資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第2.2課《智能家居新設備》教學設計
課題 智能家居新設備 單元 第二單元 學科 信息科技 年級 八年級
核心素養目標 信息意識：認識到物聯網設備在日常生活中的應用與價值，增強信息感知意識。計算思維：通過設計智能感應燈系統，培養邏輯思維和問題解決能力，理解算法流程。數字化學習與創新：掌握智能感應燈系統的搭建與編程，激發數字化創新興趣，提升實踐能力。信息社會責任：了解物聯網安全風險，樹立信息安全意識，負責任地使用物聯網技術。
教學重點 掌握智能感應燈系統的設計與實現方法，理解物聯網技術的應用。
教學難點 解決智能感應燈系統在實際應用中可能遇到的問題，確保系統穩定可靠地工作。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 第2.2課 智能家居新設備壯壯放學回到家門口，智能門鎖通過人臉識別秒速解鎖，迎接他的歸來；推開家門，遠程提前開啟的空調讓客廳的溫度剛剛好……物聯網技術已經悄悄地融入了我們的日常生活讓生活更智能。想一想：智能感應燈除了自動開關，還有其他功能嗎？智能感應燈應該可以調節亮度，根據我的需求和環境光線自動調整到最合適的亮度。智能感應燈還應該可以通過手機APP遠程控制，隨時隨地控制燈的開關和亮度，甚至設置定時開關，讓生活更加便捷。思考：智能感應燈除了自動開關，還有其他功能嗎？智能感應燈應該可以調節亮度，根據我的需求和環境光線自動調整到最合適的亮度。智能感應燈還應該可以通過手機APP遠程控制，隨時隨地控制燈的開關和亮度，甚至設置定時開關，讓生活更加便捷。想象一下，燈也能“聽懂”你的心思，隨時為你提供恰到好處的照明，這就是智能感應燈的魅力！智能感應燈，如同家中的守護者，隨時感知你的需求，為你提供最合適的照明方案！播放視頻《什么是全屋智能家居？》 課程新知導入完成思考題。觀看教學視頻。 幫助學生理解智能家居的功能與場景。通過問題導入引發學生思考。通過視頻吸引學生的注意力。
講授新課 新知講解：一、馬上行動請在表2-2-1中列舉出你所熟悉的家居物聯設備，并與班上同學一起討論其用途。二、思考請你結合生活中使用物聯網設備的感受，談一談物聯網是如何改變人們的生活的?，F在每天早晨我的智能鬧鐘會根據天氣調整鈴聲大小，放學回家前用手機提前打開空調。物聯網讓家電像長了大腦，不用動手就能自動服務，生活變得超智能又省時間！三、討論請以小組為單位進行討論，嘗試提出以下問題的解決方案。1.壯壯想利用物聯網技術為爺爺設計一盞智能感應燈，當家里光線昏暗且爺爺經過時智能感應燈自動開啟。為實現這一功能，需要獲取哪些數據？光線強度數據：我們需要一個光敏傳感器來測量家里的光線有多亮。當光線變得很暗，比如晚上或者陰天的時候，傳感器會告訴我們。爺爺是否經過的數據：我們還需要一個能感應到人動的傳感器，比如紅外傳感器。當爺爺走過燈附近時，這個傳感器就能感應到，然后告訴燈“有人來了”。2.要感知家里光線的變化以及判斷是否有人經過，智能感應燈需要哪些硬件和軟件的支持？智能感應燈需要Arduino開發板作為控制核心，光敏傳感器來感知光線變化，人體紅外傳感器來檢測是否有人經過，以及LED燈作為照明設備。還需要Arduino編程軟件來編寫控制程序，實現當光線暗且有人經過時燈自動亮起的功能。四、小貼士光線傳感器可以監測環境中光線的強弱，主要使用光敏電阻來將光信號轉換成電信號；超聲波傳感器是一個利用超聲波信號進行距離監測的設備（見圖2-2-1）。五、馬上行動要實現智能感應燈的自動開啟，首先需要確定環境的光線值和人與燈之間的距離。請你上網收集相關資料，結合實際情況進行測試，并將測試數據記錄在表2-2-2中，同時把最終的測試結果填到下面的橫線上。1、采集數據環節：通過光敏傳感器和紅外傳感器采集環境光線強度和人體移動數據。2、傳輸與存儲環節：將獲取的數據發送并存儲在云平臺（或物聯網平臺/數據庫服務器）上。3、分析處理數據環節：利用云平臺上的數據，分析環境光線是否低于設定閾值以及是否有人體移動。4、反饋與控制環節：當環境光線低于設定閾值且檢測到人體移動時，則啟動燈光控制器運行（或打開燈光）。經過測試得知，當光線傳感器監測到的光線值小于 時，表明家里光線昏暗；當超聲波傳感器測出的距離小于 時，表示有人經過，此時需要開啟感應燈。六、探究請以小組探究的方式，分析智能感應燈的基本功能需求，完成以下任務。1.需求分析及功能實現。請分析智能感應燈各個環節的功能需求及用到的實驗設備、平臺，并填寫在橫線上，完成圖2-2-2。1、采集數據環節：通過光敏傳感器和紅外傳感器采集環境光線強度和人體移動數據。2、傳輸與存儲環節：將獲取的數據發送并存儲在物聯網平臺上。3、分析處理數據環節：利用物聯網平臺上的數據，分析環境光線是否低于設定閾值以及是否有人體移動。4、反饋與控制環節：當環境光線低于設定閾值且檢測到人體移動時，則打開燈光。2.算法分析及流程圖完善。將圖2-2-3中空缺的部分補充完整，并從中選擇合適的模塊在右邊繪制出完整的流程圖。七、做中學模擬搭建智能感應燈物聯系統。1.硬件清單：主控板 x1、超聲波傳感器 x1、4Pin 線 x1、Type-C數據線 x1、帶有熱點功能的計算機 x1。2.連接設備。用4Pin線將主控板和相關傳感器連接起來（見圖2-2-4），并通過Type-C數據線接入計算機。3.程序編寫。（1）進入物聯網服務平臺，添加項目及設備，完成各項配置。（2）打開mPython軟件，添加網絡應用，編寫程序①當天黑（光線值小于100）且有人經過（超聲波傳感器測到的距離小于50cm）時，所有RGB燈亮黃燈，否則一直處于關閉狀態，代碼如圖2-2-5所示。②把監測到的光線值和距離顯示在OLED屏上，代碼如圖2-2-6所示。③發送數據至平臺服務器，完整代碼如圖2-2-7所示。3.程序測試。運行程序，查看結果，如圖2-2-8所示。八、討論在設計智能感應燈系統的過程中，你有沒有遇到什么問題？你是如何解決這些問題的？1、問題：燈有時會在不應該亮的時候亮起，或者該亮的時候不亮。解決方案：調整傳感器的靈敏度設置，通過測試找到最合適的參數。2、問題：傳感器數據有時傳不到控制器上。解決方案：檢查網絡連接，確保傳感器和控制器之間的通信穩定，必要時更換更可靠的通信方式。3、問題：燈用不了多久就沒電了。解決方案：選低功耗的零件，優化軟件減少耗電，或者考慮用太陽能板充電。物聯網技術極大地豐富了人們的生活，但其也存在諸多風險。例如，不法黑客虛擬入侵智能門鎖，造成家庭財產損失；非法入侵家里的攝像頭，造成個人信息泄露等。我們在享受物聯網技術帶來的便利時，也要注意提升物聯網安全防范意識，保護好自己。九、任務拓展請你展開想象，在本節課的基礎上為智能感應燈增加一項新功能（例如增加語音控制功能）。語音控制功能：功能：用語音指令控制燈的開關、亮度。效果：說出指令，燈即響應，使用更便捷。定時開關功能：功能：預設時間自動開關燈。效果：按設定時間自動工作，生活更便利。情景模式功能：功能：選擇情景模式，燈自動調整亮度、色溫。效果：適應不同活動，營造舒適氛圍。遠程控制功能：功能：通過手機APP遠程控制燈。效果：隨時查看和控制燈的狀態。光線自動調節功能：功能：燈根據環境光線自動調節亮度。效果：保持室內光線恒定，節省電能。十、拓展延伸可穿戴設備的生物傳感技術實時健康監測：PPG光學傳感器通過皮膚毛細血管的血液流動變化，24小時監測心率與血氧飽和度。非侵入式檢測：采用近紅外光譜技術，通過手腕皮膚表面無痛檢測血糖波動趨勢。運動狀態感知：九軸運動傳感器（加速度計+陀螺儀+磁力計）精確識別跑步、游泳等運動模式。情緒識別突破：通過汗液中的電導率變化（皮膚電反應），量化測量壓力指數與情緒波動。AI輔助分析：深度學習算法處理生物電信號，生成睡眠質量評分與健康風險預警。柔性電子革命：石墨烯等新材料制成的超薄傳感器，像"電子創可貼"般貼合人體曲面。 說一說你使用過什么智能家居沒有，并和同學們分享使用感受。小組討論完善解決方案。收集資料，完成練習。小組協作完成基本功能需求分析。小組協作完成模擬智能感應燈物聯系統搭建、調試。討論各組遇到的問題，與解決方法。完成拓展任務。了解可穿戴設備的生物傳感技術。 幫助學生思考書本知識在生活中的應用。通過思考討論幫助學生掌握智能設備應該具有的基本功能。培養學生的資料收集能力。培養學生的需求分析與協作能力。培養學生的協作能力、動手能力。培養學生的分享表達能力。培養學生的創新思維。擴展學生的知識點。
課堂小結 智能家居新設備1.進行新知引入2.了解智能感應燈基本功能3.設計智能感應燈基本流程4.完成課堂練習5.進行知識拓展 總結回顧 對本節課內容進行總結概括。
課后作業 根據本課內容，設計一個智能感應燈。學完本節課，和同學們一起討論智能家居應具有的功能。完成PPT38-39頁的練習題。 布置作業 拓展學生的學習能力
課堂板書 觀看板書 強調教學重點內容。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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