第13课智能楼道灯——红外传感器【教材分析】本课内容主要介绍了红外传感器及其应用，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，才能可靠传输信息，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，红外传感器也是众多传感器技术中最普通常见的。

正确认识红外传感器及其应用，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《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，而不知其所以然”。

信息是如何被感知的？如何传输的？又是如何最终实现智能应用的？学生对于这些问题的答案是模糊的，知识结构是零散的。

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。

【教学目标与要求】1. 知识与技能（1）了解红外线，知道人体能发出特定波长的红外线；（2）认识红外传感器，能辨认常见的红外传感器；（3）了解红外传感器的特点，能够列举红外传感器的常见应用；（4）了解智能楼道灯系统的工作过程。

2. 过程与方法（1）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；（2）通过对红外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；（3）通过讨论、评价日常生活中红外传感器的典型应用，学会评价它们的特点及其与实际生活的关系。

3. 情感、态度与价值观（1）通过情境设置与视频观察，引导学生主动发现生活中的物联网应用；（2）通过建模体验与探究实验，引导学生产生保持学习与使用物联网技术的兴趣；（3）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。

4. 行为与创新（1）通过对智能楼道灯的解剖，了解其系统组成，发现其信息获取的特征；（2）通过分组实践，拓展对红外传感器的认识；（3）基于对红外传感器的认识，提出解决问题的畅想方案。

【教学重点与难点】重点：（1）认识红外传感器，能描述它的特点及探测范围；（2）通过对智能楼道灯系统分析建模，体会信息的感知及物联网的体系架构。

难点：（1）红外传感器及其特点。

（2）智能楼道灯系统的工作过程。

【教学方法与手段】分组讨论、总结提炼、实验探究等。

【课时安排】安排1课时。

【教学准备】多媒体机房、实验器材、教学课件等。

【教学过程】一、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（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（播放校园内的自动感应楼道灯的视频）。

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，物与物是如何相连的？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，来探究这些物联网应用背后的科技之光。

图1【设计意图】第一环节关键词——发现。

发现生活中与红外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。

二、分析架构，突显核心（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外一个设备在起作用？②大胆猜测：学生仔细观察智能楼道灯系统图（图2），大胆猜测，并尝试在图2上指出该设备。

图2③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的视频，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呢？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：通过教材求证。

学生阅读教材，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？什么是红外传感器？学生阅读教材获得关于红外线、红外传感器的文字描述，初步体验。

教师通过课件给出关于红外线、红外成像的图片描述，再以小组为单位，提供给学生红外传感器的实物，让学生近距离观察红外传感器的外观，体会红外传感器的小身材，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红外感应开关里的奥秘：里面必定包含有“红外传感器”。

【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以下两个问题展开分析：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。

这里体现了课堂组织的“问题导向”，即由问题作为出发点，教师鼓励学生就某个问题进行大胆猜测，提出一些可能的假设方案，逐步造成这样的情况。

这个问题学生急于解决，并且已经提出了假设方案，但是利用现有的知识和技能却无法证明假设是否正确有效，形成认知冲突，让学生在迫切的要求下主动寻求较为科学权威的求证。

对于“什么是红外线？什么是红外传感器？”，这部分内容属于陈述性的知识，书上有现成的名词解释，所以安排学生2分钟自主学习，同时教师提供3个问题和线索，以提高学生自主学习时的效率。

学生从自主学习首先获得“文字信息的描述”，然后全班交流获得“图片信息的描述”以及“实物展示”，最后“实物解剖”，符合学生的认知规律，消除了学生对红外传感器的神秘感，逐步揭开了红外传感器的庐山真面目。

课堂到这里，补充完整的课题：《智能楼道灯——红外传感器》，其中，红外传感器是智能楼道灯系统的核心。

三、搭建模型，解读原理红外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的？为了更好的理清它的工作过程，教师现场演示利用实验器材搭建智能楼道灯的系统模型。

通过部分学生实践体验，其余学生观察体验，解读智能楼道灯系统中红外传感器的工作过程，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（图3），里面包含有红外传感器；一盏普通的电灯（图4）。

图3 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传感器，并验证：当接入红外传感器以后，可以实现自动控制灯的开关。

（3）1～2位同学上前，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。

（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，目的是充分抓住学生好奇的眼球，就像变魔术一样，对于学生来说，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兴趣，调动学生参与的热情，令学生在注意力更集中的状态下，观察更仔细。

现场建模理清了红外传感器工作过程的同时，也为第四环节中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。

四、深入探究，科学实验学生分组实验，协作探究红外传感器的探测范围，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（图5）和手持终端（图6），其中红外模块中包含有红外传感器，手持终端可以自动识别红外模块。

图5 图6（3）介绍实验分工。

全班分组，4个学生为一组。

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，确保每位同学在实验开始前就明确自己的实验任务和在实验中的位置，避免实验干扰。

（4）介绍实验方法。

教师课前预先在实验场地标出距离（图7）和角度（图8）。

学生完成两组实验，填写相应的实验报告单。

图7图8（5）学生分组实验。

（6）交流实验结论。

学生回答，梳理：红外传感器的探测范围有一定的距离和角度，同时教师提供红外传感器探测范围示意图（图9）。

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。

图9【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。

五、评价总结，拓展延伸（1）知识梳理。

以知识结构图（图10）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。

图10（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传感器控制下的《智慧小车》（图11）。

小车的车身装有红外传感器，靠近行人的时候会自动后退或转弯，大大减少车祸的发生。

图11③欣赏视频《红外传感器在现代智能生活中的应用》，意犹未尽。

你还有什么好点子？不妨课后与老师交流或给老师发E-Mail，说不定就是一项新发明。

结束语：安全、舒适、智能、环保、节能，这就是红外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设备的存在，人与物，物与物才得以相连，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。