《智能楼道灯——红外线传感器》教学设计

秦晓兰

教材分析

《智能楼道灯——红外线传感器》是苏科版（2013年修订）小学六年级《信息技术》第2课的内容，主要介绍了红外线传感器及其应用，重点体现了信息的感知。在物联网的体系架构中，信息感知是基础。只有全面感知信息，才能安全传输信息，并最终实现智能应用。而传感器技术是感知层的重要技术手段，红外线传感器也是众多传感器技术中最常见的。正确认识红外线传感器及其应用，可加深学生对信息感知的理解，为后续的学习打下坚实的基础。

学情分析

本节课的教学对象是小学六年级的学生。通过前面的学习，学生已经具备了一定的信息素养；通过第1课《物联网就在身边——初识物联网》的学习，已经了解了物联网及其应用的相关知识。这些都为本节课的学习打下了良好的基础。然而，六年级的学生对于生活中诸多物联网技术的应用，往往是“知其然，不知其所以然”。所以，消除学生对物联网的神秘感，帮助学生完成建构较为完善的知识结构网络图，是教学设计的重点。

教学目标

知识与技能目标：了解红外线，知道人体能发出特定波长的红外线；认识红外线传感器，能辨认常见的红外线传感器；了解红外线传感器的特点，能够列举红外线传感器的常见应用；了解“智能楼道灯”系统的工作过程。

过程与方法目标：通过对“智能楼道灯”系统的分析与建模，体验分析问题、解决问题的一般过程；通过对“红外线传感器探测范围”的探究实验，体验较为科学的实验研究方法；通过讨论、评价日常生活中“红外线传感器”的典型应用，学会评价它们的特点及其与实际生活的关系。

情感态度与价值观目标：通过情境设置与视频观察，发现生活中的物联网应用；通过建模体验与探究实验，产生保持学习与使用物联网技术的兴趣；通过讨论交流与展示同龄人的新发明，促进创新思维，激发创新意识。

教学重点、难点

重点：认识红外线传感器，能描述它的特点及探测范围；通过对“智能楼道灯”系统的分析建模，体会信息的感知及物联网的体系架构。

难点：红外线传感器及其特点；“智能楼道灯”系统的工作过程。

教学过程

1.情境导入，激发兴趣

课前事先在机房门口放置“红外线迎宾器”（如图1），当学生进入教室的时候，会自动发出“欢迎光临”的问候语。以“迎宾器”的“自动感应”联想生活中类似的物联网应用，如自动门、感应龙头、烘手器、楼道灯等，并播放《校园内的自动感应楼道灯》视频。教师和学生通过对生活中自动感应现象的罗列与梳理，提出问题：以上物联网应用中，物与物是如何相联的，即“物”如何感知“物”的信息，经过信息传输，最终实现对“物”的自动控制？引出课题——“智能楼道灯”，即以智能楼道灯系统为例，探究这些物联网应用背后的科技之光。

设计意图：第一环节关键词——发现。发现生活中与红外线传感器相关的物联网应用。以生活中的情境、生活化的问题导入新课，激发兴趣，引起求知欲，令学生注意力集中。人性化的迎宾器，舒缓气氛，拉近与学生的距离，也是课堂的悬念。

2.分析架构，凸显核心

（1）分析：“感知信息”的设备是什么？①提出问题：教师设问人和灯之间是否存在另一个设备在起作用？②大胆猜测：学生仔细观察“智能楼道灯”系统图（如图2），大胆猜测，并尝试在图2上指出该设备。③小心求证：通过视频求证。教师继续播放《校园内的自动感应楼道灯》视频，学生观看视频，最后视频的画面定格在“红外线感应开关”上，由此验证了前面猜测的正确性。

（2）分析：人体的哪种“信息”被感知？①提出问题：教师设问人有哪些信息可能被感知？它（指红外线感应开关）是不是看到了什么，或听到了什么？②大胆猜测：学生大胆猜测，多个学生轮流补充回答，人体可能被感知的信息，如“外貌、声音；身高、体重；指纹、虹膜”等。③小心求证：通过课本求证。学生阅读课本P4～5，用“一句话概括”回答下列问题：什么是红外线？人体会发出红外线吗？什么是红外线传感器？学生阅读课本获得关于红外线、红外线传感器的文字描述，初步体验。教师通过课件给出关于红外线、红外线成像的图片描述，再以小组为单位提供给学生红外线传感器的实物，让学生近距离观察红外线传感器的外观，体会红外线传感器的小身材，大用途；同时拆开迎宾器，让学生指出迎宾器中红外线传感器的位置，加强学生的体验。

（3）小结：①在智能楼道灯系统中，是“物的信息”被感知，而非“物”本身，即感知了人体发出的红外线。②“红外线感应开关”里的奥秘：里面必定包含有“红外线传感器”。

设计意图：第二环节关键词——分析。以“提出问题—大胆猜测—小心求证”的学习模式，师生共同就“智能楼道灯”系统的两个问题展开分析：①感知信息的设备是什么？②人体的哪种信息被感知？同时，渗透学习方法，即由问题出发，先提出假设，再科学求证。

3.搭建模型，解读原理

红外线传感器是如何探测红外线，并转换成电信号，最终实现对灯的自动控制？为了更好地认知它的工作过程，教师现场演示利用实验器材搭建“智能楼道灯”的系统模型。通过让部分学生实践体验，其余学生观察体会，解读“智能楼道灯”系统中红外线传感器的工作过程，并由此提炼出物联网的体系架构。

（1）教师介绍实验器材，红外模块（如图3），里面包含有红外线传感器和一盏普通的电灯（如图4）。

（2）教师演示将普通电灯接入电源，并验证：仅有电灯接入电源不能实现自动控制灯的开关。教师演示同时接入一个红外线传感器，并验证：当接入红外线传感器以后，可以实现自动控制灯的开关。

（3）1～2位学生上讲台前现场体验自动控制灯开关的过程，其余学生观察并思考：在这个过程中，谁在发出红外线？谁感应到了人体发出的红外线？教师和学生通过对回答的总结与梳理，提炼物联网的体系架构：感知—传输—应用。endprint

（4）讨论坊：这样的物联网系统给我们的生活带来了什么？具体来说，红外线感应开关和普通开关相比有什么好处？学生回答，梳理：非接触、反应快；安全、卫生；节能、人性化；……

设计意图：第三环节关键词——建模。通过建立模型，解读“智能楼道灯”系统中红外线传感器的工作过程，提炼物联网的体系架构。教师现场建模，目的是为了充分抓住学生的眼球，让学生觉得就像变魔术一样，是“见证奇迹的时刻”。现场建模有利于激发和保持学生思维的火花，调动学生参与的热情，令学生在注意力集中的状态下观察得更仔细。现场建模在认清了红外线传感器工作过程的同时，也为第四环节学生动手实验做足了铺垫。从分析架构到搭建模型，由感性认识上升到理性认识，帮助学生顺利完成知识的建构。

4.深入探究，科学实验

学生分组实验，协作探究红外线传感器的探测范围，填写实验报告单。

（1）介绍实验内容。因探测范围有两个参数——距离和角度，所以实验设有两方面的内容：①角度固定，距离变化；②距离固定，角度变化。同时渗透科学研究方法：控制变量法，即要研究一个量，把其他量先固定起来的方法。

（2）介绍实验器材。红外模块和手持终端（如图5），其中红外模块中包含有红外线传感器，手持终端可以自动识别红外模块。

（3）介绍实验分工。全班分成5个小组，4名学生为一组。组长负责整个实验的分工与协调；测试员负责测试不同的位置；观察员负责观察手持终端；记录员负责记录实验数据。学生讨论分工，确保每位学生在实验开始前都能明确自己的实验任务和在实验中的位置，以避免无关的实验干扰。

（4）介绍实验方法。教师课前预先在实验场地标出距离（如图6）和角度（如图7）。学生完成两组实验，填写相应的实验报告单。

（5）学生分组实验。

（6）交流实验结论。学生回答，梳理：红外线传感器的探测范围有一定的距离和角度，同时教师提供“红外线传感器探测范围示意图”（如图8）。示意图再次有力地说明了智能楼道灯系统的实现原理。回到课堂刚开始时所提到的“自动感应现象”，说说迎宾器、自动门、水龙头、烘手器等的实现原理，首尾呼应。

设计意图：第四环节关键词——探究。通过探究实验，用数据说话，让学生亲身体验红外线传感器的探测范围有一定的距离和角度，从而使学生能够正确地操控、辩证地认识红外线传感器，并且在这个过程中体验较为科学严谨的研究方法。实验结论，又回到了课堂一开始提到的物联网的应用上，首尾呼应。

5.评价总结，拓展延伸

（1）知识梳理。以知识结构图（如图9）的形式，帮助学生梳理本堂课的知识点，建构完整的知识网络体系。知识结构图涵盖两个层面：一是学习的内容，即物联网的体系架构，核心是感知外界信息的设备——红外线传感器；二是学习的方法，即由个性到共性，由现象到本质，这也正是我们分析解决问题的一般方法。

（2）学以致用。发挥想象力，尝试设计富有创意的物联网应用方案。

①通过小组讨论、全班交流，碰撞思维的火花，打开创新的大门。②欣赏同龄人设计的红外线传感器控制下的《智慧小车》。小车的车身装有红外线传感器，靠近行人的时候会自动后退或转弯，大大减少车祸的发生。③欣赏视频《红外线传感器在现代智能生活中的应用》，如有新的点子，可与老师课后交流。

结束语：安全、舒适、智能、环保、节能，这就是红外线传感器给我们带来的智能生活。事实上，物联网系统中，感知信息的设备除了“红外线传感器”，还有“温度传感器”、“运动传感器”、“称重传感器”等，在后续的课堂中还会陆续学习。正因为有了这些感知技术的存在，人与物、物与物才得以相联，人们才得以与灯沟通、与水龙头对话、与自然万物交流，才得以开启智能生活的新篇章。

设计意图：第五环节关键词——创新。学习的最终意义是学以致用。这个环节主要是通过讨论交流与展示同龄人的新发明，促进学生的创新思维，激发学生的创新意识。课堂的最后留有一些空白设计的形式：如课后与教师交流、与教师发E-mail，都具有积极的导向和意义，都是为了促进学生的兴趣与进一步探讨。

教后反思

本节课我在组织和指导学生的学习活动时，尝试引导学生通过对“智能楼道灯”系统进行分析、建模、探究、评价的过程，获取科学思维、体验科学研究方法，在今后的学习生活中能主动发现生活中物联网技术的应用，并能触类旁通，发掘其他类似的应用，且有意识地去思考探究其本质，不断实践与创新。

结构较严谨。本节课从生活中常见的物联网应用入手，通过“情境导入—分析架构—搭建模型—深入探究—评价总结—拓展延伸”等教学环节，层层递进，深入浅出，帮助学生分析解构、合理推理，最终揭开了智能楼道灯系统的核心器件——红外线传感器的庐山真面目，并由此体验了物联网的体系架构，重点体会了信息的感知，启发了学生的创新思维。

课堂最后有一位学生提到：在家门口安装红外线传感器，可以实现当人还未进入家门时，便自动打开家中的空调，这样就可以更舒适。另一位学生提到：现在新闻里常有报道电梯扶手夹手事件，如果在电梯扶手上安装红外线传感器，那么万一有小孩子的手碰到电梯扶手，电梯立即停止运行，这样就可以更安全。这样的金点子，是课堂动态的生成，也是课堂上学生思维状态的价值体现。

实验有创新。教材的实验设计有两方面的内容：①角度固定，距离变化；②距离固定，角度变化。在学生实际实验的时候，有一组学生走到教室外面，探究红外线传感器隔着墙壁是否可以探测红外线；有一组学生将红外线传感器背向放置，探究红外线传感器的背面是否可以探测红外线。新课程所倡导的探索与创新，不正是需要学生有这样打破常规的思维和实践的勇气吗？

由于对实验器材的精度和实验过程中出现的意外情况估计不足，实验的效果还有待改进和提高。一方面对实验器材要适当降低精度以适应课堂上教学实验的设计需求，另一方面对实验过程教师要做出更为有效的调控，如对实验干扰因素的尽量避免、对学生实验注意事项的事先说明和对学生实验过程的有效指导等。endprint