資源簡介

(共43張PPT)
第四單元 第4課
跨學科活動：我的智能家居
（清華大學版）八年級
上
1
核心素養目標
3
新知講解
5
拓展延伸
7
板書設計
2
新知導入
4
課堂練習與評價
6
課堂總結
課后作業
8
01
核心素養目標
信息意識
計算思維
數字化學習與創新
信息社會責任
在使用智能家居產品時，嚴格擔好信息安全責任，保護用戶隱私。
積極通過多元化數字化學習手段玩轉智能家居創新應用，挖掘更多便捷功能。
依據嚴謹的計算思維深入剖析智能家居系統復雜的運作原理，優化控制流程和算法。
時刻關注智能家居領域的動態信息，強化信息意識，洞察發展趨勢。
02
新知導入
本課中你將學習:
如何進行智能家居設計的需求分析
智能家居項目搭建的一般流程是什么樣的
如何通過系統調試和完善來優化智能家居的各項功能
02
新知導入
用技術改變生活，讓世界更加美好。隨著我們對物聯網技術的深入了解，會逐步發現生活中不夠便利的地方，都能用技術來解決。
層出不窮的智慧產品不斷刷新人們的認知——原來還有這么好的解決方案！對于家居生活中的一些問題，除了購買現成的智能家居產品外，我們能不能選擇自己設計一個智能家居系統來解決這些問題？
一、情境導入
02
新知導入
03
新知講解
生活中處處存在“痛點”，比如離開家才想起忘了關燈，下雨了發現家里窗戶沒關，或者出門在外好幾天沒辦法給家里植物澆水等。每當遇到這樣的問題，總是恨不得長出一只無形的“手”去完成。物聯網技術就是一只可以遙控的“手”，特別適合解決這類問題。以制作天氣播報小助手為例，通過隨時了解天氣狀況，在不同天氣下，將家中的燈光調整至相應的亮度。如晴天不開燈，陰雨天開燈，多云則將燈光調整至低亮度等，這就是一款自己設計的智能家居產品。
二、需求分析
03
新知講解
請結合前面課時的學習，完成“我的智能家居”項目需求分析，填入表3.4.1。
項目 內 容
應用目標 1.提高生活便利性
2.提升家居安全性
3.實現能源節約
功能需求 1.環境感知與自動調節功能
2.設備遠程控制功能
3.安全監控與預警功能
03
新知講解
為了更好地完成“我的智能家居”這個項目任務，你的小組需要進行分工合作，小組成員的分工角色與合作職責，可以參照表3.4.2所示的范例，也可以另行設計，并參加到項目方案中。
三、分工合作
03
表3.4.2 分工合作表
姓名 角色 分工 任務
小明 組長 項目統籌、監督與管理 項目整體規劃設計、項目實施過程的統 籌、協調監督 、總結等
小張 成員 搭建物聯網平臺，上傳與搜集數據 搭建項目所涉及的軟硬件環境：對物聯網平臺的客戶端以及服務器端進行測試：維護上傳與搜集到的數據
新知講解
03
分工合作
表3.4.2 分工合作表
姓名 角色 分工 任務
小李 成員 負責實現各個功能板塊 實現項目各模塊（智能終端、感知、控制 模塊）功能、設計算法并編寫代碼
小王 成員 文檔記錄與編寫 文檔撰寫
續表：
03
新知講解
找一個優秀的開源項目，里面會提供詳細而具體的文檔。“我的智能家居”項目是基于物聯網技術完成的，自然是一個軟硬件相互協同工作的信息系統。一般來說，要搭建的步驟應“先硬再軟”，即先搭建硬件，再運行軟件代碼。
四、規劃實施
03
新知講解
開源項目采用的智能終端，一般是常見的開源硬件，絕大多數的擴展電子模塊都是兼容的。以“我的智能家居”項目為例，智能終端方面不僅可以選擇掌控板，還可以選擇行空板和Arduino，甚至可以選擇樹莓派、拿鐵熊貓等迷你計算機。
“我的智能家居”項目的必選硬件中，除了常見的聲音傳感器、光線傳感器外，還有電磁閥、舵機等。考慮到安全，項目推薦使用帶漏電保護的開關電源和防水盒子。
1.硬件搭建
03
新知講解
開源項目一般也會選擇開源編程語言，如MicroPython、Python等。開源項目的文檔中一般會介紹其采用的編程語言，以及需要的編程環境，如Python的各種依賴庫。如果具備了Python的基礎知識，看代碼也就能得知需要安裝哪些依賴庫。
“我的智能家居”項目推薦使用MicroPython和Python這兩種編程語言。
2.代碼運行
03
新知講解
硬件搭建成功,代碼運行沒有報錯,這表示智能應用搭建的任務已經進入最后一個環節 一調試完善。在這個環節中,主要工作是調試并完善項目功能。
3.調試完善
03
新知講解
（1）系統調試
一個智能應用在真正實施之前,需要進行反復調試。調試的目的是測試項目的功能與穩定性，從中發現新的問題，并分析解決這些問題，從而提高整個系統的質量。常見的測試方法有完整性測試、魯棒性測試等。完整性測試指對照項目的功能清單，逐條測試“需求”能否實現，并檢查項目在功能上是否有遺漏。
3.調試完善
03
新知講解
（1）系統調試
魯棒性測試中的魯棒（Robust）是“健壯和強壯”的意思。魯棒性測試主要檢測系統在輸入錯誤、運行過載甚至被部分破壞的情況下是否還可以繼續正常工作，比如在網絡斷開、傳感器連接斷開或者MOTT服務器連接不上等情況下，系統能不能持續工作。
3.調試完善
03
新知講解
（2）系統完善
絕大多數的開源項目，是創客們用來解決問題而產生的成果，這些問題往往具有很鮮明的個性，對于我們的需求而言，往往并不是一一對應的，這就要求我們要在這個項目的基礎上進行完善、優化。雖然在別人的開源項目的基礎上修改代碼，優化功能，如同站在巨人 的肩膀上，相對來說比從頭開始要簡單得多，但有些開源項目可能一開始的設計就不夠合理，代碼的可讀性差，給后期的完善工作帶來很大的挑戰。如果遇到這種情況，可以考慮放棄，重新選擇一個開源項目。
3.調試完善
03
新知講解
當我們歷經“磨難”，一點一點搭建好智能應用，達成了預先的所有目標和需求，那么應該記錄自己的搭建心得或者問題解決過程，整理好文檔。
開源項目的文檔分為很多種，常見的有用戶文檔，開發文檔與管理文檔等。把系統的搭建步驟、調試記錄和問題解決過程等整理出來，都是很有價值的文檔。尤其是如何基于原項目做功能上的更新，對普通用戶來說是最好的學習資料，都值得整理出來。
4.文檔整理
03
新知講解
一個優秀的開源項目是靠很多人的努力共同打造出來的。因此，當我們利用“我的智能家居”項目，做了各方面的優化，就應該把這些資料“更新”到開源社區。如果你提供的更新得到項目發布人的認可，那你就成為這個項目的貢獻者；如果功能變化較大，也可以進行全新發布，作為這個項目的一個“分支”。
4.文檔整理
03
新知講解
項目成果交流，分為成果整理與交流兩個環節。成果整理，其內容涉及項目需求分析、項目設計方案、硬件連接、代碼運行、調試優化和文檔整理等方面，并為之制作匯報交流用的PPT。
項目成果評價，可基于表3.4.3的評價量規，來對自己與他人的項目成果進行客觀的評價，并記錄評價結果。
五、交流評價
03
新知講解
項目成果 評價標準 評價標準
優 良 一般 自評 他評
項目需求分析表 項目需求描述完整、正確且具體 項目需求描述完整、正確 其他
項目設計表 完全滿足項目需求 基本滿足項目需求
項目硬件搭建 選擇的硬件完全滿足要求、搭建完全正確 選擇的硬件基本滿足要求、搭建基本正確 其他
表3.4.3 項目成果評價量規
03
新知講解
項目成果 評價標準 評價標準
優 良 一般 自評 他評
項目代碼運行 選擇的編程語言完全滿足要求，代碼能很好地實現項目功能 選擇的編程語言基本滿足要求，代碼基本實現項目功能 其他
項目調試優化記錄 記錄完整，解決思路合理、具體且正確 記錄較完整，解決思路較為合理、基本正確 其他
表3.4.3 項目成果評價量規
續表：
03
新知講解
項目成果 評價標準 評價標準
優 良 一般 自評 他評
項目文檔整理 規范、詳細且正確 規范、正確 其他
表3.4.3 項目成果評價量規
續表：
04
小結與評價
1. 智能家居和智能穿戴的含義
2. 智能生活未來的發展方向
3. 智能家居的原理
4. 室內環境的感知和家電的遠程
控制
5. 物聯網安全問題分析
本單元你學習了：
04
小結與評價
知識梳理：
04
課堂練習
1.智能家居系統中一般不會采用的通信技術是（ ）。
A.有線網絡 B.Wi-Fi C.ZigBee D.LoRA
2.下列說法中，不屬于紅外遙控技術基本特點的是 ( ）。
A.具有抗干擾能力強、信息傳輸可靠、功耗低、成本低等特點
B.主要由信號發射模塊和接收模塊兩個部分組成
C.紅外接收端接收到發射端發送的紅外信號時，就可以執行對應的命令
D.可以像Wi-Fi控制一樣，隔墻也能遙控家電
學習檢測：
A
D
04
課堂練習
3.搭建一個智能應用，需要經過以下幾個步驟，請將這幾個步驟正確 排序，并將其序號書寫在下方。
①明確需求 ②文檔整理 ③代碼編寫 ④調試完善 ⑤硬件搭建
① ⑤ ③ ④ ②
學習檢測：
04
課堂練習
4.生活中的智能家居還有哪些地方可以改進？請選擇生活中的某個智 能家居設備，試從使用者、維護人員、系統開發者等角度思考這一問題。
學習檢測：
以智能門鎖為例，使用者希望操作更便捷、連接更穩定，維護人員盼故障診斷和零件通用，開發者要加強數據安全和兼容。
以智能掃地機器人為例，使用者望避障更精準，維護者期零件易換，開發者需提升續航與地圖規劃能力。
04
小結與評價
在本單元學習過程中，肯定少不了與他人進行互動交流、參與作品制作等活動。現在請就此進行總結與反思，以便更好地促進自身成長。
1.從同伴那里學到過什么？
2.向同伴分享過哪些觀點？
3.所運用的工具、方法是否得當？
4.開發項目是否有值得推廣的經驗？
反思與評價：
04
小結與評價
1.從同伴那里學到過什么？
從同伴那里我學到了不同智能家居系統的代碼，特別是在解決不同智能家居的聯合方面問題時，他們的經驗和技巧對我很有幫助。
2.向同伴分享過哪些觀點？
我向同伴分享了自己對于智能家居重要性的看法，以及在編寫智能家居代碼時需要注意什么與如何防止錯誤。同時，我也分享了一些自己在學習過程中的心得和體會。
04
小結與評價
3.所運用的工具、方法是否得當？
在學習的過程中，我使用了多種代碼語言，如C++、java、Python。這些工具和方法對于我的學習起到了很好的輔助作用，幫助我更好地理解和掌握智能家居方面的知識。
4.開發項目是否有值得推廣的經驗？
我參與了一些如開發如掃地機器人，智能開鎖等智能家居的開發。雖然這些作品還存在一些不足和需要改進的地方，但我認為它們具有一定的實用性和創新性，值得在適當的范圍內進行推廣和分享。
05
知識拓展
智能家居的優點有什么？
便捷性：手機遠程控制家電，操作簡單便捷。
安全性：智能安防系統實時監測，保障安全。
舒適性：照明窗簾智能調節，營造舒適氛圍。
節能性：智能控制設備，有效節省能源費用。
05
知識拓展
智能家居的發展過程是什么？
早期階段：智能家居概念初步形成，一些簡單的自動化設備開始出現。
技術發展階段：隨著通信技術和傳感器技術的進步，更多復雜的功能
得以實現。
人工智能融合階段：引入人工智能技術。
節能性：未來展望：預計將在能源管理、健康監測等領域有更深入的
發展。
05
知識拓展
智能家居的局限性有什么？
成本較高：設備和安裝成本高，后續維修或升級也有費用。
兼容性差：不同品牌、協議的設備可能存在連接和協同問題。
網絡依賴：網絡故障會影響功能，存在響應延遲情況。
隱私安全：存在數據泄露風險，智能設備也可
能被攻擊。
05
知識拓展
什么會影響智能家居的普及度？
經濟水平：地區經濟發達，購買能力強，普及度高。
消費觀念：接受新事物程度高，利于智能家居普及。
網絡覆蓋：網絡好且穩定，保障設備正常運行和控制。
產品價格：價格合理親民，能提高消費者的
接受度。
05
知識拓展
編寫智能家居代碼需要注意什么？
安全性：確保代碼能保護用戶的隱私和數據安全，防止未經授權的
訪問。
穩定性：保證代碼在各種環境和條件下都能穩定運行，避免出現崩
潰或錯誤。
兼容性：要考慮與不同的硬件設備和操作系統的兼容，以滿足更多
用戶的需求。
06
課堂總結
1
引入新知內容
跨學科活動：我的智能家居
2
完成“我的智能家居”項目
3
搭建一個軟硬協同工作的系統
4
進行課堂練習
5
進行相關知識拓展
1
2
3
4
5
08
板書設計
跨學科活動：我的智能家居
1.進行新知引入
2.學習新知講解
3.完成課堂練習
4.進行知識拓展
09
課后作業
01
學完本節課，說一說在設計智能家居遇見的困難有哪些？你們是如何解決的？
09
課后作業
02
請同學們總結創建一個軟硬相互協同工作的信息系統步驟。
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