第二单元 第二节 丰富多样的传感器 教案 川教版（2024）信息科技七年级上册

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第2.2课《丰富多样的传感器》教学设计
课题 物联网的智能感知 单元 第二单元 学科 信息技术 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能够让学生了解物联网感知层的传感器技术，涵盖消防喷淋、环境监测、设备数据采集等不同场景的应用形式。计算思维：能够分析不同传感器的工作原理差异，让学生理解 “信号感知 - 转换输出 - 数据采集” 的协作逻辑。数字化学习与创新：能够借助项目实施、实践活动（如传感器选择、温度监测实验）探索传感器应用，尝试设计其在生活中的创新监测场景。信息社会责任：能够认识到传感器技术对生活安全、环境监测效率的提升价值，理解其在多领域优化生活与工作的积极影响。
教学重点 理解传感器原理、类型及选型逻辑，掌握传感器与主控板连接、数据采集编程的实操方法。
教学难点 结合实际场景（如消防喷淋）精准选择传感器，熟练完成硬件连接与数据采集编程操作。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.2课 丰富多样的传感器学习目标1.通过查阅资料，了解传感器的类型和工作原理。2.通过分析传感器应用实例，学会根据实际情况选择传感器。3.能够连接传感器与主控板，并通过实验平台读取和显示数据。新知导入欢欢：博士爷爷，在自动消防喷淋系统中我们可以选择哪种传感器来监测火灾的发生呢 这些设备又是如何工作的呢 博士爷爷：这需要深入探讨传感器的工作原理和功能，传感器就像我们的眼睛和耳朵一样，能够感知周围环境的变化，并收集信息。（观看视频） 观看视频，思考消防喷淋系统传感器选型问题。 激发学生探究兴趣，自然引出传感器核心主题。
讲授新课 新知讲解：一、传感器的原理传感器是指能感受被测量信号并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。温度传感器通常利用对温度敏感的材料制造。当周围环境的温度升高时，温度传感器中敏感材料的电阻值会发生变化，这个变化的电阻值被转换成电信号，从而实现环境温度的感知。超声波传感器则利用了超声波的特性来进行距离测量。这类传感器发出超声波信号，并接收反射自目标物体的回声，根据发出和接收信号之间的时间差异来测定与目标物体的距离。 二、传感器的类型 传感器种类繁多，功能各异。传感器在物联网中扮演着“感官”的角色，使得物体能够具有类似人类的触觉、嗅觉味觉和听觉等感知能力。传感器有多种分类方法，这里介绍最常用的一种。根据被测物理量的不同，传感器可以分为位移、速度、温度、力矩、压力和加速度传感器等。这种分类方法揭示了每种传感器的特定用途，有助于用户根据实际需要选择合适的传感器类型欢欢：原来我们生活中有这么多的传感器，要搭建消防自动喷淋系统，我应该如何选择呢 博士爷爷：我们可以根据火灾发生时的特点来选择传感器。欢欢：我知道啦，火灾发生时温度会升高，会产生烟雾和火焰。三、传感器的选择在物联网的应用中，我们要根据实际需求和应用场景来选择和使用传感器。为了实现准确且响应迅速的体温检测，我们可以选用高精度的红外温度传感器。检测实验室或居室的空气温度和湿度通常采用数字温湿度传感器，这些设备能够连续且准确地提供环境数据。对于液体介质温度的监测，则需要使用专门设计的液体温度传感器，它不仅具备防水能力，还能抵抗液体腐蚀，确保长期稳定运行。通过细致地选择适合的传感器，我们可以在各种环境下实现精准的数据收集和监测。物联网应用中还可能用到其他类型的传感器，比如压力传感器、速度传感器、噪声传感器等，以获取我们所需的数据。每种传感器的选择都应基于性能参数可靠性、成本以及与系统的兼容性。随着传感技术的不断发展、物联网应用领域的不断增加，未来将有更多的传感器被开发出来，以更好地服务于各类智能应用与设备。项目实施任务一:请分析火灾发生时的特点，查阅资料，结合所学知识，为消防自动喷淋系统选择合适的传感器，以监测火灾情况。（观看表格）欢欢：小小传感器，真的可以监测到环境数据变化吗 博士爷爷：我们通过一个小实验来了解传感器数据的读取与显示过程吧。四、数据的读取与显示1.硬件连接动手实践，利用主控板和温度传感器，读取并显示环境的温度。2.程序编写在编写程序之前，我们需要先进行算法设计，明确问题解决步骤。以温度传感器监测环境温度为例，温度传感器循环读取并显示温度值的流程图如下图所示。在明确算法流程后，选择一个软件编程平台进行程序编写。项目实施任务二:数据的读取与显示，(1)请尝试改变环境的温度，如启动空调系统，使用温度传感器监测并将环境温度的变化情况记录在下表中。你能得出什么结论 （观看表格）结论:温度传感器能够实时、准确地监测环境温度的变化。 (2)请查阅资料、交流讨论，了解火灾发生时温度变化的特征。思考:在消防自动喷淋系统中，如果用温度传感器来监测火灾的发生，温度设定在多少摄氏度时打开喷淋装置最合适 火灾温度变化特征：火灾发生时，环境温度会在短时间内快速、大幅升高（如从常温迅速升至几十甚至上百度）。喷淋温度设定思考：消防自动喷淋系统中，温度传感器的设定温度通常选择 68℃（这是消防喷淋头的常见动作温度，环境温度达到该值时启动喷淋）。实践活动请选择其他类型的传感器，通过硬件连接与编程，读取并显示传感器采集的数据，进一步探索其作用。1.我想要采集的数据:环境空气湿度。2.我选择的传感器:数字温湿度传感器。3.硬件连接:将温湿度传感器的接口（如 SCL、SDA）与主控板对应的接口连接（参考图 2-2-9 的连接方式）。4.流程图：（观看图片）5.程序的编写:参考温度传感器程序，将 “读取温度” 模块替换为 “读取湿度” 模块，逻辑为：初始化温湿度传感器→循环读取湿度并打印→等待 1 秒（以 pinpong 库为例，代码逻辑与温度监测类似）。6.记录传感器采集的数据并说一说传感器的作用:示例数据：空调开启前湿度 60%，开启后湿度 50%（实际以测量为准）；传感器作用：实时监测环境湿度，为调节环境湿度（如除湿、加湿）等场景提供数据支持。拓展阅读遥感传感器人类的感知能力有限，不能看得很远，也无法捕捉过于微小和微弱的光。太空的高度，对大多数人来说更是无法企及。遥感技术通过先进的传感器等仪器，拓展了我们的感知能力，突破了我们的局限。中国成功发射了超过 40 颗民用陆地观测卫星，装备了上百个遥感传感器，实现了对地球表面信息的全方位捕捉。这些传感器利用多光谱、高光谱、热红外和微波等多种遥感技术，覆盖从可见光到微波的广泛电磁波谱范围，能够收集地球表面物体的强度、相位及极化信号，并进行多角度立体成像。在气象领域，遥感卫星为天气预报和气候研究提供关键数据。在环境保护方面，监测森林、湿地、海洋污染等信息，帮助制定环保政策。在农业中，应用卫星数据优化作物种植，提升效率，减少资源浪费。这些遥感技术极大丰富了我们对地球的理解，推动了科学研究和资源环境管理向前发展，是人类观测世界的一大突破。五、课堂练习完成课堂练习30-31页。六、拓展延伸1、柔性传感器特点柔性传感器质地柔软、可弯曲，适配曲面或动态场景，如穿戴设备、机器人皮肤。采用柔性材料制作，不影响被测物体运动，拓展了传感器在柔性电子领域的应用。2、传感器校准方法传感器校准需用标准信号源对比输出值，调整误差。定期校准（如每 3-6 个月）可消除元件漂移影响，尤其在精密测量场景中，校准是保障数据有效的关键步骤。3、传感器供电要求多数传感器需稳定直流供电，电压范围通常为 3-5V。供电不稳会导致数据漂移、信号失真，实际应用中需搭配稳压电源，避免与大功率设备共用电路。4、传感器信号类型 传感器输出信号分模拟信号（如电压、电流）和数字信号（如高低电平）。模拟信号需经模数转换才能被主控板识别，数字信号可直接传输，适配不同控制电路需求。 倾听讲解，理解传感器组成及温感、超声原理。学习按物理量分类，知晓传感器“感官” 作用。分析场景需求，学习不同场景传感器选型方法。结合火灾特点，为消防喷淋系统选适配传感器。学习硬件连接方法，理解编程算法与流程。实验监测温度变化，讨论火灾温变特征与设定。选择温湿度传感器，完成连接、编程与数据采集。阅读遥感传感器资料，了解其多领域应用价值。阅读资料，讨论柔性传感、校准、供电及信号类型要点。 帮助学生掌握传感器核心工作机制与原理。让学生明确传感器分类逻辑及功能关联。培养学生根据实际需求选传感器的能力。锻炼学生场景分析与传感器选型应用能力。引导学生掌握数据采集的基础操作技能。让学生通过实操深化温度传感应用认知。提升学生动手实操与数据处理应用能力。拓宽学生视野，知晓传感器高端应用场景。帮助学生掌握拓展知识，深化传感器技术认知。
课堂小结 《丰富多样的传感器》课程小结：本节课聚焦物联网感知层核心——传感器技术，系统讲解了温度、烟雾、超声波等常见传感器的分类、工作原理及应用场景，重点分析了消防喷淋系统的传感器选型逻辑，并通过实操掌握了传感器与主控板的连接及数据采集编程流程。传感器的精度、适配性及使用细节直接影响应用效果，其在安全防护、环境监测中的实用价值显著。希望大家学以致用，提升数字化应用与创新能力。 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、选择1个生活场景（如居家安防、植物监测），设计传感器应用方案，说明选型依据及数据采集逻辑。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
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