資源簡介

教學內容
超聲波傳感器的認識與使用
教學背景分析
目前初一的學生，通過周六日的開放性科學實踐課，基本上都接觸過Arduino電路板，雖然使用的具體型號不完全一樣，但基本方法大同小異。并且，通過這些實踐課的學習，雖然沒有正式的學習電學內容，但已經會連接簡單電路，有相應的操作經驗積累。在此次課前，學生通過幾節Arduino基礎課的學習，對Arduino Leonardo型號電路板的基本結構、使用方法，相應程序界面以及關鍵程序語言都具備了相應的了解。
教學目標
知識技能
1.認識本次實驗用的超聲波傳感器，并且會將其正確連入電路。
2.利用超聲波傳感器測定時間，直尺測量距離，根據速度計算公式v=s/t，算出聲音在空氣中的傳播速度。
過程方法
1.能夠通過小組合作，利用現有條件，科學設計實驗，獲取聲音的速度值。
2.掌握不同時間單位smsus三者間的換算方法。
情感態度價值觀
通過實踐和實例，嘗試用技術解決實際生活問題，培養在實際生活中應用技術的意識。
重難點
分析
重點：正確使用超聲波傳感器，設計實驗，測量出聲音傳播一定距離的時間。
難點：對測量得到的數據進行適當處理，計算得到聲音在空氣中的傳播速度。
教學策略
動手搭建，小組實驗操作
教學準備
檢查盒內設備，電腦調試，準備測量用直尺，教學板書
教學程序
教學活動
學生活動（預設）
應對教學策略
第一板塊：導入
5min
速度計算公式復習
由飛機，引出超音速飛機，讓學生猜測，速度超過多少的飛機叫超音速飛機。引出“聲音到底跑得有多快”這一問題。
給出博爾特世界百米跑時間記錄9.58s，指導學生利用公式，實際計算出百米跑速度。從而復習速度計算方法，同時可與后面聲音傳播速度對比，加深理解。
聲速測量方法引入
還原歷史場景，讓學生了解最初得到聲速的方法和過程。
以回聲現象的啟示，引導學生思考在現有技術和條件下，能夠獲取聲速的方法。以一般飛機速度的計算，引入超聲波傳感器的使用。
積極思考，參與互動
聯系生活實際，調動學生積極性
第二板塊：
認識超聲波傳感器
10min
超聲波傳感器引入
聯系剛才的超音速飛機，突出聲音傳播速度之快，促使學生理解為什么完成本節任務需要用傳感器。
學生自主學習
提出問題“超聲波傳感器是如何工作的，在本實驗中能怎么發揮作用”。提供學生自學資料介紹：超聲波傳感器的四個引腳、主要性能參數、測量原理（發射出信號與接收到返回信號間的時間間隔）。
學生分享，教師指導補充
挑選代表小組分享自學成果，即對預選提出兩個問題的回答。
教師根據學生分享的結果，進行補充，較完整地演示使用過程。（注意說明超聲波與聲波的關系，以及補充軟件新知識點：串口打印功能。）
對照手里的實物，了解超聲波傳感器的工作原理，并初步了解本次實驗的基本流程。
將實物演示與PPT結合講解
第三板塊：
使用超聲波傳感器
15min
實驗圖和實驗步驟明確
根據剛才對超聲波傳感器的學習和教師演示，學生小組討論測量聲速的方法，并在學習單上畫出實驗草圖。
測量相應距離的傳播時間
固定傳感器，在鋼尺上移動障礙物（如：套件盒子），使兩者距離為小組選定的實驗距離，利用串口打印顯示測得的時間，至少取6個數據，取平均值。
計算聲波速度
根據速度公式，利用測得的平均時間和距離，計算出聲波傳播速度，并將小組的實驗結果寫在黑板上。
預設及應對辦法：
1.串口一直顯示0，無法得到預期數據：檢查線路是否與程序匹配，尤其是Trig和Echo兩個端口是否接反。檢查傳感器是否有破損。
2.串口顯示不穩定，有時候顯示0，有時候正常顯示：檢查是否有接線松掉，傳感器是否正常工作。
3.測得數據明顯不符合實際情況：可能是硬件問題，采用板子初始化解決；更有可能是50cm距離內不小心混入了其它障礙物，如手、鍵盤線等。
4.計算時，單位換算有問題：在黑板上列出換算倍率，教學生直接用挪小數點位數的辦法計算。
5.計算時，直接使用測得的時間：反復強調。
（供部分同學嘗試）拓展任務：根據計算出的聲音速度，利用超聲波傳感器測量時間，計算出教室桌面到天花板的距離，并與自己實際估測作對比。
小組合作，使用超聲波傳感器完成任務。
普遍問題統一指導
個性問題進組指導
調動組間相互幫助
第四板塊：
分享展示
10min
全班數據分析
引導學生對各組測量計算得到的數據進行分析，篩選出可靠數據。通過小組分享，再現不可靠數據的獲得過程，調動組間互動，分析失敗原因，尋找改變方法。
預設及應對辦法：
1.差異比較大，某些數據明顯不對?！堅摻M再現本組測量過程，其它同學進行點評，評價其數據質量，探討改進方法。
2.差異不大，無錯誤數據。——討論數據不完全一樣的原因，即誤差原因，將9組結果平均，計算基于全班結果的聲音速度值。并于理論值對比。
如果聲音傳播速度變為0.1ms?
以頭腦風暴的形式，鼓勵學生發散思維，推測如果聲音傳播速度變為0.1ms后，對于我們日常生活可能帶來的影響？如：交通事故頻發，相互溝通交流困難等。
預設及應對辦法：
1.發言踴躍。及時肯定，有效反饋。
2.想不到哪些應用。教師先舉幾個例子，拋磚引玉。
超聲波傳感器在生活中的常見應用
組間交流，促進相互學習
思考分享，聯系生活實際，強化本節學習內容
收拾器材，準備下課
學生分享
教師補充
板書設計
聲音跑得有多快？
距離（m）
時間（s））
速度（m/s）
第一組
第二組
第三組
第四組
第五組
第六組
第七組
第八組
第九組
學習效果評價設計
1.正確連接電路，成功上傳程序，測量顯示出相應時間的學生小組數。
2.利用測量出的時間以及相應路程，根據速度公式，成功計算出聲音在空氣中傳播速度的學生小組數。
3.嘗試拓展任務或其它自創任務的學生小組數。

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