智能家居系统-厨房火焰报警器-初中-信息-教学设计

智能家居系统——厨房火焰报警器牛婧媛西安滨河学校一、教材分析（一）教材的地位及作用本节课是创客选修课的Arduino板块第12节内容。厨房火焰报警器主要运用火焰传感器和蜂鸣器元件，实现对外界的火焰强弱程度作出判断后发出不同频率声音的进行报警的装置。完成此项目需要融合物理学科中的电路基础、计算机学科的编程思想，将火焰传感器和蜂鸣器元件有效连接到控制板后通过编程实现制作一个应用于厨房的简易火焰报警器。学生在完成的过程中理解不同学科间的相互联结、相互促进；学生提升了在团队中制定目标、合理分工、共同努力解决问题的能力。（二）教学目标1.情感目标：通过ArduinoUNO创意作品的展示，感受火焰传感器在火焰的检测和蜂鸣器提醒的制作与乐趣，调动学生学习Arduino的兴趣，激发学生乐于运用Arduino制作创意作品、解决生活问题的愿望。2.能力目标：（1）对比火焰传感器与蜂鸣器的功能，分析这两种电子元件在火焰报警器中的作用。（2）设计出厨房火焰报警器的电路图，并按照图连接电路。（3）能够修改火焰报警器的程序，并进行调试。3.知识目标：（1）通过欣赏创意作品，了解制作项目需要的一般过程。（2）识记程序中if语句的结构和参数设置。（三）教学重点及难点1.本节课的重点：火焰传感器的功能以及在整个系统中的作用，电路设计与搭建。2.本节课的难点：if语句的结构和项目制作中的问题分解能力。二、教法渗透（一）情景导入法：本节课通过各种创意制作的关于火焰传感器的作品视频展示，让学生发现用运用火焰传感器和蜂鸣器可以创意制作出丰富的作品，引出厨房火焰报警器的需求，让学生由需求分析各个功能的制作，激发学生应用火焰传感器和蜂鸣器进行创作的积极性。（二）直观演示操作步骤法：演示火焰传感器和蜂鸣器的电路连接步骤，教师边操作边讲解电路连接重点与易错点。小组合作探究：探究任务分小组讨论，理解火焰传感器编程与调试的关键点，分析火焰传感器中模拟值的输入的重要性，同时把该模拟值赋值给变量，成为蜂鸣器发声的值，仿照案例程序编写自己的程序。三、学情分析（一）知识基础在前面基础课程的学习中，学生已经认识了ArduinoUNOR3开发板、ArduinoIDE以及ArduBlock，了解了简单的电路知识，能够正确连接蜂鸣器的引脚，能够复制粘贴并读懂简单程序，了解模拟输入和输出，这些都是本节课完成厨房火焰报警器的基础；（二）思维能力能够掌握蜂鸣器和火焰传感器元件的使用，能通过引导逐层完成创意制作，能够将生活中简单的功能联系到所学的硬件，学生有较强的动手操作能力。（三）认知心理学生有较强的求知欲和表现欲，但小部分学生存在不自信，不敢大胆尝试。根据学生的实际情况，本课时我刻意对内容进行了重新整合、作品的展示做了调整。尊重学生现有的知识水平和认识差异，着眼学生的个性发展，把握课程整体目标。四、学法指导（一）合作学习：合作学习是指学生通过分工合作共同达成学习目标的一种学习方式。本节课将在课堂活动中以五人小组为单位，让他们围绕着课堂任务分工合作，在活动中相互探讨、相互交流、相互合作，从而获得知识、技能和情感体验，发展他们的能力。（二）创设情景和有意义的任务活动，激发学生的学习热情，培养他们的动手能力，发挥他们自己的主观能动性，把被动的学习变为主动学习。五、教学程序设计1.环节一导入在各种创意制作的作品展示视频中拉开序幕，各种功能的创意制作让我们运用所学解决了生活中的需求。今天老师带来了一个有趣的作品，它可以检测厨房环境火焰发出不同频率的声音，从而起到报警、提示等作用。它在生活中广泛运用，可以成为智能家居的一部分，帮助人们及时了解厨房里是否有非做饭时间段的火源，从而提醒人们的居家安全。2.环节二合作探究（1）探究1：火焰传感器利用红外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接收管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到控制板中。通过观察火焰报警系统，发现要想实现环境火焰的检测，可以使用火焰传感器实现，发声报警可以通过蜂鸣器实现，请同学们思考这些元件哪个是输入哪个是输出，他们在系统中起到什么作用，他们采集或接收的数据类型是什么，并完成表格。先个人思考，再小组讨论。时间（10分钟）【探究提示】制作厨房火焰报警器的工作步骤可以分解为：采集外界环境火焰——控制板分析数据——发出声音报警，按照该步骤分解，填写下表：步骤分解元件或函数实现I/O判断接几号针脚数据类型采集环境火焰分析环境火焰的强弱发出声音（2）探究2：控制板接收到火焰传感器采集的火焰信息，需要作出判断，判断的功能由程序中的IF语句实现，现在结合流程图与if语句的结构，完成程序填空。时间（15分钟）【探究提示】1.如果采集到的环境火焰强度大于600，代表发生火灾，则蜂鸣器发声，否则没有火灾，蜂鸣器不发声。用流程图表示：结合下面if语句的使用方法，实现条件判断：if（条件1）{语句1;语句2;……}如果if后面的条件满足，则执行{}内的语句。如果采集到的环境火焰强度大于600，则蜂鸣器发声，结合if语句的格式填空：if(_______________)//当模拟值大于600时蜂鸣器鸣响{digitalWrite(_______,________);}else{digitalWrite(_______,_________);}3.环节三总结（1）探究一小结：1.功能分析步骤分解元件或函数实现I/O判断接几号针脚数据类型采集环境火焰火焰传感器InputA0模拟分析环境火焰的强弱If///发出声音蜂鸣器Output8数字2.电路连接（2）探究二小结：程序设计intflame=A0;//定义火焰接口为模拟A0接口intBeep=8;//定义蜂鸣器接口为数字8接口intval=0;//定义数字变量voidsetup(){pinMode(Beep,OUTPUT);//定义蜂鸣器为输出接口pinMode(flame,INPUT);//定义火焰传感器为输入接口Serial.begin(9600);//设定波特率为9600}voidloop(){val=analogRead(flame);//读取火焰传感器的模拟值Serial.println(val);//输出模拟值，并将其打印出来if(val>600)//当模拟值大于600时蜂鸣器鸣响{digitalWrite(Beep,HIGH);}else{digitalWrite(Beep,LOW);}delay(500);}4.环节四拓展延伸火焰报警器在生活和学习中还有哪些场合可以帮助我们更好的了解环境火焰，从而作出提示呢？如果想要为消防员制作一个智能提示温度等级的衣服，在消防员救火时，提示不同情况下的温度等级，需要添加什么元件，程序又该怎么设计呢？环节五课后教师感悟本活动最大的特点是学生通过层层深入的探究问题，解决了厨房意外发生火灾时，进行报警的装置的电路连接和程序编写，通过探究提示等材料的支撑与引导，实现了教师主导，学生主体，以探究厨房火焰报警器的功能、选择元件、设计电路、编辑程序、调试作品为主线，实现了硬件的综合应用和if判断的使用。活动探究任务有层次，内容丰富，学生可以自由选择系统的适用环境，根据不同需求进行制作，这样可以最大限度激活课堂。学生作品展示较丰富。学生体验了制作一个