教学设计《智能电扇》

7/7智能电扇课题：智能电扇（第3章第1节）一、教材分析本课是第3章第1节。这节课主要内容是学习如何组合应用多种传感器解决生活中的实际问题，并以智能电扇为例，让学生动手实践采用不同的传感器来感知环境，从而改变电扇的工作方式。小组合作，通过优化程序和调试程序完成相关的程序编写，最终完成智能电扇制作项目。二、学情分析在本节课学习之前，学生已经学习过红外传感器、超声波传感器、温度传感器等，对不同传感器有了初步的认识，这些都为机器人综合学习奠定了基础，学生通过组合应用机器人的多种传感器创新设计出智能机器人，利于创新能力的培养。三、教学目标1.深度理解超声波传感器、人体红外传感器等多种传感器的特点和应用；2.学会选择不同的传感器进行组合使用，设计复杂功能的智能电扇；3.能够完成相应的程序编写，学习在简单条件判断的基础上，通过条件嵌套的编程方法实现项目功能的优化。4.在小组合作中，通过对项目的分析和实施，激发学生的创造热情，从而提高动手解决实际生活问题的能力。四、教学重点与难点1.重点不同传感器的组合应用（组合创新设计）。2.难点组合条件嵌套的编程方法。 五、教学方法与手段合作学习法、项目学习法。六、课时安排安排1课时。七、教学准备1.教学场地机房（安装了教育机器人平台的计算机）。2.资源设备多种传感器、相关模块等。八、教学过程1.兴趣导入（1）教师活动与学生活动播放一段机器人视频，展示机器人在生活中的应用。机器人有一定的感知能力、判断能力和执行能力，我们可以通过装备多种不同传感器的机器人解决生活中的一些实际问题，比如：通过组合多种传感器制作灭火机器人、通过搭建灵巧的机械结构制作捡球机器人、通过编写更复杂的程序制作走迷宫机器人。你还了解哪些生活中的机器人应用？（2）设计意图通过视频、实例，感受机器人技术的应用与发展，激发学生学习兴趣。2.创设情境，引出项目（1）教师活动与学生活动炎热的夏天马上就要到来了，你是否希望能拥有一款个性化的智能电扇呢？生活中传统的电扇很简单，你希望电扇有哪些智能表现呢？学生回答：希望实现智能开关控制、感应速度调节等。引出项目：今天就让我们一起来动手制作个性化的智能电扇。项目分析：智能电扇需要借助传感器来感知环境。如何感知环境，针对不同的环境做哪些反应？答：各种传感器的作用不同，因此可以选择实验不同的传感器来达成同学们的想法。（2）设计意图创设情境，激发学生兴趣，让学生先初步设计功能，培养个性化设计的能力。3.深入了解传感器（1）教师活动与学生活动a.深入了解不同传感器的特点教师提问：请举例说明，你所了解到的传感器应用的生活实例。学生回答：倒车雷达采用了超声波传感器；冰箱、微波炉等家电中都有温度传感器的使用等等。活动探究：比较不同的传感器作用。具体要求：请每一组同学根据实验报告的要求，在四种传感器中选择一或两种，连接好传感器，并编写程序读取传感器的输入数据，记录不同条件下的数据值，分析传感器的作用和设想应用场景。b.应用场景的智能判断如下eq\o\ac(○,1)用手靠近电扇，检测到有人，电扇自动启动；eq\o\ac(○,2)人距离电扇较近，风扇速度变快；远离电扇，风扇速度变慢；eq\o\ac(○,3)人距离电扇200厘米内电扇运行，超过200厘米电扇停止；eq\o\ac(○,4)大声喊叫，电扇启动；再次大声喊叫，电扇停止；eq\o\ac(○,5)环境温度超过24摄氏度电扇运行，低于24摄氏度电扇停止；eq\o\ac(○,6)环境温度越高，电扇速度变快；环境温度变低，电扇速度变慢（温度传感器）。(2)设计意图a.复习传感器的作用和基本工作原理、搭建方法及编程。了解不同传感器可以实现的个性化的智能效果。b.设想各种传感器对应的智能判断，为下面的项目设计及编程打好基础。4.制作智能电扇（项目实训）(1)教师活动与学生活动a.项目方案设计请2人小组讨论，设计一定的电扇应用需求场景，选择由两种（或以上）的传感器实现对电扇的智能控制（写在实验报告中）。教师指导小组组合创新方案设计。展示交流2个或3个小组的方案设计。例如：利用人体红外传感器和超声波传感器组合判断环境的变化，从而控制电扇的工作模式；利用超声波传感器和温度传感器组合判断环境的变化，从而控制电扇的工作模式。b.结构设计与搭建教师提供所需要的材料，指导学生完成搭建；小组合作根据项目设计完成结构设计并动手搭建。教师提供材料的接口说明。c.编程实现实例1：节能人体感应电扇。功能：当人体红外传感器检测到有人，电扇开始工作，否则停止；并且人体距离电扇5厘米内电扇高速转，超过5厘米电扇低速转。分析1：当人体红外传感器检测到有人，电扇开始工作，否则停止。分析2：当人体红外传感器检测到有人时，再次判断人与超声波之间的距离，如果小于5厘米，说明人离电扇近，需要更强的风，电扇高速运转，否则低速运转。YYd.测试与优化智能电扇在运行过程中可能遇到一些问题，请小组讨论，分析原因和解决方法。如：无法准确检测到有人、电扇响应不灵敏等。实例2：节能声控温控电扇功能：大声喊叫，电扇启动；再次大声喊叫，电扇停止，并且当环境温度高于25摄氏度，电扇高速转；低于25摄氏度，电扇低速转。思考：要用到什么传感器？如何设置具体参数？分析1：大声喊叫，电扇启动；停止喊叫，电扇停止。分析2：再次大声喊叫，电扇停止，并且当环境温度高于25摄氏度，电扇高速转；低于25摄氏度，电扇低速转（或停止）。定义变量Sw记录状态；定义变量t记录温度值；当检测到较强声音时（＞80），改变状态以停止检测声音传感器，并延时1秒。拓展思考：如何根据声音和温度的变化控制电扇速度的线性变化？如：设温度值的范围15—30；声音值是：100—250Y=(250-100)/(30-15)*(x-15)+100(2)设计意图a.小组合作完成方案设计，通过组合创新设计锻炼学生能力。学生交流分享项目方案。b.动手实践，完成搭建。c.分步完成编程；在简单条件判断的基础上学习并掌握条件嵌套的编程方法。eq\o\ac(○,1)通过判断是否监测到有人，实现对电扇工作模块的控制。eq\o\ac(○,2)通过复杂条件的判断，实现两种传感器对智能电扇的组合控制。eq\o\ac(○,3)声音传感器的使用。d.首先，通过检测声音的值是否达到预设值，实现对电扇工作模块的控制。其次，注意在声音传感器超出设定值后，应加入合适的延时，防止多次读取传感器数据，判断错误。通过编程进一步理解。再次，使用条件嵌套的编程实现声音传感器和温度传感器的组合使用。理解传感器读取数据范围与电机速度之间的对应关系及换算方法。5.项目进阶及交流展示(1)教师活动与学生活动根据不同电扇应用需求场景，我们可以在电扇上组合应用不同类型的传感器并设计程序，制作个性化的智能电扇作品。