7/7智能電扇課題：智能電扇（第3章第1節(jié)）一、教材分析本課是第3章第1節(jié)。這節(jié)課主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)如何組合應(yīng)用多種傳感器解決生活中的實際問題，并以智能電扇為例，讓學(xué)生動手實踐采用不同的傳感器來感知環(huán)境，從而改變電扇的工作方式。小組合作，通過優(yōu)化程序和調(diào)試程序完成相關(guān)的程序編寫，最終完成智能電扇制作項目。二、學(xué)情分析在本節(jié)課學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過紅外傳感器、超聲波傳感器、溫度傳感器等，對不同傳感器有了初步的認識，這些都為機器人綜合學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，學(xué)生通過組合應(yīng)用機器人的多種傳感器創(chuàng)新設(shè)計出智能機器人，利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。三、教學(xué)目標1.深度理解超聲波傳感器、人體紅外傳感器等多種傳感器的特點和應(yīng)用；2.學(xué)會選擇不同的傳感器進行組合使用，設(shè)計復(fù)雜功能的智能電扇；3.能夠完成相應(yīng)的程序編寫，學(xué)習(xí)在簡單條件判斷的基礎(chǔ)上，通過條件嵌套的編程方法實現(xiàn)項目功能的優(yōu)化。4.在小組合作中，通過對項目的分析和實施，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情，從而提高動手解決實際生活問題的能力。四、教學(xué)重點與難點1.重點不同傳感器的組合應(yīng)用（組合創(chuàng)新設(shè)計）。2.難點組合條件嵌套的編程方法。 五、教學(xué)方法與手段合作學(xué)習(xí)法、項目學(xué)習(xí)法。六、課時安排安排1課時。七、教學(xué)準備1.教學(xué)場地機房（安裝了教育機器人平臺的計算機）。2.資源設(shè)備多種傳感器、相關(guān)模塊等。八、教學(xué)過程1.興趣導(dǎo)入（1）教師活動與學(xué)生活動播放一段機器人視頻，展示機器人在生活中的應(yīng)用。機器人有一定的感知能力、判斷能力和執(zhí)行能力，我們可以通過裝備多種不同傳感器的機器人解決生活中的一些實際問題，比如：通過組合多種傳感器制作滅火機器人、通過搭建靈巧的機械結(jié)構(gòu)制作撿球機器人、通過編寫更復(fù)雜的程序制作走迷宮機器人。你還了解哪些生活中的機器人應(yīng)用？（2）設(shè)計意圖通過視頻、實例，感受機器人技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。2.創(chuàng)設(shè)情境，引出項目（1）教師活動與學(xué)生活動炎熱的夏天馬上就要到來了，你是否希望能擁有一款個性化的智能電扇呢？生活中傳統(tǒng)的電扇很簡單，你希望電扇有哪些智能表現(xiàn)呢？學(xué)生回答：希望實現(xiàn)智能開關(guān)控制、感應(yīng)速度調(diào)節(jié)等。引出項目：今天就讓我們一起來動手制作個性化的智能電扇。項目分析：智能電扇需要借助傳感器來感知環(huán)境。如何感知環(huán)境，針對不同的環(huán)境做哪些反應(yīng)？答：各種傳感器的作用不同，因此可以選擇實驗不同的傳感器來達成同學(xué)們的想法。（2）設(shè)計意圖創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生先初步設(shè)計功能，培養(yǎng)個性化設(shè)計的能力。3.深入了解傳感器（1）教師活動與學(xué)生活動a.深入了解不同傳感器的特點教師提問：請舉例說明，你所了解到的傳感器應(yīng)用的生活實例。學(xué)生回答：倒車雷達采用了超聲波傳感器；冰箱、微波爐等家電中都有溫度傳感器的使用等等?；顒犹骄浚罕容^不同的傳感器作用。具體要求：請每一組同學(xué)根據(jù)實驗報告的要求，在四種傳感器中選擇一或兩種，連接好傳感器，并編寫程序讀取傳感器的輸入數(shù)據(jù)，記錄不同條件下的數(shù)據(jù)值，分析傳感器的作用和設(shè)想應(yīng)用場景。b.應(yīng)用場景的智能判斷如下eq\o\ac(○,1)用手靠近電扇，檢測到有人，電扇自動啟動；eq\o\ac(○,2)人距離電扇較近，風(fēng)扇速度變快；遠離電扇，風(fēng)扇速度變慢；eq\o\ac(○,3)人距離電扇200厘米內(nèi)電扇運行，超過200厘米電扇停止；eq\o\ac(○,4)大聲喊叫，電扇啟動；再次大聲喊叫，電扇停止；eq\o\ac(○,5)環(huán)境溫度超過24攝氏度電扇運行，低于24攝氏度電扇停止；eq\o\ac(○,6)環(huán)境溫度越高，電扇速度變快；環(huán)境溫度變低，電扇速度變慢（溫度傳感器）。(2)設(shè)計意圖a.復(fù)習(xí)傳感器的作用和基本工作原理、搭建方法及編程。了解不同傳感器可以實現(xiàn)的個性化的智能效果。b.設(shè)想各種傳感器對應(yīng)的智能判斷，為下面的項目設(shè)計及編程打好基礎(chǔ)。4.制作智能電扇（項目實訓(xùn)）(1)教師活動與學(xué)生活動a.項目方案設(shè)計請2人小組討論，設(shè)計一定的電扇應(yīng)用需求場景，選擇由兩種（或以上）的傳感器實現(xiàn)對電扇的智能控制（寫在實驗報告中）。教師指導(dǎo)小組組合創(chuàng)新方案設(shè)計。展示交流2個或3個小組的方案設(shè)計。例如：利用人體紅外傳感器和超聲波傳感器組合判斷環(huán)境的變化，從而控制電扇的工作模式；利用超聲波傳感器和溫度傳感器組合判斷環(huán)境的變化，從而控制電扇的工作模式。b.結(jié)構(gòu)設(shè)計與搭建教師提供所需要的材料，指導(dǎo)學(xué)生完成搭建；小組合作根據(jù)項目設(shè)計完成結(jié)構(gòu)設(shè)計并動手搭建。教師提供材料的接口說明。c.編程實現(xiàn)實例1：節(jié)能人體感應(yīng)電扇。功能：當(dāng)人體紅外傳感器檢測到有人，電扇開始工作，否則停止；并且人體距離電扇5厘米內(nèi)電扇高速轉(zhuǎn)，超過5厘米電扇低速轉(zhuǎn)。分析1：當(dāng)人體紅外傳感器檢測到有人，電扇開始工作，否則停止。分析2：當(dāng)人體紅外傳感器檢測到有人時，再次判斷人與超聲波之間的距離，如果小于5厘米，說明人離電扇近，需要更強的風(fēng)，電扇高速運轉(zhuǎn)，否則低速運轉(zhuǎn)。YYd.測試與優(yōu)化智能電扇在運行過程中可能遇到一些問題，請小組討論，分析原因和解決方法。如：無法準確檢測到有人、電扇響應(yīng)不靈敏等。實例2：節(jié)能聲控溫控電扇功能：大聲喊叫，電扇啟動；再次大聲喊叫，電扇停止，并且當(dāng)環(huán)境溫度高于25攝氏度，電扇高速轉(zhuǎn)；低于25攝氏度，電扇低速轉(zhuǎn)。思考：要用到什么傳感器？如何設(shè)置具體參數(shù)？分析1：大聲喊叫，電扇啟動；停止喊叫，電扇停止。分析2：再次大聲喊叫，電扇停止，并且當(dāng)環(huán)境溫度高于25攝氏度，電扇高速轉(zhuǎn)；低于25攝氏度，電扇低速轉(zhuǎn)（或停止）。定義變量Sw記錄狀態(tài)；定義變量t記錄溫度值；當(dāng)檢測到較強聲音時（＞80），改變狀態(tài)以停止檢測聲音傳感器，并延時1秒。拓展思考：如何根據(jù)聲音和溫度的變化控制電扇速度的線性變化？如：設(shè)溫度值的范圍15—30；聲音值是：100—250Y=(250-100)/(30-15)*(x-15)+100(2)設(shè)計意圖a.小組合作完成方案設(shè)計，通過組合創(chuàng)新設(shè)計鍛煉學(xué)生能力。學(xué)生交流分享項目方案。b.動手實踐，完成搭建。c.分步完成編程；在簡單條件判斷的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)并掌握條件嵌套的編程方法。eq\o\ac(○,1)通過判斷是否監(jiān)測到有人，實現(xiàn)對電扇工作模塊的控制。eq\o\ac(○,2)通過復(fù)雜條件的判斷，實現(xiàn)兩種傳感器對智能電扇的組合控制。eq\o\ac(○,3)聲音傳感器的使用。d.首先，通過檢測聲音的值是否達到預(yù)設(shè)值，實現(xiàn)對電扇工作模塊的控制。其次，注意在聲音傳感器超出設(shè)定值后，應(yīng)加入合適的延時，防止多次讀取傳感器數(shù)據(jù)，判斷錯誤。通過編程進一步理解。再次，使用條件嵌套的編程實現(xiàn)聲音傳感器和溫度傳感器的組合使用。理解傳感器讀取數(shù)據(jù)范圍與電機速度之間的對應(yīng)關(guān)系及換算方法。5.項目進階及交流展示(1)教師活動與學(xué)生活動根據(jù)不同電扇應(yīng)用需求場景，我們可以在電扇上組合應(yīng)用不同類型的傳感器并設(shè)計程序，制作個性化的智能電扇作品。