置硬件设备的初始化参数，如引脚模式、PWM频率等。然后，我们可以编写一个循环，用于不断检测碰撞传感器的状态。当检测到碰撞发生时，我们可以通过控制音频输出模块播放一段提示音，以提醒用户碰撞已经发生。
关键代码解释如下：
```c
#include
#include
#include // 包含WiringPi库，用于控制GPIO口
#define COLLISION_SENSOR_PIN 0 // 定义碰撞传感器引脚号
#define AUDIO_OUTPUT_PIN 1 // 定义音频输出模块引脚号
int main(void) {
// 初始化WiringPi库
if (wiringPiSetup() == -1) {
printf("Setup wiringPi failed !");
return 1;
}
// 设置引脚模式
pinMode(COLLISION_SENSOR_PIN, INPUT);
pinMode(AUDIO_OUTPUT_PIN, OUTPUT);
while (1) { // 无限循环，检测碰撞传感器状态
if (digitalRead(COLLISION_SENSOR_PIN) == HIGH) { // 如果碰撞传感器状态为高（表示碰撞发生）
tone(AUDIO_OUTPUT_PIN, 1000); // 控制音频输出模块播放1000Hz的提示音
delay(1000); // 持续播放1秒
noTone(AUDIO_OUTPUT_PIN); // 停止播放提示音
}
delay(100); // 每次检测间隔100毫秒
}
return 0;
}
```
以上代码实现了当碰撞传感器检测到碰撞时，通过音频输出模块播放一段提示音的功能。当然，这只是一个简单的示例，实际上我们可以根据需求编写更复杂的控制程序，实现更多的功能。
总之，通过本文的介绍，我们了解了如何连接碰撞传感器、音频输出模块和编程器，并掌握了如何使用编程软件编写控制程序。希望这些知识能够帮助您更好地掌握硬件设备的连接与编程技能，为您的科技创新之路提供有力支持。
3. 学生实践操作：
学生分组进行实践操作，每组配备一套硬件设备。
教师巡回指导，解答学生在操作过程中遇到的问题。
鼓励学生发挥创意，设计具有个性化的音乐装置。
七、课堂小结
1. 总结碰撞传感器的工作原理和应用场景。
2. 回顾音乐装置制作过程中的关键步骤和注意事项。
3. 强调编程软件在控制程序编写中的重要性，并鼓励学生进一步探索学习。
八、作业设计
1. 选择题：
下列哪个选项是碰撞传感器的主要工作原理？
A. 光电效应
B. 压电效应
C. 热电效应
D. 磁电效应
在音乐装置中，碰撞传感器的作用是？
A. 提供音乐旋律
B. 控制音乐节奏
C. 转换声音信号
D. 输出音乐声音
2. 填空题：
在使用编程软件为碰撞传感器编写控制程序时，我们需要先定义传感器的________，然后设置当传感器被触发时执行的________。
一个简单的碰撞传感器音乐装置通常由________、________和________等部件组成。
九、板书设计
《音乐之声--碰撞传感器的应用》
一、碰撞传感器
1. 定义
2. 工作原理
二、音乐装置制作
1. 材料准备
2. 硬件连接
3. 程序编写
三、实践操作
1. 创意设计
2. 团队协作
四、课堂小结
1. 工作原理总结
2. 制作步骤回顾
3. 编程软件重要性
十、课后反思
1. 教师方面：
反思教学过程中的优点和不足，如何更好地激发学生的学习兴趣和创造力。
思考如何进一步优化教学设计和教学方法，提高教学效果。
2. 学生方面：
反思学生在实践操作中的表现，分析他们在制作过程中遇到的困难和问题。
考虑如何针对学生的个体差异和兴趣爱好，提供更个性化的教学支持和指导。