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中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
課題：第一單元 第3課 互聯(lián)網(wǎng)影響新體驗(yàn)
備課時(shí)間：2024年8月25日
主備人：xinxijishu886
教學(xué)內(nèi)容及教材分析：
通過(guò)學(xué)習(xí)傳感器的起源、認(rèn)識(shí)傳感器、分析傳感器發(fā)展趨勢(shì)，了解傳感器的基本原理，認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的傳感器。
課程標(biāo)準(zhǔn)要求：
本課通過(guò)了解傳感器的由來(lái)，分析傳感器發(fā)展趨勢(shì)，了解傳感器的基本原理，認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的傳感器，知道生活中多種多樣的傳感器應(yīng)用及傳感器的作用。
核心素養(yǎng)目標(biāo)：
信息意識(shí)：了解傳感器的由來(lái)及發(fā)展趨勢(shì)，感受信息科技給生活帶來(lái)的益處。
計(jì)算思維：了解傳感器的基本工作原理，認(rèn)識(shí)傳感器的作用。
數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：通過(guò)對(duì)信息媒體，能夠直觀、生動(dòng)地表達(dá)信息，把很多抽象的問(wèn)題和事實(shí)形象化。
信息社會(huì)責(zé)任：通過(guò)學(xué)習(xí)，了解互聯(lián)網(wǎng)在我們的生活中的作用，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及愛(ài)國(guó)主義精神。
教學(xué)重點(diǎn)：
認(rèn)識(shí)傳感器。
教學(xué)難點(diǎn)：
了解傳感器優(yōu)勢(shì)。
教學(xué)方法：
教師講授、學(xué)生討論，演示法
學(xué)習(xí)方法：
交流討論法，動(dòng)手實(shí)踐
教學(xué)工具：
多媒體網(wǎng)絡(luò)電腦教室、多媒體軟件、教師自制課件。
教學(xué)過(guò)程：
復(fù)習(xí)鞏固：人在感知外界信息時(shí)，需要用到視覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官系統(tǒng)，通過(guò)感官獲取外界信息后，由大腦進(jìn)行分析判斷和處理。物聯(lián)網(wǎng)也能感知世界嗎？舉個(gè)例子？
新課導(dǎo)入：學(xué)生回答以上問(wèn)題后教師匯總，用提問(wèn)法來(lái)引入新課，問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)也能感知世界的話，那么物聯(lián)網(wǎng)的感官是什么呢？學(xué)生已經(jīng)接觸過(guò)的傳感器就是物聯(lián)網(wǎng)的感官。
新課教學(xué)：感知在物聯(lián)網(wǎng)中起著決定性的作用。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的感覺(jué)器官（圖2.1），就如同人的眼、耳、口、鼻、舌等，用于獲取目標(biāo)對(duì)象的各種數(shù)據(jù)。
在過(guò)程與控制模塊，學(xué)生已經(jīng)接觸了傳感器。這里可以結(jié)合人體的感知系統(tǒng)來(lái)類比傳感器，以此來(lái)降低傳感器的神秘感。傳感器被稱為人類的“電五官”，它能模仿我們的五官獲取數(shù)據(jù)，如光敏傳感器就像我們的眼睛，聲音傳感器就像我們的耳朵，氣味傳感器就像我們的鼻子，溫度傳感器就像我們的皮膚……教學(xué)時(shí)，可以將常見(jiàn)的光敏傳感器、聲音傳感器、氣味傳感器、溫度傳感器等與人類的五大感覺(jué)器官進(jìn)行類比，幫助學(xué)生更好地理解。
一、傳感器的起源
人類文明進(jìn)步的重要標(biāo)志是制造和使用工具。傳感器其實(shí)由來(lái)已久，我國(guó)古代的偉大發(fā)明指南針（圖2.2）、日晷（圖2.3）、沙漏等都可以視為最古老的傳感器，因?yàn)樗鼈兙哂幸欢ǖ母兄芰Α５糯鷤鞲衅魍ǔ；诤?jiǎn)單的物理原理，依賴人們對(duì)周圍環(huán)境的長(zhǎng)期觀察和經(jīng)驗(yàn)積累而設(shè)計(jì)，精度相對(duì)較低。
圖2.2 圖2.3
傳感器發(fā)展的漫長(zhǎng)歷史見(jiàn)證了人類科技的不斷進(jìn)步。古代中國(guó)在這一領(lǐng)域貢獻(xiàn)突出。指南針在古代叫作司南，利用地球的磁場(chǎng)來(lái)確定方向。圭表是古代測(cè)量日影長(zhǎng)度以定方向、節(jié)氣和時(shí)刻的天文儀器。日晷是古代利用日影測(cè)得時(shí)刻的一種計(jì)時(shí)儀器，由指針和圓盤(pán)組成，其原理就是利用太陽(yáng)投射的影子來(lái)測(cè)定并劃分時(shí)刻。沙漏是古代通過(guò)控制沙粒掉落的速度來(lái)測(cè)量時(shí)間的裝置。水鐘是古代利用水的流動(dòng)來(lái)測(cè)量時(shí)間的計(jì)時(shí)裝置。這些發(fā)明不僅展示了中國(guó)古代人民的智慧，還推動(dòng)了傳感技術(shù)的演進(jìn)。教學(xué)中，教師可以以某個(gè)古代傳感器為例，結(jié)合“輸入—計(jì)算—輸出”介紹其工作原理。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生了解中國(guó)在傳感器領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，以激發(fā)他們對(duì)傳感技術(shù)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和民族自豪感。
古代傳感器通常基于簡(jiǎn)單的物理原理，依賴人們對(duì)周圍環(huán)境的長(zhǎng)期觀察和經(jīng)驗(yàn)積累而設(shè)計(jì)，精度相對(duì)較低。
除了前面介紹的傳感器，古代還有測(cè)風(fēng)器、測(cè)雨器等裝置。教學(xué)中，重點(diǎn)要放在實(shí)現(xiàn)了什么感知功能，以及實(shí)現(xiàn)的輸入和輸出。
學(xué)習(xí)活動(dòng)1
上網(wǎng)查找材料，說(shuō)一說(shuō)古代還有哪些傳感器。它們分別實(shí)現(xiàn)了什么感知功能？它們的輸入和輸出分別是什么？
認(rèn)識(shí)傳感器
傳感器是一種能將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，以滿足數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。例如，聲音傳感器將聲波轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號(hào)（圖2.4）。
圖2.4 傳感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理
機(jī)械擴(kuò)展了人類的體力，計(jì)算機(jī)擴(kuò)展了人類的智力，無(wú)處不在的傳感器
則擴(kuò)展了人類的感知能力。常見(jiàn)的傳感器有溫度傳感器、土壤濕度傳感器、加速度傳感器、光敏傳感器、聲音傳感器、圖像傳感器、紅外傳感器、氣壓傳感器等，它們廣泛應(yīng)用于生活中的各類設(shè)備。
傳感器的定義不需要學(xué)生死記硬背，但要讓學(xué)生了解其實(shí)質(zhì)是將不易測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化成容易測(cè)量的量，如電學(xué)量。教學(xué)中，為了降低難度，這里將傳感器中的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件抽象為計(jì)算。敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分，用來(lái)感知環(huán)境數(shù)據(jù)、接收輸入信號(hào)。轉(zhuǎn)換元件的功能是將敏感元件的變化轉(zhuǎn)換成適合傳輸和度量的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出。
學(xué)習(xí)活動(dòng)2
1. 洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等常見(jiàn)的家用電器中是否有傳感器？如果有傳感器，這些傳感器有哪些功能和作用？
2. “祝融號(hào)”火星探測(cè)車可能安裝了哪些傳感器？分別有什么作用？
教師引導(dǎo)學(xué)生理解傳感器不僅能實(shí)現(xiàn)人類自身?yè)碛械母兄€擴(kuò)展了人類身體不具有的感知。當(dāng)前，還有很多需要探索的未知領(lǐng)域，如太空、深海、深地等，因此需要開(kāi)發(fā)種類更多、功能更強(qiáng)大的傳感器。
大多數(shù)家用電器中都有傳感器。教學(xué)中，除了洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)，教師可根據(jù)本地實(shí)際情況，選擇電飯煲、熱水器、電烤箱、榨汁機(jī)、電熨斗、吸塵器等學(xué)生常見(jiàn)的家用電器。隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的家用電器都集成了多種傳感器，家用電器的智能化程度與其所搭載的傳感器數(shù)量往往呈正相關(guān)。
在探究家用電器的傳感器后，教師可以將討論拓展至太空探索領(lǐng)域。“祝融號(hào)”火星車成功在火星表面著陸，并執(zhí)行了多項(xiàng)科學(xué)探測(cè)任務(wù)，其背后離不開(kāi)眾多傳感器的支持，如用于分析火星大氣和土壤成分的光譜儀、監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)的地震儀，以及探測(cè)周圍環(huán)境溫濕度變化的傳感器等，共同構(gòu)成了“祝融號(hào)”強(qiáng)大的感知系統(tǒng)。
此外，教師還可以將傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景延伸至學(xué)生熟悉的其他領(lǐng)域，帶領(lǐng)學(xué)生深入分析功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。這樣的討論不僅有助于提升學(xué)生對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)，還能激發(fā)他們對(duì)跨學(xué)科知識(shí)應(yīng)用的思考。
三、傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展又對(duì)傳感器提出更高的要求，如體積更小、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低、檢測(cè)更準(zhǔn)確、使用更靈活、產(chǎn)品更節(jié)能等。以計(jì)步功能為例，從簡(jiǎn)單的計(jì)步器到物聯(lián)手表，集成的傳感器也越來(lái)越多，對(duì)運(yùn)動(dòng)的感知能力越來(lái)越強(qiáng)，如圖2.5所示。
圖2.5 計(jì)步設(shè)備的發(fā)展
現(xiàn)在，傳感器已經(jīng)從簡(jiǎn)單的電子零件逐步變成具有感知、計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸?shù)裙δ艿募苫b置。
傳感器的發(fā)展和傳感器的應(yīng)用需求密切相關(guān)，應(yīng)用越廣泛，需求就會(huì)越細(xì)，要求就會(huì)越高。正是由于傳感器集成化、智能化、無(wú)線化的發(fā)展，傳感器的作用越來(lái)越大。教學(xué)中，要讓學(xué)生理解應(yīng)用需求是促使傳感器向這些方向發(fā)展的原因，體會(huì)傳感器不僅是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的基礎(chǔ)。
在傳感器發(fā)展的過(guò)程中，出現(xiàn)了很多新的名詞，如無(wú)線傳感器、智能傳感器等。教學(xué)中，不必讓學(xué)生認(rèn)識(shí)和區(qū)分智能傳感器、無(wú)線傳感器等概念，只需強(qiáng)調(diào)傳感器正朝著更智能、更便捷、更集成的方向發(fā)展即可。
傳感器的種類多達(dá)幾萬(wàn)種，但和芯片技術(shù)一樣，國(guó)內(nèi)有部分高精尖的傳感器依賴進(jìn)口。隨著自主研發(fā)技術(shù)的增強(qiáng)，國(guó)產(chǎn)傳感器近些年已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。教學(xué)中，可適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考，傳感器的國(guó)產(chǎn)化對(duì)促進(jìn)我國(guó)科技自主可控的意義。
相比家用電器，手機(jī)中的傳感器更多。教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生分組討論，先引導(dǎo)學(xué)生討論手機(jī)常見(jiàn)的功能；然后，分析實(shí)現(xiàn)這些功能需要的傳感器。例如，光敏傳感器隨時(shí)檢測(cè)環(huán)境的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，使得手機(jī)能夠根據(jù)周圍光強(qiáng)度數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度；加速度傳感器可以檢測(cè)物體在x、y、z軸三個(gè)方向上的加速度，讓手機(jī)知道人們的運(yùn)動(dòng)方向。
課堂練習(xí)：
1. 洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等常見(jiàn)的家用電器中是否有傳感器？如果有傳感器，這些傳感器有哪些功能和作用？
2. “祝融號(hào)”火星探測(cè)車可能安裝了哪些傳感器？分別有什么作用？
課堂小結(jié)：
1．傳感器是物聯(lián)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全面感知的關(guān)鍵 。
2．傳感器是一種能將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置。
3．傳感器延伸了人類的感知。
4．傳感器向著網(wǎng)絡(luò)化、集成化、微型化、智能化的方向發(fā)展。
作業(yè)布置：
學(xué)生學(xué)習(xí)手冊(cè)第15頁(yè)任務(wù)單填寫(xiě)
板書(shū)設(shè)計(jì)：
第一單元 從感知到物聯(lián) 第二課 傳感之古今未來(lái)
傳感器的起源 二、認(rèn)識(shí)傳感器 三、傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
組長(zhǎng)審批意見(jiàn)及簽字：
教學(xué)反思：
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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