第4單元第14課《金雞報(bào)曉--光敏傳感器和多任務(wù)的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級(jí)下冊科目授課時(shí)間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級(jí)、授課課時(shí)授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）第4單元第14課《金雞報(bào)曉--光敏傳感器和多任務(wù)的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級(jí)下冊教材分析第4單元第14課《金雞報(bào)曉--光敏傳感器和多任務(wù)的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)2023—2024學(xué)年清華大學(xué)版（2012）初中信息技術(shù)九年級(jí)下冊。本節(jié)課通過講解光敏傳感器原理和在實(shí)際應(yīng)用中的多任務(wù)處理技術(shù)，使學(xué)生了解傳感器在信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，掌握光敏傳感器的工作原理及編程方法，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和解決問題的能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到傳感器技術(shù)在現(xiàn)代生活中的重要性；提升計(jì)算思維，通過編程實(shí)踐，讓學(xué)生理解多任務(wù)處理的基本原理；增強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新能力，通過設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)光敏傳感器控制程序，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力和問題解決能力。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：學(xué)生在九年級(jí)下冊信息技術(shù)課程中，已經(jīng)學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)硬件的基本知識(shí)，包括輸入輸出設(shè)備、主板等；同時(shí)，對(duì)編程基礎(chǔ)有一定了解，掌握了基礎(chǔ)的編程語言和算法概念。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)生對(duì)信息技術(shù)課程普遍表現(xiàn)出較高的興趣，尤其是編程和硬件應(yīng)用方面。學(xué)生具備一定的動(dòng)手能力，能夠根據(jù)指令進(jìn)行簡單的操作。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生傾向于動(dòng)手實(shí)踐，通過實(shí)際操作來理解知識(shí)；而另一部分學(xué)生則更偏向于理論學(xué)習(xí)，需要通過講解和示范來掌握技能。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學(xué)生在學(xué)習(xí)光敏傳感器和多任務(wù)應(yīng)用時(shí)，可能對(duì)傳感器的工作原理和編程邏輯感到困惑。此外，多任務(wù)處理的概念可能較為抽象，學(xué)生可能難以理解如何在程序中實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的協(xié)調(diào)和同步。在實(shí)際操作中，學(xué)生可能會(huì)遇到電路連接錯(cuò)誤、編程邏輯錯(cuò)誤等問題，需要教師及時(shí)指導(dǎo)和幫助。教學(xué)資源-軟硬件資源：光敏傳感器模塊、Arduino或RaspberryPi開發(fā)板、連接線、面包板、電阻、電容等電子元件

-課程平臺(tái)：學(xué)校內(nèi)部信息技術(shù)教學(xué)平臺(tái)

-信息化資源：光敏傳感器原理動(dòng)畫演示、多任務(wù)處理編程教程、相關(guān)案例視頻

-教學(xué)手段：實(shí)物展示、互動(dòng)式教學(xué)、分組討論、編程實(shí)踐操作教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

（1）教師：同學(xué)們，今天我們來學(xué)習(xí)一個(gè)有趣的主題——《金雞報(bào)曉--光敏傳感器和多任務(wù)的應(yīng)用》。在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)遇到各種傳感器，它們是如何工作的呢？今天我們就來揭開光敏傳感器的神秘面紗。

（2）學(xué)生：老師，什么是光敏傳感器呢？

（3）教師：光敏傳感器是一種能夠感受光強(qiáng)度變化的傳感器，它可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。接下來，我們將一起探究光敏傳感器的工作原理和在實(shí)際應(yīng)用中的多任務(wù)處理技術(shù)。

二、新課講授

1.光敏傳感器原理

（1）教師：首先，我們來了解一下光敏傳感器的工作原理。請(qǐng)同學(xué)們打開課本第14頁，仔細(xì)閱讀光敏傳感器的工作原理部分。

（2）學(xué)生：我了解到，光敏傳感器由一個(gè)光電二極管或光敏電阻組成，當(dāng)光線照射到傳感器上時(shí)，光電二極管會(huì)產(chǎn)生電流，光敏電阻的阻值會(huì)發(fā)生變化。

（3）教師：很好，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們拿出光敏傳感器模塊，我們來實(shí)際觀察一下它的構(gòu)造。

2.光敏傳感器應(yīng)用案例

（1）教師：接下來，我們來看一個(gè)光敏傳感器的應(yīng)用案例。請(qǐng)同學(xué)們打開課本第15頁，閱讀金雞報(bào)曉的案例。

（2）學(xué)生：我看到了，金雞報(bào)曉的案例中，光敏傳感器被用來檢測光線強(qiáng)度，當(dāng)光線強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出聲音，模擬雞鳴。

（3）教師：非常好，這個(gè)案例展示了光敏傳感器在智能控制中的應(yīng)用?，F(xiàn)在，請(qǐng)同學(xué)們拿出開發(fā)板和光敏傳感器模塊，嘗試自己搭建一個(gè)類似的電路。

3.多任務(wù)處理技術(shù)

（1）教師：在剛才的案例中，我們使用了光敏傳感器來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的多任務(wù)處理。那么，什么是多任務(wù)處理呢？請(qǐng)同學(xué)們打開課本第16頁，閱讀多任務(wù)處理的部分。

（2）學(xué)生：我了解到，多任務(wù)處理是指在同一時(shí)間段內(nèi)，計(jì)算機(jī)同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的能力。

（3）教師：很好，那么在實(shí)際編程中，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)多任務(wù)處理呢？請(qǐng)同學(xué)們打開課本第17頁，閱讀多任務(wù)處理編程的部分。

三、實(shí)踐操作

1.搭建光敏傳感器電路

（1）教師：現(xiàn)在，請(qǐng)同學(xué)們按照課本上的步驟，將光敏傳感器模塊連接到開發(fā)板上，搭建一個(gè)簡單的光敏傳感器電路。

（2）學(xué)生：我按照老師的指導(dǎo)，成功搭建了光敏傳感器電路。

2.編寫多任務(wù)處理程序

（1）教師：接下來，我們將編寫一個(gè)多任務(wù)處理程序。請(qǐng)同學(xué)們打開課本第18頁，閱讀編程部分。

（2）學(xué)生：我按照課本上的步驟，編寫了一個(gè)簡單的多任務(wù)處理程序。

3.調(diào)試與優(yōu)化

（1）教師：現(xiàn)在，請(qǐng)同學(xué)們將編寫好的程序上傳到開發(fā)板，運(yùn)行程序并觀察效果。

（2）學(xué)生：我運(yùn)行了程序，發(fā)現(xiàn)光敏傳感器能夠正確檢測光線強(qiáng)度，并觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出聲音。

四、課堂小結(jié)

（1）教師：今天我們學(xué)習(xí)了光敏傳感器的工作原理、應(yīng)用案例以及多任務(wù)處理技術(shù)。通過實(shí)踐操作，同學(xué)們掌握了搭建光敏傳感器電路和編寫多任務(wù)處理程序的方法。

（2）學(xué)生：老師，我明白了光敏傳感器在實(shí)際生活中的應(yīng)用，也學(xué)會(huì)了如何編寫多任務(wù)處理程序。

五、課后作業(yè)

（1）教師：請(qǐng)同學(xué)們課后查閱資料，了解其他類型的傳感器及其應(yīng)用。

（2）學(xué)生：好的，老師，我會(huì)在課后進(jìn)行學(xué)習(xí)。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-光電效應(yīng)：介紹光電效應(yīng)的基本原理，探討光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生電子的現(xiàn)象，以及光電效應(yīng)在傳感器技術(shù)中的應(yīng)用。

-光敏元件類型：介紹不同類型的光敏元件，如光電二極管、光敏晶體管、光敏電阻等，并比較它們的特點(diǎn)和適用場景。

-光敏傳感器應(yīng)用領(lǐng)域：探討光敏傳感器在智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，展示傳感器技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的作用。

-傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢：分析傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢，包括微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向，讓學(xué)生了解傳感器技術(shù)的未來發(fā)展方向。

2.拓展建議：

-學(xué)生可以查閱相關(guān)書籍或資料，深入了解光電效應(yīng)的基本原理，并嘗試解釋光敏傳感器如何將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

-鼓勵(lì)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)或圖書館資源，收集不同類型光敏元件的資料，了解它們的特性和工作原理。

-組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，分享他們在光敏傳感器應(yīng)用領(lǐng)域找到的案例，并討論這些案例對(duì)日常生活的影響。

-引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注傳感器技術(shù)的前沿動(dòng)態(tài)，如傳感器與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的結(jié)合，激發(fā)他們對(duì)未來技術(shù)的興趣。

-建議學(xué)生進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如制作一個(gè)基于光敏傳感器的自動(dòng)燈光控制系統(tǒng)，或者設(shè)計(jì)一個(gè)光敏傳感器環(huán)境監(jiān)測器，以加深對(duì)傳感器應(yīng)用的理解。

-鼓勵(lì)學(xué)生參加科技競賽或創(chuàng)新活動(dòng)，將所學(xué)的傳感器知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中，提高他們的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

-組織學(xué)生進(jìn)行專題研究，選擇一個(gè)特定的光敏傳感器應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，撰寫研究報(bào)告，提升他們的科研能力。作業(yè)布置與反饋?zhàn)鳂I(yè)布置：

1.實(shí)踐作業(yè)：根據(jù)本節(jié)課所學(xué)的光敏傳感器和多任務(wù)處理技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的自動(dòng)照明系統(tǒng)。要求學(xué)生使用光敏傳感器檢測環(huán)境光線強(qiáng)度，當(dāng)光線強(qiáng)度低于設(shè)定閾值時(shí)，自動(dòng)開啟LED燈；當(dāng)光線強(qiáng)度高于設(shè)定閾值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉LED燈。學(xué)生需要完成電路搭建、程序編寫和調(diào)試工作。

2.思考題：閱讀課本中關(guān)于光敏傳感器應(yīng)用案例的部分，思考以下問題：

-光敏傳感器在智能家居中的應(yīng)用有哪些？

-光敏傳感器在工業(yè)自動(dòng)化中如何提高生產(chǎn)效率？

-如何將光敏傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更智能化的應(yīng)用？

作業(yè)反饋：

1.及時(shí)批改：教師應(yīng)在學(xué)生提交作業(yè)后的24小時(shí)內(nèi)完成批改，確保學(xué)生能夠及時(shí)收到反饋。

2.反饋內(nèi)容：

-電路搭建：檢查學(xué)生搭建的電路是否正確，是否存在連接錯(cuò)誤或元件損壞等問題，并指出具體錯(cuò)誤。

-程序編寫：評(píng)估學(xué)生的編程能力，檢查程序邏輯是否正確，代碼是否規(guī)范，是否存在語法錯(cuò)誤或邏輯錯(cuò)誤。

-實(shí)驗(yàn)報(bào)告：評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論等部分，確保學(xué)生能夠清晰、準(zhǔn)確地表達(dá)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果。

3.改進(jìn)建議：

-對(duì)于電路搭建方面的問題，教師可以提供電路圖和連接方法的指導(dǎo)，幫助學(xué)生糾正錯(cuò)誤。

-對(duì)于程序編寫方面的問題，教師可以給出具體的代碼示例，引導(dǎo)學(xué)生修改和完善程序。

-對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告方面的問題，教師可以提供報(bào)告寫作的規(guī)范和模板，幫助學(xué)生提高報(bào)告的質(zhì)量。

4.個(gè)性化輔導(dǎo)：針對(duì)學(xué)生在作業(yè)中表現(xiàn)出的不同問題，教師應(yīng)提供個(gè)性化的輔導(dǎo)，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)難點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)能力。

5.鼓勵(lì)與表揚(yáng)：在作業(yè)反饋中，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生的進(jìn)步和優(yōu)點(diǎn)，給予鼓勵(lì)和表揚(yáng)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

6.定期回顧：在布置下一節(jié)課的作業(yè)之前，教師應(yīng)回顧上一節(jié)課的作業(yè)情況，針對(duì)共性問題進(jìn)行講解和指導(dǎo)，確保學(xué)生能夠全面掌握所學(xué)知識(shí)。重點(diǎn)題型整理1.題型一：光敏傳感器電路設(shè)計(jì)

題目：設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的光控LED燈電路，當(dāng)環(huán)境光線強(qiáng)度低于設(shè)定閾值時(shí)，LED燈自動(dòng)點(diǎn)亮；當(dāng)光線強(qiáng)度高于設(shè)定閾值時(shí)，LED燈自動(dòng)熄滅。

答案：使用光敏電阻作為傳感元件，將其與LED燈、電阻和電源連接。電路圖如下：

```

[光敏電阻]----[電阻]----[LED燈]----[電源]

```

2.題型二：光敏傳感器控制程序編寫

題目：編寫一個(gè)簡單的程序，使用光敏傳感器控制LED燈的開關(guān)。當(dāng)光敏傳感器的讀數(shù)低于閾值時(shí)，LED燈點(diǎn)亮；當(dāng)讀數(shù)高于閾值時(shí)，LED燈熄滅。

答案：

```python

#導(dǎo)入所需的庫

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

#設(shè)置GPIO模式

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

#定義光敏傳感器和LED燈的引腳

sensor_pin=18#光敏傳感器連接的GPIO引腳

led_pin=23#LED燈連接的GPIO引腳

#設(shè)置引腳模式

GPIO.setup(sensor_pin,GPIO.IN)

GPIO.setup(led_pin,GPIO.OUT)

#設(shè)置閾值

threshold=500

try:

whileTrue:

#讀取光敏傳感器的值

sensor_value=GPIO.input(sensor_pin)

#根據(jù)閾值控制LED燈的開關(guān)

ifsensor_value<threshold:

GPIO.output(led_pin,GPIO.HIGH)

else:

GPIO.output(led_pin,GPIO.LOW)

#稍作延時(shí)

time.sleep(0.1)

exceptKeyboardInterrupt:

pass

finally:

GPIO.cleanup()

```

3.題型三：光敏傳感器數(shù)據(jù)采集與分析

題目：使用光敏傳感器采集一定時(shí)間內(nèi)的環(huán)境光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)變化趨勢。

答案：

```python

#導(dǎo)入所需的庫

importRPi.GPIOasGPIO

importtime

#設(shè)置GPIO模式

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

#定義光敏傳感器和LED燈的引腳

sensor_pin=18#光敏傳感器連接的GPIO引腳

#設(shè)置引腳模式

GPIO.setup(sensor_pin,GPIO.IN)

#設(shè)置采集時(shí)間

duration=60#采集時(shí)間（秒）

#采集數(shù)據(jù)

sensor_data=[]

start_time=time.time()

whiletime.time()-start_time<duration:

sensor_value=GPIO.input(sensor_pin)

sensor_data.append(sensor_value)

time.sleep(1)

#分析數(shù)據(jù)

average_value=sum(sensor_data)/len(sensor_data)

print("Averagelightintensity:",average_value)

#清理GPIO資源

GPIO.cleanup()

```

4.題型四：光敏傳感器在智能家居中的應(yīng)用

題目：設(shè)計(jì)一個(gè)智能家居系統(tǒng)，利用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光的功能。

答案：

-使用光敏傳感器檢測室內(nèi)光線強(qiáng)度。

-根據(jù)光線強(qiáng)度設(shè)置不同的燈光亮度級(jí)別。

-通過無線通信模塊將光敏傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄芗揖涌刂葡到y(tǒng)。

-控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光的亮度。

5.題型五：光敏傳感器在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

題目：設(shè)計(jì)一個(gè)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，利用光敏傳感器監(jiān)測植物生長環(huán)境的光照條件，并自動(dòng)控制灌溉系統(tǒng)。

答案：

-使用光敏傳感器監(jiān)測植物生長環(huán)境的光照強(qiáng)度。

-根