第17课 自动跟踪-红外传感器和碰撞传感器的综合应用 教学设计　　-粤教清华版初中信息技术九年级下册

上课时间上课时间第17课自动跟踪——红外传感器和碰撞传感器的综合应用教学设计-粤教清华版初中信息技术九年级下册2025年12月任课老师任课老师魏老师教学内容分析教学内容分析一、教学内容分析本节课主要教学内容为粤教清华版初中信息技术九年级下册第17课“自动跟踪——红外传感器和碰撞传感器的综合应用”，包括红外传感器与碰撞传感器的工作原理、信号特性，两者在自动跟踪装置中的协同工作逻辑，以及基于Arduino平台的硬件连接（传感器与微控制器接线）与软件编程（条件判断、电机控制逻辑实现自动跟踪路径）。学生已有知识涵盖传感器基本概念、数字/模拟信号读取方法、简单控制结构（if-else语句）及基础电路搭建能力，本节课是在此基础上通过项目实践，实现传感器数据的综合处理与自动跟踪功能的设计与调试。核心素养目标核心素养目标二、核心素养目标信息意识：通过红外与碰撞传感器数据采集分析，理解自动跟踪中信息获取与处理逻辑，提升对传感器应用场景的敏感度。计算思维：设计传感器协同工作逻辑，运用条件判断等编程实现自动跟踪路径，培养抽象建模与算法设计能力。数字化学习与创新：基于Arduino平台完成硬件连接与软件编程，提升综合实践与创新设计能力。信息社会责任：规范使用传感器与编程工具，认识技术应用中的安全与伦理问题，培养负责任的技术应用意识。教学难点与重点教学难点与重点三、教学难点与重点1.教学重点，①红外传感器与碰撞传感器的工作原理及信号特性；②两种传感器在自动跟踪装置中的协同工作逻辑；③基于Arduino平台的硬件连接方法（传感器与微控制器接线）；④自动跟踪功能的软件编程实现（条件判断、电机控制逻辑）。2.教学难点，①红外与碰撞传感器数据的综合处理与分析；②自动跟踪路径的条件判断逻辑设计与优化；③硬件连接中的故障排查与调试；④软件编程中逻辑错误对跟踪效果的影响及修正。教学资源准备教学资源准备四、教学资源准备1.教材：确保每位学生均有粤教清华版初中信息技术九年级下册第17课教材，重点标注红外传感器与碰撞传感器相关章节。2.辅助材料：准备传感器工作原理示意图、硬件接线图、自动跟踪装置运行演示视频及常见故障排查流程图表。3.实验器材：每组配备ArduinoUNO主板、红外传感器模块、碰撞传感器模块、直流电机、L298N电机驱动板、面包板、杜邦线及5V电源，检查器材完整性与电路安全性。4.教室布置：设置6组实验操作台，每组配电脑（用于编程调试），预留分组讨论区，确保学生操作空间与教师巡视通道畅通。教学过程教学过程**环节一：情境导入，激发兴趣（5分钟）**

（教师手持简易自动小车模型）同学们，今天我们让小车自己"看见"障碍物并自动转向！请看，当小车靠近障碍物时，它自己会停下或转向，这靠什么实现呢？对，就是传感器！今天我们就来学习第17课——用红外传感器和碰撞传感器制作自动跟踪装置。请打开教材第68页，快速浏览"自动跟踪"项目目标，思考：小车如何同时"看"到前方和侧面的障碍物？（学生翻阅教材，教师巡视）

**环节二：新知探究，突破重点（25分钟）**

**1.传感器原理深化（10分钟）**

（教师展示红外传感器模块）请观察课本图17-3，红外传感器如何检测障碍物？当发射管发出红外线，遇到障碍物反射被接收管捕获，模拟引脚电压变化。现在请用万用表测量：当手靠近传感器时，模拟引脚电压从5V降到多少？（学生分组测量，记录数据）很好，电压降至2V以下触发检测！

（教师切换至碰撞传感器）再看图17-5，碰撞传感器本质是微动开关。当小车撞击障碍物，开关接通，数字引脚输出低电平。请用杜邦线短接碰撞传感器VCC和GND，用LED测试数字引脚状态——按下开关时LED亮还是灭？（学生操作，验证低电平触发）

**2.协同工作逻辑（8分钟）**

（教师板书逻辑图）根据课本表17-2，自动跟踪需要两种传感器配合。当红外检测到前方障碍物（电压<2V），小车应后退；当碰撞传感器触发（低电平），小车需转向。请用if-else语句描述逻辑：

```

if(红外电压<2){

后退();

}elseif(碰撞==LOW){

左转();

}else{

前进();

}

```

（学生分组讨论，教师引导补充条件优先级）

**3.硬件连接实操（7分钟）**

（发放实验器材）按课本图17-6连接电路：红外传感器A0接模拟口，碰撞传感器D2接数字口，电机驱动板IN1/IN2控制左轮，IN3/IN4控制右轮。注意！接线前务必断电！请检查：

-红外传感器VCC接5V，GND接地

-碰撞传感器VCC接5V，GND接地，SIG接D2

-电机驱动板VCC接外接电源，控制板接Arduino5V

（学生分组接线，教师逐一指导纠正）

**环节三：编程调试，突破难点（40分钟）**

**1.基础代码编写（15分钟）**

（教师投影代码框架）请完成以下任务：

①读取红外传感器模拟值（analogRead(A0)）

②读取碰撞传感器数字值（digitalRead(D2)）

③实现前进、后退、左转函数（控制电机引脚高低电平）

（学生编写代码，教师巡视提示：注意电机驱动板逻辑，如IN1=HIGH/IN2=LOW时左轮正转）

**2.协同逻辑调试（15分钟）**

（设置典型故障）现在故意在代码中遗漏碰撞检测：

```

if(红外电压<2){

后退();

}else{

前进();//缺少碰撞判断！

}

```

请测试：当小车侧面撞击障碍物会怎样？（学生测试发现小车继续前进）如何修正？对！添加elseif分支。请优化代码，确保两种传感器独立触发。

**3.故障排查（10分钟）**

（教师列举常见问题）若小车不响应红外信号：

-检查传感器是否对准障碍物（课本图17-4安装角度）

-用SerialMonitor打印A0值，确认电压是否变化

若碰撞检测失效：

-用杜邦线短接碰撞传感器SIG和GND，验证是否输出LOW

（学生分组排查，教师指导万用表测量）

**环节四：项目实践，创新应用（20分钟）**

（发布分层任务）

**基础组**：完成课本P72"做一做"，实现自动避障小车。

**进阶组**：增加蜂鸣器，当检测到障碍物时报警（参考课本P70蜂鸣器接线）。

（学生分组实践，教师重点指导进阶组：蜂鸣器引脚设置tone()函数）

**环节五：展示评价，总结提升（10分钟）**

**1.成果展示（6分钟）**

（每组演示小车运行）请说明：

-红外传感器检测距离如何设定？

-碰撞传感器灵敏度如何调整？

（学生互评，教师点评关键点：如红外检测距离与发射功率正相关）

**2.课堂总结（4分钟）**

（教师引导学生归纳）今天我们掌握了：

①红外传感器通过模拟电压检测障碍物

②碰撞传感器通过数字信号触发物理碰撞

③两种传感器协同实现自动跟踪逻辑

请思考：如何用超声波传感器替代红外？对比优缺点（学生讨论，教师补充超声波精度更高但成本高）

**作业布置**

1.完善实验报告：记录调试过程及解决方案（参考课本P73表格）

2.拓展任务：为小车添加循迹功能（结合第16课红外循迹知识）学生学习效果学生学习效果1.**传感器原理掌握**

学生能准确描述红外传感器通过模拟电压变化检测障碍物（课本P68），理解电压降至2V以下触发检测的原理；掌握碰撞传感器作为微动开关的工作方式（课本P69），明确数字引脚输出低电平表示碰撞触发。通过实际测量，90%学生能独立使用万用表验证传感器信号变化。

2.**硬件连接能力提升**

学生能根据课本图17-6正确完成电路连接：红外传感器A0接模拟口、碰撞传感器D2接数字口、电机驱动板IN1/IN2控制左轮、IN3/IN4控制右轮。85%小组能一次性完成接线，并规范处理电源正负极，避免短路风险。

3.**编程逻辑实现**

学生熟练运用if-else语句实现传感器协同逻辑（课本P70表17-2），能编写基础代码：

```cpp

if(analogRead(A0)<2){后退();}

elseif(digitalRead(D2)==LOW){左转();}

else{前进();}

```

80%学生能独立完成电机控制函数（前进/后退/左转），并理解电机驱动板引脚高低电平与转向的对应关系。

4.**故障排查技能**

学生掌握常见问题解决方法：

-红外检测失效：检查传感器安装角度（课本P69图17-4）及电压变化

-碰撞检测失效：用杜邦线短接SIG与GND验证低电平输出

-电机不转：检查驱动板供电电压是否达标（课本P71）

75%学生能在5分钟内定位并修复典型故障。

5.**项目实践能力**

基础组100%完成自动避障小车（课本P72"做一做"），实现红外检测障碍物时后退；进阶组60%成功添加蜂鸣器报警功能（课本P70），通过tone()函数实现碰撞时蜂鸣。

6.**创新思维拓展**

学生能结合前序知识（第16课红外循迹）提出改进方案：

-增加超声波传感器提升检测精度

-优化逻辑实现"先避障后转向"的跟踪策略

部分小组在课后尝试修改代码，实现多传感器数据融合。

7.**技术规范养成**

学生养成规范操作习惯：接线前断电、用SerialMonitor调试（课本P72）、记录实验数据（参考课本P73表格），85%实验报告包含完整调试过程及解决方案。

8.**学科素养达成**

-信息意识：能分析传感器数据在自动跟踪中的核心作用

-计算思维：通过逻辑抽象实现条件判断与路径控制

-数字化学习：熟练使用Arduino平台完成软硬件协同开发

-信息社会责任：规范使用实验器材，理解技术应用的安全边界

分层教学效果显著：基础组掌握核心知识点，进阶组具备独立设计能力，所有学生均达成课程标准要求（课本P67单元目标），为后续智能控制系统学习奠定坚实基础。作业布置与反馈作业布置与反馈1.作业布置：

①基础巩固：完成课本P73“实验报告”，记录自动跟踪装置的调试过程（包括红外检测距离设定、碰撞灵敏度调整）、故障现象及解决方法，重点标注两种传感器协同逻辑（参考课本P70表17-2）。

②能力提升：优化自动避障小车代码，实现“先红外检测后退，再碰撞检测转向”的优先级逻辑（结合课本P71电机控制示例），并尝试将红外检测阈值从2V调整为1.5V，记录小车运动变化。

③拓展创新：设计一个包含红外传感器、碰撞传感器和超声波传感器的综合方案，说明三者如何协同提升自动跟踪的准确性（参考课本P68传感器特性对比）。

2.作业反馈：

①批改实验报告时，重点关注传感器数据记录的完整性（如红外模拟电压变化范围、碰撞传感器触发电平值）及故障排查步骤的规范性，对逻辑混乱处标注“需参考课本P70条件判断结构”。

②代码优化作业中，若学生遗漏碰撞检测分支，反馈“补充elseif语句（课本P70示例）”；若电机转向错误，建议“检查电机驱动板IN1/IN2引脚电平组合（课本P71图17-7）”。

③拓展方案批改时，肯定多传感器融合的思路，对可行性不足处提示“对比超声波与红外检测优缺点（课本P68）”，鼓励结合第16课循迹知识完善设计。内容逻辑关系内容逻辑关系①传感器原理与协同逻辑

重点知识点：红外传感器模拟电压检测、碰撞传感器数字信号触发

关键词：模拟引脚电压变化、数字引脚低电平、条件判断结构

关键句：红外传感器通过发射与接收红外线检测障碍物，碰撞传感器通过物理接触触发信号；根据表17-2设计两种传感器协同工作逻辑，实现自动跟踪路径控制

②硬件连接与软件编程

重点知识点：Arduino平台电路搭建、电机控制逻辑实现

关键词：VCC/GND接线、模拟/数字引脚分配、if-else语句

关键句：按图17-6连接电路，红外传感器A0接模拟口，碰撞传感器D2接数字口；通过控制电机驱动板IN1/IN2、IN3/IN4引脚电平，实现前进、后退、左转功能

③实践应用与知识迁移

重点知识点：自动避障功能实现、多传感器融合拓展

关键词：故障排查、阈值调整、循迹功能

关键句：结合课本P72“做一做”完成基础避障，参考P70蜂鸣器接线添加报警功能；利用第16课红外循迹知识，设计包含碰撞检测的自动跟踪系统，提升路径规