2.1 汽车雷达避让障碍—— 物联网传感技术 教学设计-2024-2025学年八年级上册《信息科技》（安徽版2024）

2.1 汽车雷达避让障碍—— 物联网传感技术
教学设计
一、学习内容
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、学习基础
本项目的教学对象是八年级学生，他们好奇心强，乐于亲自体验与实践，具有一定的观察能力和分析能力，已具备合作学习的能力。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、问题梳理
1．素养问题
物联网系统中有哪些传感器？
物联网系统中传感器有什么作用？
如何描述传感器的工作过程？
2．项目问题
智能汽车倒车系统由哪些设备组成？
超声波传感器是如何采集数据的？
如何通过编程实现倒车提醒？
四、学习目标与重难点
1．学习目标
（1）项目目标
探究汽车雷达避让障碍的原理。
（2）素养目标
通过实验，探究物联网系统中传感器采集数据的过程。
2．学习重点和难点
（1）学习重点
了解超声波传感器的工作原理；掌握使用超声波传感器实现避障的过程。
（2）学习难点
设计并完成超声波传感器避障实验。
五、学习策略
本项目以汽车雷达如何避让障碍这一真实问题引入，引导学生通过智能汽车倒车雷达的工作过程了解物联网系统组成。通过模拟搭建“倒车雷达装置”实验，探究物联网系统中传感器的作用及运用传感器采集数据的过程。
该实验的核心问题是“数据采集”，围绕“如何采集数据→数据如何应用”展开探究，具体实验过程如下。
六、环境与资源
本项目需要准备如下表所示的实验器材，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。
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
七、学习评价
实验评价可以结合过程性评价和总结性评价。通过实验记录单对自己的实验过程进行评价，判断自己是否完成实验，达成实验目的。除了考察学生的实验记录单和成果外，还应当关注他们在实验过程中的表现。通过填写实验评价表进行自评和互评，可以从实验观察、实验操作、交流合作等不同评价维度设计评价指标。
附：实验评价量表
八、学习过程
1．创设情境，提出问题
观看“无人共享汽车”视频。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。
思考、讨论问题。
问题 1：无人驾驶汽车是使用什么设备检测到障碍物？
问题 2：汽车雷达是如何避让障碍的呢？
设计意图：引导学生思考身边实际问题，激发学生的学习兴趣，从而引出本课的实验探究主题。
2．分析问题，规划设计
（1）观察倒车现象
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，完成实验记录单中的连一连。
（2）了解倒车雷达系统组成
将老师提问学生回答的过程概括为以下几步：老师提问→感官→大脑→回答。将传感器与人类感觉器官等进行类比，帮助理解传感器的作用。在此基础上概括出汽车倒车雷达系统组成：传感器→控制器→扬声器。
用自然语言描述汽车倒车雷达系统的工作过程：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。
（3）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。根据实验需要，小组讨论制定实施方案，准备实验器材，确定实验过程。
学习微课，认识传感器，了解传感器的功能及分类，选择适合的传感器作为实验器材。
根据“模拟倒车雷达”实验的需要，我选择的传感器是 ，理由是：______________________________________________________。
如何采集数据？ 实验1：用 传感器采集数据
如何应用数据？ 实验2：应用数据实现
小组汇报。
设计意图：帮助学生理清实验思路，培养学生小组合作的能力。
3．实验探究，搭建系统
查看实验记录单并进行合理分工，以分组实验的形式进行实验探究。
实验1：用超声波传感器采集数据
（1）连接设备
观看“超声波传感器”微课了解超声波传感器的工作过程。
查阅导学案或观看微课，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
观看微课自主学习编写程序，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。
实验记录：读取到的数值是 ，实际测量的数值是 ，所以超声波传感器采集的是以 为单位的 信息。
小组汇报。
设计意图：通过观看微课学习编程读取距离数据，明确超声波传感器的功能及采集的数据类型，培养学生的观察能力和自主学习能力。
实验2：应用数据实现倒车提醒
（1）设计算法
以小组为单位，思考编写程序的思路，设计算法，将流程图补充完整。
（2）编程实现
观看微课自主学习，小组合作，完善教师提供的半成品代码。将程序写入主控板，运行程序进行测试，实现距离不同时，出现不同的提醒方式。
实验结论：超声波传感器通过超声波测量障碍物的___________信息，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________________设备。
小组汇报。
设计意图：通过编程实现倒车提醒，提升学生的问题解决能力和科学探究能力。
4．总结反思，评价交流
小组分享实验结论。归纳总结本节课的收获。
填写实验评价表，小组完善实验记录单。
设计意图：实时评价、及时反馈、巩固知识，提高学生自我反思和学习能力。
5．拓展提升，知识迁移
思考还能运用哪些传感器制作功能更多的物联网智能系统？思考并仿照样例，进行表格填空。
主题 传感器 实现功能
智能植物补光灯 光敏传感器 提供植物所需的光线
设计意图：通过实验拓展评估学生是否达成素养目标。
九、学习反思
本节课教学首先从“汽车雷达如何自动避让障碍”展开思考，让学生从真实情境入手，采用了流程图的方式来描述物联网智能系统的工作原理和流程。这种直观的展示方式使得物联网应用的工作流程更加清晰易懂，帮助学生更好地理解物联网技术的应用，并培养了他们的思维能力。学生以分组实验的形式进行实验探究，鼓励学生们相互合作、互相帮助。在小组中，学生们可以共同讨论问题、分享思路，从而更好地理解和掌握实验内容。同时，小组成员之间的合作也能够提高实验的效率和质量。实验过程中，为学生提供丰富多样的学习支架，如实验记录单、微课等。这些支架旨在帮助学生更好地理解和掌握实验内容。通过这些学习支架的引导，学生们能够更加高效地完成系统的硬件搭接、编程调试等任务。