第2章 02超声波传感器（教学设计）-初中信息技术九年级同步教学设计+视频+图片（苏科版2018）

超声波传感器 课题：超声波传感器（第2章 第3、4课时或第4、5课时） 一、学科核心素养 通过多种项目活动，实践超声波传感器的工作方式，以提升学生的思维和创新力。 二、教材分析 《超声波传感器》是苏科版信息技术9年级教材第二章“项目探索”中的教学内容，主要讲述了超声波传感器及机器人避障的原理及算法。这部分教学内容是后续课程的基础，起到了一个知识储备的作用。 三、项目主题 认识超声波传感器、完成制作避障机器人及相应项目活动。 四、学情分析 在本节课学习之前，学生已经了解“开源机器人”的相关知识及“xDing编程软件”，并在第一章节中学习过红外传感器，可以说在传感器的应用上已经具备了一定的基础，这些都为超声波传感器这部分内容的学习提供了帮助，将更加有利于学生完成本节课的学习任务，掌握本节课的知识内容。 五、项目目标和教学要求 通过本节课的学习让学生了解超声波传感器的结构、原理及应用；理解避障机器人的原理和算法；具备一定的读程能力及编程能力；增强学生的团队精神、创新意识及创造能力。 六、教学重点与难点 １．重点 （1）超声波传感器的工作原理。 （2）设计与调试避障机器人。 2．难点 （1）程序的调试编写。 （2）避障机器人算法的理解。 七、教学方法与手段 讲授指导法、合作学习法、项目教学法。 八、课时安排 １课时。 九、项目准备 “开源机器人”、“xDing编程平台”、部分程序代码。 十、活动过程 （一）项目导入 教师：同学们，蝙蝠一般都在夜间飞行的，还能捕捉飞蛾和蚊子；而且无论怎么飞都不会和东西相撞，即使一根极细的电线，它也能灵巧地避开。难道它的眼睛特别敏锐，能在漆黑的夜里看清楚所有的东西吗？蝙蝠能够在夜间安全的飞行依靠的是什么？ 学生：积极讨论，充满探索欲望。 教师：蝙蝠利用的是声音和耳朵。它一边飞，一边从嘴里发出一种声音。这种声音叫作超声波，人的耳朵是听不见的，蝙蝠的耳朵却能听见。超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物就反射回来，传到蝙蝠的耳朵里，蝙蝠就立刻改变飞行的方向。 引出主题：今天我们就将围绕“超声波”来开始我们的学习。 （核心素养下的设计意图）通过蝙蝠夜间飞行的这一具体情境导入，激发学生的探究欲望，引出教学内容。 （二）介绍超声波及超声波传感器 通常人类耳朵能听到的声波频率为20 Hz-20000 Hz。因此，我们把频率高于20000 Hz的声波称为“超声波”。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点，它的应用非常广。（可以适当展示超声波在各行各业应用的实例） 利用超声波的方向性强，可以反射和折射的原理，把超声波发射出去，遇到障碍物被反射回来，由接收器接收，再计算从发射到接收到反射波所用时间来获取距离的传感器，称之为超声波传感器。（可以适当展示超声波传感器的原理图和传感器的照片） （核心素养下的设计意图）通过讲解让学生充分地理解超声波传感器的原理，这样不仅仅能够丰富学生的知识储备，同时也能够激发学生的学习积极性和主动性，为接下来的学习做铺垫。 教师：同学们，能不能在我们的身边找一个超声波传感器的应用实例呢？ 学生：积极讨论，给出答案。 教师：给出预设答案——我们身边最常见的超声波传感器的应用就是汽车倒车雷达，倒车雷达的主要部件就是超声波传感器。那么倒车雷达的工作流程是什么样的呢？（倒车雷达的工作流程算法） 图1 （核心素养下的设计意图）知己知彼才能百战不殆，知晓原理就是成功的一半。通过这部分内容的讲解，培养学生运用算法思维去分析问题、解决问题的能力。 （三）项目体验：超声波传感器避障 1．项目分析 结构分析：观察“开源机器人”的结构组成，了解超声波传感器的位置。 程序分析：在“xDing编程平台”中打开“超声波传感器测距停车控制.sb2”文件，了解分析程序算法。程序中通过设置变量“cj”为读取到的超声波传感器到障碍物之间的距离，具体的停车距离可以根据场地情况自行调整（如下图）。 图2 2．项目测试 分组合作尝试修改程序参数，并下载到机器人的主控芯片中执行，观察机器人的运动状态。 3．项目讨论 分组合作观察机器人的运动状态，分析可能存在的问题，尝试解决问题。比如运行速度比较快的情况下突然停车，会由于惯性导致停车不精确等。 （核心素养下的设计意图）通过对程序的分析、讲解及调试，进一步加深学生对于超声波传感器工作原理及工作算法的理解，促进后续内容的学习。 4．项目优化 通过超声波传感器循环检测机器人到障碍物之间的距离，根据距离不同可以设置不同的前进速度，直至达到限定距离停止。程序中可以通过添加条件语句的方式来实现分段控制速度（如下图）。 图3 修改程序：进入“xDing编程平台”，打开“超声波传感器测距停车控制.sb2”，修改程序实现倒车过程中倒车速度和超声波传感器测得距离的联