第二单元探索1 物联网的传感技术 教学设计 2025-2026学年 苏科版八年级信息科技 上册

该初中信息科技教学设计聚焦“物联网的传感技术”，以谜语“指南针”导入，引导学生通过小组合作探究延伸感觉器官功能的工具，再类比人体感觉器官构建传感器认知支架，衔接传感器原理与应用的学习。 亮点在于多维度实验探究，如利用智能开发板采集声音、光线数据，模拟倒车雷达验证超声波传感器应用，结合视频演示与编程实践，培养信息意识与计算思维，提供实操案例，助力学生提升探究能力，方便教师开展互动教学。

学校八年级信息科技学科教案 教学 内容 第二单元 探索1 物联网的传感技术 上课时间 总第 课时 教学 目标 （1）通过体验智能交通应用，认识到感知技术是连接物理世界与数字世界的桥梁。 （2）分析生活中的传感器应用场景，认识常见的传感器，能根据需求和传感器的特点选择合适的传感器。 （3）学习并遵守物联网实验室的操作规范，学会使用传感器采集数据，能理解传感器的简单工作原理。 （4）通过模拟倒车雷达的工作过程，验证倒车雷达选择超声波传感器的理由。 教学重点、难点 教学重点：认识传感器，理解传感器的原理，了解传感器的广泛应用。 教学难点：传感器的工作原理。 教学 准备 物联网实验室。 教学流程 （一）认识感知技术 教师活动：展示谜语形如钟表不是表，不报钟点和分秒。中国古人发明它，东南西北巧引导。 学生猜一猜，谜底是什么？发明这件物品的作用是什么？ 学生活动：猜出谜底是“指南针”，作用是帮助人们识别方向。 教师活动：介绍指南针是利用磁铁在地球磁场中的南北极性而制成的一种指向装置，从而引出新课。 1.认识延伸感觉器官功能的工具 教师活动：同学们还知道人类发明了哪些工具用以延伸感觉器官的功能？ 学生活动：小组合作，探究人类发明了哪些工具来延伸感觉器官功能，帮助人类获取不能直接感知的信息。完成下表。 教师活动：分享小组填写的表格内容，并进行活动总结——工具的发明让原本难以获取的信息变得触手可及。 2.认识传感器 教师提问：在万物互联的时代，如何让各种设备也具有“感觉器官”呢？请分析教材图2-5中的设备，它们在工作时被用于感知哪些信息？ 学生活动：思考并回答问题，电子体重秤感受面板上的压力、温湿计感受环境中的温度和湿度、烟感报警器感受空气中烟雾的浓度、智能手环能感受人体的睡眠时长、心率、血压、行走等变化…… 设计意图：展示生活中的常见设备，引导学生由设备功能转向对设备工作原理的思考，帮助学生更好地理解传感器的功能。 教师活动：在这些物联设备中，都有一个检测装置，叫“传感器”。传感器能将感受到的信息，如温度、湿度、压力、光照等被测量，按照一定规律转换成电信号或其他所需形式的信号输出，以满足信息的显示、传输、处理等需求。 教师活动：请学生再次进行小组合作，将传感器与人体的感觉器官进行类比，完善下表。 教师活动：分享小组填写的表格内容，并进行活动总结一一正是因为物联网中有如此丰富的传感器，物联网才能准确感知各类信息，并传输和处理信息。 设计意图：传感器就像人体的感觉器官，能够感知外界的各种信息。学生在这一环节需要充分思考有哪些不同感知能力的传感器以及它们在不同场景中的应用，加深对传感器功能的理解。此外，教师还需要引导学生探究传感器可以接收哪些人类不能直接感知的信息，以及其在现实中的应用。 3.探究讨论：传感器是感觉器官的延伸 教师活动：自动驾驶汽车是智能交通中的一个典型应用。利用先进的传感器和计算技术，汽车能够在没有人类干预的情况下实现自主导航和驾驶。教师播放视频，介绍“自动驾驶汽车”的原理。 请各位同学上网收集资料，并以小组为单位尝试分析一为了实现自动驾驶，汽车需要采集哪些数据？为获取这些数据，需要安装哪些传感器？将结果填人下表中。 师生活动：学生结合查阅到的资料，进行小组间的分享交流。师生共同讨论方案的可行性。 教师活动：引导学生思考物联网中的数据安全问题，注意保护个人隐私。 设计意图：本环节是将各种传感器与实际场景相结合，培养学生的方案规划和设计能力。学生经历了功能设计、问题解决和传感器选择3个过程，这也是本单元项目中需要学生培养的能力。有了前面的铺垫学习，学生在后续的项目开展中将会更加得心应手。 （二）认识传感器的原理 教师活动：播放“环境噪声的危害”视频，引发学生对噪声污染的讨论。提出驱动问题一一如何采集和显示环境中的声音数据？尝试利用智能开发板开展实验活动。 1.实验探究：声音数据的采集 （1）认识智能开发板。 教师活动：展示多种传感器的实物，介绍其测量的物理量。智能开发板集成了声音传感器、光线传感器等，能够感知外部环境。演示智能开发板的各个部件功能学生活动：对照实物，寻找板载传感器的所在位置，认识图标。 （2）学习硬件连接。 学生活动：将数据线的Type-C端口连接到智能开发板上，将USB端口连接到计算机上。教师活动：强调实验规范，禁止带电插拔设备。 设计意图：首次开展物联网实验，需要培养学生的实验规范，让其自觉遵守物联网实验室的操作规程。 （3）认识编程环境。 学生活动：启动编程软件，在菜单中选择相应的串口设备，在软件中选择“连接智能开发板”。 教师活动：首次使用智能开发板，需要执行“设置”菜单中的“烧录固件”命令，进行固件升级后才能使用。 设计意图：学生初次接触智能开发板和编程软件，教师需要将基础知识、操作规范、准备工作等做详细介绍，为学生后续熟练使用实验器材开展实验做好知识储备。 教师活动：组织学生开展实验，体验声音数据的采集过程，并完成实验报告。 （4）编写程序。 教师活动：在编程软件窗口的左侧，我们可以根据需要选择模块中的指令，进行图形化编程。演示在“循环”“文本”“输入”模块中找到相应语句。编写程序，实现声音采集功能。 对照代码讲解各条语句的作用：“打印声音值”指令可以通过声音传感器采集环境声音，并将采集的数据显示在控制台上。通过“一直重复”的循环，等待1秒后可重复执行以上指令。 学生活动：模仿程序编写，将代码下载至智能开发板中并运行，在控制台中观察数据值的变化情况。 （5）实验记录。 学生活动：改变声音环境（如靠近声音传感器说话、拍手等），观察并记录数据值的变化，完成下表。 教师活动：组织学生讨论实验结果，进行实验总结，得出实验结论——通过实验，我们发现声音传感器可以采集环境的声音值并将其数字化，并且声音越大，显示的数值越大。 （6）迁移应用。 教师活动：自动驾驶汽车可以利用光线传感器感知道路情况，从而调整车辆的行驶方向和速度。学生利用智能开发板进行环境光线的采集实验，并完成实验报告。 学生活动：利用智能开发板中集成的光线传感器，参照声音值的采集方法，编写程序，进行实验探究。通过改变环境光线强度（如用手遮挡光线传感器、改变光源等），观察并记录控制台中数据值的变化，完成下表。 教师活动：组织学生讨论实验结果，进行实验总结，得出实验结论——通过实验，我们发现光线传感器可以采集环境的光线值并将其数字化，并且光线越明亮，显示的数值越大。 设计意图：无论是声音值数据的采集还是光线值数据的采集，在传感器的使用还是代码的编写方面，两者都有许多的相似性。教师可以将光线值数据的采集实验作为迁移任务，此环节不需要过多地讲解和演示。 2.分析传感器的工作原理 教师活动：回顾实验过程，提问学生一声音传感器如何实现声音的采集？带领学生观察智能开发板中的声音传感器，展示各种集成声音传感器的设备，如声控开关、噪声检测仪等。 学生活动：发现这些设备中都含有传声器（话筒）。 教师活动：结合视频讲解声音传感器的原理，并让学生尝试结合传感器的定义总结出一般传感器的工作原理。 学生活动：思考并尝试总结一般传感器的工作原理。 教师总结：传感器的主体一般由敏感元件、转换元件组成。敏感元件能获取被测物体的某种信息，完成传感功能。转换元件能将敏感元件获取的测量值转换成可处理的电信号。 例如，声音传感器的敏感元件有电容式驻极体话筒等，光线传感器的敏感元件有光敏电阻、光敏二极管等。它们能敏锐地感知环境变化，再通过内部的转换元件将模拟信号转换成数字信号，实现物理世界与数字世界的连接。 设计意图：在项目实验后，通过回顾，分析声音传感器的结构和工作原理，进而迁移到其他传感器也是通过敏感元件进行信息转换的，便于学生归纳总结出一般传感器的工作原理。 （三）传感器的选择和应用 教师活动：播放“汽车驶入停车场”的视频，让学生思考在智能交通中，智能停车系统是如何判断停车位有无车辆的。提示学生可以结合不同场景进行分析，如智能路边停车系统、智能地下停车场等。 学生活动：思考不同场景中分别使用了哪些传感器。 教师总结：车位检测系统通常使用地磁感应、压力感应、红外感应、超声波感应、视觉识别等方法。人们往往可以根据具体的应用场景、需求和传感器的特点来选择合适的传感器。 设计意图：在传感器的选择中，面对同样的需求，因为场景的不同，选择的传感器也不尽相同，学生可以通过后续活动和实验进行学习检验。 教师活动：通常汽车会配备倒车雷达来实现避障。我们将利用智能开发板开展实验，模拟倒车雷达的工作过程，实现避障功能。 1.认识倒车雷达 教师活动：播放“汽车借助倒车雷达停车”的演示视频，请学生描述过程。学生活动：车辆实时测量距离障碍物的距离，当距离小于一定数值时发出警报。 教师活动：请学生思考倒车雷达通常选用何种传感器。 学生活动：思考并回答问题。 2.认识超声波传感器 教师活动：展示超声波传感器，联系生活中常见的超声波应用还有二维超声（B超）、超声波洗镜片、洗牙.....超声波是指频率高于20000 赫兹、超过人听觉上限的声波。特点是传播的方向较强，常用于测距。超声波如何用来测距？ 学生活动：思考并回答问题。 教师活动：介绍超声波传感器的结构。超声波传感器既能发射超声波，也能接收超声波。发射端发射的超声波在空气中传播，碰到障碍物则立即反射并被接收端接收。通过测量超声波的往返时间，即可计算出障碍物与传感器之间的距离。 设计意图：超声波传感器的工作原理较为抽象，但结合八年级学生在物理课中已学习过声音相关知识的学情，本部分可结合图示进行测距原理的讲解。 3.外接超声波传感器 学生活动：观察超声波传感器的结构。 教师活动：介绍超声波传感器的四个部分一一电源端VCC、发送端Trig、接收端Echo、接地端GND：用杜邦线连接扩展板和超声波传感器，注意连线的规范。一般来说，使用红色线连接电源的VCC接口，使用黑色线连接接地的GND 接口，Trig/Echo所连接的扩展板数字接口编号可以自己选择，记录Trig和 Echo的接口编号。 学生活动：使用杜邦线将智能开发板和超声波传感器进行连接，并记录Trig 和 Echo的接口编号。 设计意图：向学生介绍搭建实验设备的注意事项，连线时认清端口、避免设备短路、不要带电插拔设备，防止使用不当带来安全风险。 4.调用拓展模块 教师活动：启动编程软件，在“扩展”模块中添加外接传感器，加载“hcsr04超声波传感器”。 学生活动：添加外部传感器。 5.实验过程 （1）使用超声波传感器测距。 教师活动：组织学生利用超声波传感器持续测量物体之间的距离或高度，并将结果显示在OLED 显示屏上，完成实验报告。 学生活动：正确接线，进行程序编写，将代码下载至智能开发板中并运行。小组合作，测量物体之间的距离或高度，在OLED 显示屏中观察数据结果，将结果填写在教材表2-3中。学生活动：交流实验结果。 教师总结：通过实验，我们发现本次实验使用的超声波传感器可测量的距离范围是2~400厘米。超声波传感器主要用于短距离测距，通过在汽车尾部安装多个超声波传感器，能使汽车感知周边障碍物的距离，及时发出警报。经过实验验证，超声波传感器可以作为汽车的倒车雷达。 设计意图：通过实验，学生初步体验超声波测距的过程，测量超声波测距的范围，论证使用超声波传感器制作倒车雷达的可行性。 （2）模拟倒车雷达的工作过程。 教师活动：组织学生模拟倒车雷达的工作过程。根据超声波传感器测量的距离，适时发出避障的提示。要求当倒车距离小于30厘米时，发出提示。 教师活动：讲解智能开发板中集成的蜂鸣器的功能和位置，并在软件中添加对应的模块，对照代码介绍编程中的分支结构的逻辑_ 6.实验小结 教师活动：结合前面两个实验的结果，让学生阐述选择超声波传感器作为倒车雷达的理由，思考自动驾驶汽车是否可以使用超声波传感器作为行驶避障元件。 学生活动：讨论并回答问题. 教师总结：①不同的超声波传感器的测距范围不同，测距范围可在2~1 000厘米，满足倒车测距的需求。②超声波传感器的灵敏度适中，有较强的穿透能力，受环境干扰较小，可在低速倒车时提供反馈信息③超声波传感器成本低廉，性价比高，适合大面积推广使用。但声波需要经过多次反射才能被超声波传感器接收，导致测量结果存在误差。而自动驾驶汽车在行驶过程中速度较快，如果仅使用超声波传感器作为避障元件会存在安全问题。 设计意图：在智能交通系统中，为了实现避障功能，人们可以结合不同的应用场景和需求选择多种传感器。在项目实施后，学生进行项目复盘，通过实验总结超声波传感器的特点，验证倒车雷达选择超声波传感器的可行性。 学科网（北京）股份有限公司 $