高中物理：基于馬達(dá)與傳感器的循跡小車項(xiàng)目式教案

高中物理：基于馬達(dá)與傳感器的循跡小車項(xiàng)目式教案

一、項(xiàng)目背景與設(shè)計(jì)理念

本教學(xué)設(shè)計(jì)立足于高中二年級(jí)物理學(xué)科，以“電磁感應(yīng)”、“傳感器原理”及“簡(jiǎn)單邏輯電路”為核心知識(shí)載體，深度融合通用技術(shù)、信息技術(shù)與工程思維，構(gòu)建一個(gè)以“設(shè)計(jì)與制作循跡小車”為載體的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課堂。設(shè)計(jì)理念遵循當(dāng)前課程改革倡導(dǎo)的“大單元教學(xué)”與“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”，旨在將抽象的物理定律轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際工程問題的工具。通過引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“問題發(fā)現(xiàn)—原理探究—方案設(shè)計(jì)—?jiǎng)邮执罱ā{(diào)試優(yōu)化—反思拓展”的完整探究鏈條，不僅深化對(duì)楞次定律、霍爾效應(yīng)、光敏電阻特性等核心概念的理解，更著力培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“實(shí)驗(yàn)探究”以及“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是一個(gè)意義建構(gòu)的過程，教師作為學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)者與深度思維的引導(dǎo)者，將課堂主體交還給學(xué)生，讓學(xué)習(xí)在真實(shí)的問題解決中真實(shí)發(fā)生。

二、教學(xué)內(nèi)容分析

（一）核心知識(shí)圖譜

本項(xiàng)目的知識(shí)建構(gòu)圍繞“信號(hào)感知—信號(hào)處理—能量轉(zhuǎn)換與動(dòng)作執(zhí)行”三條主線展開，這三條主線在物理學(xué)科中對(duì)應(yīng)著【非常重要】的電磁學(xué)核心概念。

1、信號(hào)感知層：聚焦于傳感器的工作原理。重點(diǎn)探究光敏電阻（硫化鎘或硅光電池）的阻值隨光照強(qiáng)度變化的特性（半導(dǎo)體的光電效應(yīng)），以及紅外對(duì)管（紅外發(fā)射與接收）在檢測(cè)黑白跑道時(shí)因反射率不同而產(chǎn)生的電壓變化。此為【難點(diǎn)】，學(xué)生需理解傳感器本質(zhì)上是將非電學(xué)量（光強(qiáng)、顏色）轉(zhuǎn)換為電學(xué)量（電阻、電壓）的裝置。

2、信號(hào)處理層：引入電壓比較器（如LM393）或簡(jiǎn)單的晶體管開關(guān)電路。分析如何將傳感器感知到的微弱模擬信號(hào)，通過電路處理（如與基準(zhǔn)電壓比較）轉(zhuǎn)換為清晰的數(shù)字電平（高電平或低電平），以控制后續(xù)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的通斷。此為【熱點(diǎn)】與【高頻考點(diǎn)】，關(guān)聯(lián)到閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的分壓原理以及晶體管的開關(guān)特性。

3、能量轉(zhuǎn)換與動(dòng)作執(zhí)行層：以直流馬達(dá)為核心，探究其在磁場(chǎng)中通電線圈受力而轉(zhuǎn)動(dòng)的原理（安培力）。結(jié)合馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片（如L298N或簡(jiǎn)單的H橋電路），分析如何通過邏輯電平控制馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速，實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向與行進(jìn)。此部分直接對(duì)應(yīng)【重要】的“安培力”與“電磁感應(yīng)”的實(shí)際應(yīng)用。

（二）學(xué)科價(jià)值與育人價(jià)值

本項(xiàng)目不僅要求學(xué)生掌握物理定律，更要求他們將這些定律作為工具，去設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自主運(yùn)行的智能體。在此過程中，學(xué)生將深刻體會(huì)到物理學(xué)的“力量感”——它能夠被用來創(chuàng)造性地改造世界。同時(shí)，調(diào)試過程中反復(fù)出現(xiàn)的“理論預(yù)期”與“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”之間的沖突，將磨礪學(xué)生的科學(xué)批判思維和實(shí)證精神，培養(yǎng)面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)的工程耐心與系統(tǒng)優(yōu)化思維，這正是跨學(xué)科視野下拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵所在。

三、學(xué)情分析與教學(xué)目標(biāo)定位

（一）學(xué)情分析

本教學(xué)設(shè)計(jì)面向高二年級(jí)學(xué)生。他們已系統(tǒng)學(xué)習(xí)過力學(xué)基礎(chǔ)、恒定電流、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用（安培力）以及初步的電磁感應(yīng)知識(shí)，具備基本的電路連接能力（如使用面包板、識(shí)別電阻色環(huán)）。然而，他們對(duì)“傳感器如何工作”、“電路如何實(shí)現(xiàn)邏輯判斷”以及“工程系統(tǒng)如何整體設(shè)計(jì)”往往缺乏整合性的認(rèn)知。學(xué)生普遍存在“知識(shí)點(diǎn)”與“應(yīng)用場(chǎng)景”之間的認(rèn)知鴻溝，習(xí)慣于解構(gòu)書本上的理想化習(xí)題，但對(duì)建構(gòu)一個(gè)真實(shí)的、充滿干擾因素的物理系統(tǒng)感到陌生。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)應(yīng)是激活其已有的碎片化知識(shí)，引導(dǎo)其在系統(tǒng)構(gòu)建中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的重構(gòu)與升華。

（二）教學(xué)目標(biāo)

1、物理觀念：深化對(duì)“電與磁相互作用”的理解，能夠從能量轉(zhuǎn)化與守恒的高度解釋循跡小車的工作過程（光能→電能/電壓信號(hào)→磁能/機(jī)械能）。建立“傳感器-控制器-執(zhí)行器”的現(xiàn)代智能系統(tǒng)物理模型觀念。

2、科學(xué)思維：運(yùn)用控制變量法探究光敏電阻特性對(duì)循跡靈敏度的影響；通過分析比較器電路，培養(yǎng)信息處理的邏輯推理能力；在設(shè)計(jì)路徑規(guī)劃與電機(jī)控制策略時(shí)，鍛煉模型建構(gòu)與系統(tǒng)分析的工程思維。

3、實(shí)驗(yàn)探究：能夠根據(jù)循跡任務(wù)（如特定黑白軌跡）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立完成電路搭建、程序燒錄（若涉及單片機(jī)）或純模擬電路的調(diào)試，能對(duì)循跡失敗等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析并尋找解決方案（如調(diào)整傳感器間距、修改比較閾值、優(yōu)化電機(jī)轉(zhuǎn)速等）。

4、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：在小組合作中體會(huì)協(xié)作與溝通的重要性；面對(duì)反復(fù)調(diào)試的挫折時(shí)，養(yǎng)成堅(jiān)韌求實(shí)、精益求精的工匠精神；理解智能控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)、無人駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值與社會(huì)責(zé)任。

四、教學(xué)重難點(diǎn)精析

（一）【非常重要】【難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)

1、掌握光敏傳感器、紅外反射式傳感器的工作物理原理及其典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)。

2、理解基于電壓比較器的信號(hào)處理電路，掌握利用分壓電路設(shè)置基準(zhǔn)電壓的方法。

3、掌握直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理，理解H橋電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的邏輯。

4、能夠獨(dú)立完成循跡小車電路的搭建、測(cè)試與系統(tǒng)級(jí)調(diào)試。

（二）【高頻考點(diǎn)】【難點(diǎn)】教學(xué)難點(diǎn)

1、傳感器靈敏度與抗干擾能力的平衡。例如，如何設(shè)置光敏電阻的分壓電阻值，使其對(duì)跑道灰度變化最敏感，同時(shí)又能避免環(huán)境光的干擾。

2、信號(hào)處理中的邏輯判斷實(shí)現(xiàn)。如何設(shè)計(jì)比較器電路，使得左右兩個(gè)傳感器信號(hào)能夠正確組合，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)做出“直行”、“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”、“停車”的邏輯動(dòng)作。這是模擬電路實(shí)現(xiàn)“智能”的核心。

3、系統(tǒng)級(jí)調(diào)試的歸因分析。當(dāng)小車沖出跑道時(shí)，學(xué)生往往難以快速判斷究竟是傳感器靈敏度問題、比較器閾值問題、電機(jī)驅(qū)動(dòng)力問題還是機(jī)械結(jié)構(gòu)（如輪子打滑）問題。培養(yǎng)系統(tǒng)性的故障排查思維是重中之重。

五、教學(xué)準(zhǔn)備

（一）教師準(zhǔn)備

1、硬件套件：為每組準(zhǔn)備一套標(biāo)準(zhǔn)的循跡小車套件，包含：車模底盤（含兩個(gè)直流減速電機(jī)及輪子、萬向輪）、主控板（可選用純比較器LM393方案，或兼容Arduino的微控制器板）、紅外對(duì)管傳感器模塊（TCRT5000或類似）、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、面包板、跳線、電阻（10kΩ、20kΩ可調(diào)電阻等）、輕觸開關(guān)、電源（電池盒及充電電池）。

2、跑道制作：制作至少兩種規(guī)格的循跡跑道。一種為標(biāo)準(zhǔn)黑白對(duì)比度高的PVC材質(zhì)跑道（模擬理想環(huán)境），另一種為在木紋桌面或粗糙白紙上用黑色電工膠帶粘貼的跑道（引入環(huán)境干擾，增加挑戰(zhàn)性）。

3、多媒體資源：準(zhǔn)備用于演示傳感器原理的動(dòng)畫、典型電路仿真文件（如用EveryCircuit仿真比較器）、以及往年學(xué)生優(yōu)秀作品的演示視頻和失敗案例的故障分析視頻。

4、學(xué)案設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)包含電路原理圖、關(guān)鍵參數(shù)記錄表、故障排除記錄表在內(nèi)的項(xiàng)目式學(xué)案，引導(dǎo)學(xué)生有序探究。

（二）學(xué)生準(zhǔn)備

1、知識(shí)準(zhǔn)備：復(fù)習(xí)閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的分壓原理、二極管的單向?qū)щ娦浴⑷龢O管的開關(guān)特性、安培力的方向判定。

2、工具準(zhǔn)備：基本的電學(xué)工具包（如斜口鉗、剝線鉗、萬用表）。

六、教學(xué)實(shí)施過程（核心環(huán)節(jié)）

本過程設(shè)計(jì)為6課時(shí)（每課時(shí)45分鐘），貫穿整個(gè)項(xiàng)目周期。

（一）第一課時(shí)：情境導(dǎo)入與工程解構(gòu)——確立項(xiàng)目目標(biāo)

1、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)動(dòng)機(jī)

教師播放一段工業(yè)AGV（自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車）在倉庫中沿地面磁條或色帶運(yùn)行搬運(yùn)貨物的視頻，以及一段無人駕駛汽車在道路上識(shí)別車道線的視頻。提出問題：“這些機(jī)器是如何‘看見’并‘跟隨’道路的？我們今天能否用所學(xué)的物理知識(shí)，親手創(chuàng)造一個(gè)能夠自動(dòng)循跡的智能小車？”此環(huán)節(jié)旨在將高深的科技產(chǎn)品與學(xué)生即將開展的項(xiàng)目建立聯(lián)系，點(diǎn)燃探究熱情。

2、工程解構(gòu)，抽象模型

教師展示一套已組裝好的成品循跡小車，并在黑白跑道上進(jìn)行演示。演示成功后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)小車進(jìn)行“黑箱解構(gòu)”，思考其內(nèi)部可能的構(gòu)成。教師根據(jù)學(xué)生回答，逐步在黑板上抽象出【非常重要】的系統(tǒng)框圖：環(huán)境信息（跑道黑白線）→傳感器模塊（感知光強(qiáng)/反射率）→信號(hào)處理模塊（判斷黑白，做出轉(zhuǎn)向決策）→執(zhí)行模塊（驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制車輪）→物理輸出（小車沿軌跡行進(jìn)）。這個(gè)框圖將成為整個(gè)項(xiàng)目推進(jìn)的“認(rèn)知地圖”。

3、明確任務(wù)，分組分工

公布本次項(xiàng)目的核心任務(wù)：以小組為單位（4人一組），在接下來的5課時(shí)內(nèi)，設(shè)計(jì)并制作出一輛能夠穩(wěn)定、快速地在指定黑白軌跡上行駛的循跡小車。明確小組角色分工：項(xiàng)目經(jīng)理（負(fù)責(zé)進(jìn)度協(xié)調(diào)與整體方案）、電路工程師（負(fù)責(zé)原理圖設(shè)計(jì)與電路搭建）、測(cè)試工程師（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)記錄與故障排查）、工藝工程師（負(fù)責(zé)機(jī)械結(jié)構(gòu)與布線美觀）。角色可輪換，以確保每位學(xué)生獲得多元體驗(yàn)。

（二）第二課時(shí)：感知前沿——傳感器的原理與特性探究

1、實(shí)驗(yàn)探究：光/紅外傳感器的秘密

教師分發(fā)紅外對(duì)管傳感器模塊（TCRT5000），引導(dǎo)學(xué)生用萬用表測(cè)量其在不同條件下輸出端的電壓變化。實(shí)驗(yàn)任務(wù)如下：

（1）將傳感器對(duì)準(zhǔn)純白紙面，觀察并記錄輸出電壓。

（2）將傳感器對(duì)準(zhǔn)黑色電工膠帶表面，觀察并記錄輸出電壓。

（3）改變傳感器與紙面的距離，觀察輸出電壓變化。

（4）在環(huán)境光較強(qiáng)/較弱時(shí)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，自主歸納出【基礎(chǔ)】原理：紅外傳感器利用白色反射強(qiáng)、黑色反射弱的特性，導(dǎo)致接收管導(dǎo)通程度不同，進(jìn)而引起輸出電壓變化。記錄下黑白兩種狀態(tài)下電壓的具體數(shù)值（例如白：2.5V，黑：0.3V）。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：這個(gè)電壓變化雖然存在，但波形可能不夠陡峭，且易受環(huán)境光干擾，如何讓電路“確定無疑”地判斷黑白？引出下一環(huán)節(jié)。

2、理論學(xué)習(xí)：電壓比較器

教師介紹電壓比較器（LM393）的核心功能：比較兩個(gè)輸入電壓的高低，并輸出相應(yīng)的數(shù)字電平（高或低）。結(jié)合分壓原理，講解如何構(gòu)建一個(gè)可調(diào)的基準(zhǔn)電壓。讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)電路：將傳感器的輸出電壓接到比較器的一個(gè)輸入端，將一個(gè)由可調(diào)電阻設(shè)定的基準(zhǔn)電壓接到另一個(gè)輸入端。當(dāng)傳感器檢測(cè)到白色（電壓高）時(shí)，輸出高電平；檢測(cè)到黑色（電壓低）時(shí)，輸出低電平。學(xué)生動(dòng)手在面包板上搭建包含傳感器、可調(diào)電阻、比較器的驗(yàn)證電路，用LED燈指示輸出狀態(tài)，親身感受【難點(diǎn)】“模擬信號(hào)”到“數(shù)字信號(hào)”的轉(zhuǎn)換過程。

（三）第三課時(shí)：決策核心——信號(hào)處理邏輯與電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理

1、問題引導(dǎo)：如何讓小車轉(zhuǎn)彎？

教師提出核心問題：“如果只有一只‘眼睛’（傳感器），小車只能判斷路面是黑是白，但它怎么知道該往哪里轉(zhuǎn)？我們至少需要幾只‘眼睛’？”引導(dǎo)學(xué)生思考雙傳感器方案。在黑板上畫出小車與跑道的俯視圖，假設(shè)小車車頭有兩個(gè)左右對(duì)稱的傳感器（左S1，右S2）。引導(dǎo)學(xué)生分析幾種邏輯情況：

（1）S1在白區(qū)，S2在白區(qū)：小車應(yīng)直行。

（2）S1在黑線（跑道線）上，S2在白區(qū)：小車應(yīng)向左微調(diào)（或右轉(zhuǎn)，取決于機(jī)械布局和程序邏輯，此處設(shè)定為偏向黑線一側(cè)為轉(zhuǎn)向信號(hào)）。更典型的邏輯是：當(dāng)左傳感器掃到黑線，說明車體偏右，應(yīng)向左轉(zhuǎn)修正。

（3）S1在白區(qū)，S2在黑線上：說明車體偏左，應(yīng)向右轉(zhuǎn)修正。

（4）S1在黑線，S2在黑線：說明小車走到十字路口或到達(dá)終點(diǎn)？觸發(fā)停車或特殊動(dòng)作。

這個(gè)邏輯分析過程，是培養(yǎng)【科學(xué)思維】的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。學(xué)生需將自然語言轉(zhuǎn)化為邏輯真值表。

2、實(shí)踐探究：電機(jī)控制與H橋

在學(xué)生理解轉(zhuǎn)向邏輯后，引入電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（L298N）。教師講解【重要】的H橋電路原理：通過控制四個(gè)開關(guān)管（晶體管）的通斷，可以改變流過電機(jī)的電流方向，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。演示如何用兩個(gè)邏輯輸入（如IN1、IN2）控制一個(gè)電機(jī)的三種狀態(tài)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。學(xué)生動(dòng)手連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與兩個(gè)直流減速電機(jī)，通過手動(dòng)給高/低電平，驗(yàn)證電機(jī)正反轉(zhuǎn)。

3、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：構(gòu)建邏輯-動(dòng)作映射

將前兩節(jié)課的成果結(jié)合起來。學(xué)生嘗試將左右兩個(gè)比較器的輸出信號(hào)，按照預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)向邏輯，分別連接到左右兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入引腳。例如：

邏輯設(shè)定（以右電機(jī)驅(qū)動(dòng)右輪，左電機(jī)驅(qū)動(dòng)左輪為例）：

當(dāng)左傳感器輸出低（黑）、右傳感器輸出高（白）：左輪停或慢轉(zhuǎn)，右輪快轉(zhuǎn)→實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)。

當(dāng)左傳感器輸出高（白）、右傳感器輸出低（黑）：右輪?；蚵D(zhuǎn)，左輪快轉(zhuǎn)→實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)。

當(dāng)左右傳感器均輸出高（白）：左右輪同速正轉(zhuǎn)→直行。

當(dāng)左右傳感器均輸出低（黑）：停止。

學(xué)生根據(jù)這個(gè)邏輯，連接電路。這一步是系統(tǒng)級(jí)整合的【難點(diǎn)】，學(xué)生需理清復(fù)雜的連線關(guān)系，避免信號(hào)沖突。連接完畢后，用手分別遮擋左右傳感器，觀察對(duì)應(yīng)車輪的動(dòng)作是否符合預(yù)期邏輯。

（四）第四課時(shí)：工程實(shí)踐——整車搭建與初步調(diào)試

1、結(jié)構(gòu)安裝與布線

學(xué)生將面包板上的電路、電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等固定到車模底盤上。教師強(qiáng)調(diào)【重要】的工藝要求：布線應(yīng)整潔有序，避免線路纏繞車輪；傳感器安裝高度必須一致且與地面平行，確保左右檢測(cè)一致性；重心應(yīng)盡量降低，防止高速過彎時(shí)側(cè)翻。

2、初次跑道測(cè)試

完成硬件組裝后，各組將小車放在標(biāo)準(zhǔn)黑白跑道上進(jìn)行首次實(shí)地測(cè)試。幾乎可以肯定，大部分小車會(huì)出現(xiàn)各種問題。有的可能直行時(shí)搖擺不定，有的可能在第一個(gè)彎道就直接沖出去，有的可能完全不動(dòng)。教師此時(shí)扮演“技術(shù)顧問”的角色，引導(dǎo)學(xué)生不要慌張，而是要仔細(xì)觀察現(xiàn)象，并依據(jù)系統(tǒng)框圖進(jìn)行分層診斷。教師在巡視中，記錄下典型的失敗案例，為后續(xù)的集中講解做準(zhǔn)備。

3、故障收集與初步歸因

鼓勵(lì)各小組詳細(xì)記錄測(cè)試中出現(xiàn)的現(xiàn)象（如：在直道上蛇形、右轉(zhuǎn)失靈、動(dòng)力不足等），并用學(xué)案上的故障排查表嘗試初步歸因。例如，如果小車總是沖出右轉(zhuǎn)彎道，可能是左傳感器太靈敏（或太不靈敏），也可能是右輪動(dòng)力過強(qiáng)，或者是傳感器間距太大，無法準(zhǔn)確感知彎道曲率。引導(dǎo)學(xué)生從“傳感器-邏輯-執(zhí)行”三個(gè)層面逐一排查。

（五）第五課時(shí)：優(yōu)化迭代——故障診斷與性能提升

1、集中會(huì)診，提煉方法

教師選取上一課時(shí)記錄的幾個(gè)典型失敗案例（不透露組名），通過照片或視頻展示給全班，引導(dǎo)學(xué)生共同“會(huì)診”。例如，針對(duì)“直道上蛇形”問題，引導(dǎo)學(xué)生分析可能原因：傳感器響應(yīng)不夠靈敏，導(dǎo)致小車“看到”黑線時(shí)已經(jīng)偏出太多；或者電機(jī)轉(zhuǎn)速太快，導(dǎo)致修正過度。針對(duì)“右轉(zhuǎn)失靈”問題，引導(dǎo)學(xué)生檢查對(duì)應(yīng)通道的比較器閾值是否設(shè)置過高，或者右側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓是否不足。通過集體討論，提煉出【非常重要】的系統(tǒng)調(diào)試方法——“控制變量法”和“二分法”。即一次只改變一個(gè)參數(shù)（如可調(diào)電阻的阻值、電機(jī)轉(zhuǎn)速），觀察其對(duì)結(jié)果的影響，從而鎖定問題根源。

2、精細(xì)調(diào)試，性能優(yōu)化

各組根據(jù)課堂討論的成果，返回自己的實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行精細(xì)化調(diào)試。調(diào)試活動(dòng)包括：

（1）靈敏度調(diào)整：使用小螺絲刀微調(diào)比較器模塊上的可調(diào)電阻，改變基準(zhǔn)電壓，找到使傳感器對(duì)黑白變化最敏感的那個(gè)閾值點(diǎn)。這是整個(gè)項(xiàng)目中【最考驗(yàn)?zāi)托摹康沫h(huán)節(jié)。

（2）速度匹配：調(diào)整電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上的使能端電壓（或用PWM信號(hào)），使左右兩個(gè)輪子在空載時(shí)轉(zhuǎn)速基本一致，以保證直行的穩(wěn)定性。

（3）機(jī)械修正：調(diào)整傳感器的安裝角度和高度，尋找最佳檢測(cè)距離；檢查輪子是否打滑，必要時(shí)增加配重以增大摩擦力。

在此過程中，學(xué)生將深刻體會(huì)到工程系統(tǒng)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的特性，培養(yǎng)系統(tǒng)性思維。

3、挑戰(zhàn)升級(jí)

對(duì)于調(diào)試進(jìn)度快、性能已比較穩(wěn)定的小組，教師提出新的挑戰(zhàn)：挑戰(zhàn)二號(hào)線——在粗糙木紋桌面（低對(duì)比度、強(qiáng)干擾）的跑道上進(jìn)行循跡。學(xué)生將發(fā)現(xiàn)原先設(shè)置好的參數(shù)可能完全失效，不得不重新考慮傳感器的抗干擾設(shè)計(jì)，甚至可能需要增加信號(hào)放大電路或引入更復(fù)雜的軟件濾波算法（若采用單片機(jī)方案）。這進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的探究潛能。

（六）第六課時(shí)：成果展示與總結(jié)反思

1、項(xiàng)目路演與競(jìng)技

舉辦“循跡小車挑戰(zhàn)賽”。每組有兩次機(jī)會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)跑道上進(jìn)行展示，以最快且穩(wěn)定跑完全程者為勝。同時(shí)也鼓勵(lì)在挑戰(zhàn)跑道上有創(chuàng)新表現(xiàn)的小組進(jìn)行展示。每組除了演示小車外，還需進(jìn)行簡(jiǎn)短的“項(xiàng)目路演”，介紹本組的設(shè)計(jì)方案、在調(diào)試過程中遇到的最大困難以及是如何解決的，分享最具智慧的一次調(diào)試經(jīng)歷。這不僅考察動(dòng)手能力，更考察表達(dá)能力與反思能力。

2、總結(jié)評(píng)價(jià)與反饋

評(píng)價(jià)采用多元評(píng)價(jià)方式：

（1）過程性評(píng)價(jià)：依據(jù)學(xué)案上的實(shí)驗(yàn)記錄、故障排查表的完成質(zhì)量、組內(nèi)互評(píng)表現(xiàn)打分。

（2）結(jié)果性評(píng)價(jià)：根據(jù)小車的循跡性能（穩(wěn)定性、速度）打分。

（3）發(fā)展性評(píng)價(jià)：根據(jù)項(xiàng)目路演中體現(xiàn)的創(chuàng)新點(diǎn)、問題解決深度以及反思質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

教師進(jìn)行總結(jié)性點(diǎn)評(píng)，充分肯定學(xué)生在項(xiàng)目中的科學(xué)探究精神和工程實(shí)踐能力，同時(shí)將學(xué)生在實(shí)踐中遇到的問題重新關(guān)聯(lián)回物理課本中的知識(shí)點(diǎn)，完成從實(shí)踐到理論的升華。例如，再次強(qiáng)調(diào)傳感器靈敏度與分