教科版 (2019)必修2 信息系统与社会2.6 小型信息系统的组建教学设计

这是一份教科版 (2019)必修2 信息系统与社会2.6 小型信息系统的组建教学设计，共4页。教案主要包含了实验名称，实验目的，实验内容，实验设备，实验项目实施等内容，欢迎下载使用。

组建传感系统实验
【实验目的】
1. 通过动手组建红外线传感系统，体验和理解信息系统的工作过程。
2. 通过组建并测试红外线传感系统，知道传感器的组成和理解传感器的工作原理。
3. 利用开源硬件（如Arduin、micr:bit等）组建超声波测距警报系统，体验信息的采集、传递、判断等处理过程。
4. 根据两组实验分析信息系统的工作过程，体会信息系统在现代社会中的作用，并且能够理解其在社会应用中的优势和局限性。
【实验内容】
1. 组建一个红外传感系统。
2. 组建超声波测距报警系统。
【实验设备】
第一组实验所需硬件：红外线遥控器、开关三极管、小马达、风扇叶、底座、单节电池盒一个、两节电池盒一个、3节电池、直角铁架、扎带、导线若干、螺丝若干。
第二组实验所需硬件：电脑、开源硬件（如Arduin）、超声波模块、有源蜂鸣器、电源、导线若干、面包板、固定盒等。
【实验项目实施】
一、引入
教师活动：（将课前准备好的声控灯系统放置在讲台上）该声控灯系统的功能为当声音达到一定的响度的时候，其中的灯会自动亮起。当学生进入实验教室时发出的声音会使声控灯亮起，进而引起学生们探究的欲望，激发他们学习的兴趣。
学生活动：当学生进入实验教室发出声音的时候，声控灯亮起。
教师活动：提问学生在日常生活中是否见到过类似的场景？你们所见到的声控灯与我们这个有没有不同之处？唤起学生的生活经验。
学生活动：思考在日常生活中什么时候见到过声控灯。请学生进一步观察声控灯的功能，并讨论其构成以及可能的工作原理。
教师活动：带领学生进行实物观察。在实物展示中，向学生们展示利用物联网传感器组建的简易声控灯系统，介绍并展示其功能、组成元器件。
现在，让我们一起走进物联网，变身科技达人，动手制作一个属于自己的智能控制系统。（通过实物展示和视频展示，让学生对智能控制系统和传感器有初步的了解，并引入新课）
二、实验原理
教师活动：请各位同学阅读教材，对信息系统及几种传感器进行学习和讨论。我们主要分析传感器的工作原理。
1.传感器。
传感器是一种检测装置，相当于人的感觉器官，对于信息的获取至关重要。它能感受到被测量的信息，并将其按照一定规律转换为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，是信息获取和信息转换的重要手段，是实现现代化测量和自动控制的主要环节。传感器的结构如下图所示。
2.红外线传感器。
红外线传感器是光敏传感器的一种，能够接收红外线光信号并将其转换成电信号后输出，其原理如下图所示。生活中常见的应用红外线传感器的物件有红外线遥控器、红外线体温计和自动感应门等。
三、实验一 组建红外传感系统
实验要求：利用红外对射传感器组建简单的信息系统。设计并组建红外遥控器，完成对风扇的控制。探究红外对射传感器、马达、风扇叶等在系统中的功能，总结整个红外控制风扇信息系统的工作过程。
实验器材：
1.红外线传感器。
红外线传感器是光敏传感器的一种，能够接收红外线光信号并将其转换成电信号后输出。 生活中常见的应用红外线传感器的物件有红外线遥控器、 红外线体温计和自动感应门等。红外线遥控器由红外线发射管和接收管组成。当红外线发射管对准接收管时，接收管可将接收到的红外线信号转换成电信号。
2.小马达。
小马达能产生动力，其工作原理为通过通电线圈在磁场中受力转动带动转子旋转，转子上的小齿轮带动飞轮旋转。
实验原理：
红外线传感器通过传感信号控制电路，完成对风扇的控制。
实验步骤：
1.组装线路。
自主探究：请观看教学微视频，参照微视频及教材中的电路连接进行红外线路和红外接收线路的连接。
（1）连接红外线发射器电路。
（2）连接红外线接收器电路。
（3）连接红外线接收管和开关三极管，组装小马达和风扇叶，固定部件，连接电路。
2.调试运行。
（1）电路连接好后，将红外线发射器对准红外线接收器，发送信号，观察此时风扇的状态。
（2）移去红外线发射器，观察此时风扇的状态。
填写实验项目单：请填写实验项目单中相应栏目。
实验项目指导：
1.红外线发射管和接收管，在接入电路中时，需要注意线路连接中的正、负极，二极管的长脚与电源的正极相连，短脚与电源的负极相连。
2.在红外线接收电路中三极管开关的三个脚与线路连接时需注意其所应当连接的节点。
四、实验二 利用开源硬件组建超声波测距警报系统
实验要求：利用开源硬件组建超声波测距报警系统，尝试使用智能主机来控制、管理传感信号，并进行判断、处理，以完成报警功能，探究智能化信息系统的工作原理与工作过程。
实验器材：
1.开源硬件（UNO主板）。
Arduin包含硬件和软件。硬件部分是可以用来做电路连接的Arduin电路板（UNO主板），软件部分则是Arduin IDE，即计算机中的程序开发环境。只要IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduin电路板后，程序便会告诉Arduin电路板在一定条件下要有什么反馈。
2.超声波模块。
一种测量前方障碍物的模块，每隔一段时间发送一次信号，信号碰到障碍物会返回，通过测得发送信号与返回信号之间的时间差，计算获得障碍物距超声波模块的距离。
3.有源蜂鸣器。
只要给有源蜂鸣器通直流电，就可以发出响声。
实验原理：
超声波传感器是一种常用的非接触式传感器，利用它可以精确地检测与障碍物的距离，从而实现根据距离的变化做出相应的动作反应。
实验步骤：
1．组装线路。
自主探究：请观看教学微视频，参照微视频及教材中的超声波测距警报系统电路连接图进行线路连接。
2．程序设计。
请参照教学资源并结合自己的理解在程序开发环境Arduin IDE中写出程序。
3．调试运行。
通过障碍物、飞行物等测试超声波测距警报系统，观察系统的反应，并对照实验装置与程序代码检测、调整、完善系统。
填写实验项目单：请填写实验项目单中相应栏目。
实验项目指导：
1.超声波是一种一定频率范围的声波，它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在不同媒质的界面处，会产生反射现象利用这一特性，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。
2.面包板是由于板子上有很多小插孔，专为电子电路的无焊接实验设计制造的。由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，所以非常适合电子电路的组装、调试和训练。
五、试验成果
学生作品展示，教师评价、学生评价。
梳理实验：在两个实验中你遇到了什么问题？你学到了什么？提问并总结。
1.体验并学会了小型信息系统的搭建。
2.理解了信息系统的工作过程。
3.了解了传感器的工作机制。
4.掌握了红外对射传感器和超声波传感器的应用。
5.学会判断输入传感器和输出传感器。
6.了解了利用智能主机控制传感器数据的工作原理。
六、拓展实验：智能测温仪
学生活动：学有余力的学生可选做本实验。
实验要求：利用温度传感器组建智能测温仪系统，尝试使用智能主机和编写程序实现测量温度的功能。
实验原理：
温度传感器是能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，通过传导或对流达到热平衡，从而使温度值能直接表示被测对象的温度。
实验步骤：
1.组装线路。
自主探究：请观看教学微视频，参照其进行线路连接。
2.编程实现。
结合自己的理解及教学资料在在程序开发环境Arduin IDE中写出程序。
3.调试运行。
观察是否能够正确的测试环境的温度，可尝试用手捏住温度传感器观察数据是否有变化。
填写实验项目单：请填写实验项目单中相应栏目。
七、课堂总结，拓展延伸
本节课我们学习了物联网传感类信息系统的组建，变身科技达人，动手制作了智能控制信息系统的实验，并且实现了它们的功能。
八、课后作业
请结合本节课所学与生活实际，发挥自己的想象，完善你的智能控制信息系统的功能，进一步制作出一件优秀的创新作品。