2.6小型信息系统的组建 教学设计

2.6小型信息系统的组建 教学设计 课程基本信息 学科 信息技术 年级 高一 学期 春季 课题 小型信息系统的组建 教学目标 1.信息意识：通过体验动手组建红外传感控制系统、超声波自主避障系统，认识信息系统的基本功能，体验和理解信息系统的工作过程，树立合理选择、利用信息系统的意识。 2.计算思维：通过无人驾驶探测车信息系统的组建，理解信息系统各要素之间的联系，通过探索、体验信息系统的不同功能，认识红外传感控制系统、超声波自主避障系统的工作原理及应用领域。 3.数字化学习与创新：通过组建并测试红外传感控制系统、超声波自主避障系统深入理解信息系统的组成、功能、原理、优化过程，为以后的数字化创新打下基础。 4.信息社会责任：树立正确地选择、使用、评估信息系统为社会服务的意识，合理利用信息系统促进社会发展。 教学重难点 教学重点： 1. 通过体验红外传感控制系统、超声波自主避障系统的组建，体验和理解信息系统的功能及工作过程。 2. 通过调试红外传感控制系统、超声波自主避障系统，理解红外线传感器、超声波传感器的组成及工作原理，体验信息系统不断优化的过程。 教学难点： 1. 无人驾驶探测小车信息系统的组建。 2. 红外线传感器、超声波传感器的组成及工作原理。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 引入模型： 引入祝融号、玉兔号无人驾驶探测车模型。 展示总项目结构： 视频演示无人驾驶探测车的红外遥控功能及自主避障功能，让学生对本次项目有所了解，引入新课。 观看无人驾驶探测车视频，了解本节课所要完成的总项目任务。 引入课题 展示整体项目框架。 信息系统 组成介绍 1.信息系统的概念介绍 2.无人驾驶探测车的构成介绍 （1）传感器：基本原理介绍 （2）智能主机：Arduino电路板及Arduino IDE 介绍 （3）小车动力系统介绍：左前后轮动力组、右前后轮动力组 （4）连接线路：面包板及排线展示，本次实验使用的扩展驱动板展示 学生了解无人驾驶探测车信息系统的基本组成部分。 展示无人驾驶探测车信息系统的基本组成部分，让学生体验信息系统的组成。 【体验组建无人驾驶探测车实验】 实验一： 组建 红外传感 控制系统 实验要求： 利用红外线传感器组建无人驾驶探测车的红外传感控制系统，通过红外线遥控器进行小车前进、后退、左转、右转的测试，体验信息系统的组建及工作过程。 实验目的： 1.通过动手组建红外传感控制系统，体验和理解信息系统的工作过程。 2.通过调试红外传感控制系统，理解红外线传感器的组成和工作原理。 3.通过利用Arduino平台搭建无人驾驶探测车的红外传感控制系统，体验信息的采集、处理、输出等的过程。 实验设备： 小车动力底座（含供电电源）、Arduino电路板、扩展驱动板、红外线遥控器、排线若干，组建如图： 工作原理： 1.红外线传感器工作原理介绍。（微课视频展示辅助学习） 2.零部件展示：小车红外线发射端—红外线遥控器（上下左右键对应信号代码介绍）；红外线接收端已在扩展驱动板集成。 3.程序解析：（1）定义小车动力系统对应引脚；（2）定义红外线遥控接收信号及对应引脚；（3）定义小车动力系统运动参数；（4）定义红外传感器接收到参数后执行相应的动力系统程序。 实验步骤： 学生活动： 1.认识设备； 2.组装部件； 3.连接线路； 自主探究： 观看学习任务单及微视频，参照视频演示进行部件及线路连接。 （1） 组装Arduino电路板与扩展驱动板； （2）连接扩展驱动板与小车动力模块。 4.编译并上传控制程序。 5.调试运行。 （1）电路连接好后，用红外线遥控器控制小车，看是否能正常运行。 （2）思考：在什么样的情况下，红外线接收器将无法接收红外线发射器发出的红外线信息？ 学生动手组建红外传感控制系统，体验和理解信息系统的工作过程； 通过调试红外传感控制系统，理解红外线传感器的组成和工作原理； 通过Arduino平台控制无人驾驶探测车系统，体验信息的采集、处理、输出等的过程。 实验二： 组建 超声波 自主避障系统 实验要求： 利用超声波传感器组建无人驾驶探测车的超声波自主避障系统，通过超声波自主避障系统控制小车在遇到障碍物时自主转弯避障，自主寻找前进方向，体验信息系统的组建、工作及优化过程。 实验目的： 1.通过动手组建超声波自主避障系统，体验和理解信息系统的工作过程。 2.通过调试超声波自主避障系统，理解超声波传感器的组成和工作原理。 3.通过Arduino代码的优化，体验信息的采集、判断、调试、优化等过程。 实验设备： 小车动力底座（含供电电源）、Arduino电路板、扩展驱动板、超声波传感器、排线若干组建如图： 工作原理： 1.超声波传感器测距工作原理介绍。（微课视频展示及辅助学习） 2.零部件展示：超声波传感器组成介绍。 3.超声波测距程序解析： (1)定义超声波传感器对应引脚；(2)定义小车动力系统前进、右转、左转、停止等状态下的函数；(3)定义超声波测距函数。 实验步骤： 1.添加超声波传感器； 2.固定小车二层零部件； 3.连接线路。 自主探究： 观看学习任务单及微视频，参照视频演示进行零部件及线路连接。 (1)添加超声波传感器； (2)组装小车二层零部件，固定超声波模块； （3）将模块连接至扩展驱动板上。 4.编译并上传控制程序。 （1）打开超声波测距程序。 （2）在测距程序中分别添加自主避障程序代码组一、二、三，分别体验小车在不同代码模块下的避障能力，并画一画小车避障轨迹。 5.调试运行。 学生通过组建超声波自主避障系统，体验和理解信息系统的工作过程； 调试超声波自主避障系统，理解超声波传感器的组成和工作原理； 通过代码的优化，体验信息的采集、判断、调试、优化等过程。 三组代码运行情况分析 三组代码运行情况分析：代码组一：小车在如图所示的地图中运行，二次遇障仍然右转，就会原路返回，没有实现最优避障路线。 代码组二：优化代码，实现二次遇障后180度转弯，优化避障路径。 代码组三：增加了在无障碍物状态下小车全速运行的场景，提高了小车运行效率。 思考：通过超声波自主避障系统的组建，想一想，在组建信息系统过程中，我们需要注意哪些问题？ 学生体验信息系统功能的优化过程。 实验总结 教师总结本次实验中的注意点及常见问题 学生填写实验评价表。 实验评价 课堂小结 1.体验并学会小型信息系统的组建； 2.理解信息系统的工作过程； 3.掌握红外线传感器和超声波传感器的应用； 4.体验利用智能主机Arduino控制小型信息系统的过程，感受程序的优化对信息系统的作用。 学生总结本节课所学内容。 总结课堂内容。 学科网（北京）股份有限公司 $$