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第2.2课《智能家居新设备》教学设计
课题 智能家居新设备 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：认识到物联网设备在日常生活中的应用与价值，增强信息感知意识。计算思维：通过设计智能感应灯系统，培养逻辑思维和问题解决能力，理解算法流程。数字化学习与创新：掌握智能感应灯系统的搭建与编程，激发数字化创新兴趣，提升实践能力。信息社会责任：了解物联网安全风险，树立信息安全意识，负责任地使用物联网技术。
教学重点 掌握智能感应灯系统的设计与实现方法，理解物联网技术的应用。
教学难点 解决智能感应灯系统在实际应用中可能遇到的问题，确保系统稳定可靠地工作。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.2课 智能家居新设备壮壮放学回到家门口，智能门锁通过人脸识别秒速解锁，迎接他的归来；推开家门，远程提前开启的空调让客厅的温度刚刚好……物联网技术已经悄悄地融入了我们的日常生活让生活更智能。想一想：智能感应灯除了自动开关，还有其他功能吗？智能感应灯应该可以调节亮度，根据我的需求和环境光线自动调整到最合适的亮度。智能感应灯还应该可以通过手机APP远程控制，随时随地控制灯的开关和亮度，甚至设置定时开关，让生活更加便捷。思考：智能感应灯除了自动开关，还有其他功能吗？智能感应灯应该可以调节亮度，根据我的需求和环境光线自动调整到最合适的亮度。智能感应灯还应该可以通过手机APP远程控制，随时随地控制灯的开关和亮度，甚至设置定时开关，让生活更加便捷。想象一下，灯也能“听懂”你的心思，随时为你提供恰到好处的照明，这就是智能感应灯的魅力！智能感应灯，如同家中的守护者，随时感知你的需求，为你提供最合适的照明方案！播放视频《什么是全屋智能家居？》 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解智能家居的功能与场景。通过问题导入引发学生思考。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、马上行动请在表2-2-1中列举出你所熟悉的家居物联设备，并与班上同学一起讨论其用途。二、思考请你结合生活中使用物联网设备的感受，谈一谈物联网是如何改变人们的生活的。现在每天早晨我的智能闹钟会根据天气调整铃声大小，放学回家前用手机提前打开空调。物联网让家电像长了大脑，不用动手就能自动服务，生活变得超智能又省时间！三、讨论请以小组为单位进行讨论，尝试提出以下问题的解决方案。1.壮壮想利用物联网技术为爷爷设计一盏智能感应灯，当家里光线昏暗且爷爷经过时智能感应灯自动开启。为实现这一功能，需要获取哪些数据？光线强度数据：我们需要一个光敏传感器来测量家里的光线有多亮。当光线变得很暗，比如晚上或者阴天的时候，传感器会告诉我们。爷爷是否经过的数据：我们还需要一个能感应到人动的传感器，比如红外传感器。当爷爷走过灯附近时，这个传感器就能感应到，然后告诉灯“有人来了”。2.要感知家里光线的变化以及判断是否有人经过，智能感应灯需要哪些硬件和软件的支持？智能感应灯需要Arduino开发板作为控制核心，光敏传感器来感知光线变化，人体红外传感器来检测是否有人经过，以及LED灯作为照明设备。还需要Arduino编程软件来编写控制程序，实现当光线暗且有人经过时灯自动亮起的功能。四、小贴士光线传感器可以监测环境中光线的强弱，主要使用光敏电阻来将光信号转换成电信号；超声波传感器是一个利用超声波信号进行距离监测的设备（见图2-2-1）。五、马上行动要实现智能感应灯的自动开启，首先需要确定环境的光线值和人与灯之间的距离。请你上网收集相关资料，结合实际情况进行测试，并将测试数据记录在表2-2-2中，同时把最终的测试结果填到下面的横线上。1、采集数据环节：通过光敏传感器和红外传感器采集环境光线强度和人体移动数据。2、传输与存储环节：将获取的数据发送并存储在云平台（或物联网平台/数据库服务器）上。3、分析处理数据环节：利用云平台上的数据，分析环境光线是否低于设定阈值以及是否有人体移动。4、反馈与控制环节：当环境光线低于设定阈值且检测到人体移动时，则启动灯光控制器运行（或打开灯光）。经过测试得知，当光线传感器监测到的光线值小于 时，表明家里光线昏暗；当超声波传感器测出的距离小于 时，表示有人经过，此时需要开启感应灯。六、探究请以小组探究的方式，分析智能感应灯的基本功能需求，完成以下任务。1.需求分析及功能实现。请分析智能感应灯各个环节的功能需求及用到的实验设备、平台，并填写在横线上，完成图2-2-2。1、采集数据环节：通过光敏传感器和红外传感器采集环境光线强度和人体移动数据。2、传输与存储环节：将获取的数据发送并存储在物联网平台上。3、分析处理数据环节：利用物联网平台上的数据，分析环境光线是否低于设定阈值以及是否有人体移动。4、反馈与控制环节：当环境光线低于设定阈值且检测到人体移动时，则打开灯光。2.算法分析及流程图完善。将图2-2-3中空缺的部分补充完整，并从中选择合适的模块在右边绘制出完整的流程图。七、做中学模拟搭建智能感应灯物联系统。1.硬件清单：主控板 x1、超声波传感器 x1、4Pin 线 x1、Type-C数据线 x1、带有热点功能的计算机 x1。2.连接设备。用4Pin线将主控板和相关传感器连接起来（见图2-2-4），并通过Type-C数据线接入计算机。3.程序编写。（1）进入物联网服务平台，添加项目及设备，完成各项配置。（2）打开mPython软件，添加网络应用，编写程序①当天黑（光线值小于100）且有人经过（超声波传感器测到的距离小于50cm）时，所有RGB灯亮黄灯，否则一直处于关闭状态，代码如图2-2-5所示。②把监测到的光线值和距离显示在OLED屏上，代码如图2-2-6所示。③发送数据至平台服务器，完整代码如图2-2-7所示。3.程序测试。运行程序，查看结果，如图2-2-8所示。八、讨论在设计智能感应灯系统的过程中，你有没有遇到什么问题？你是如何解决这些问题的？1、问题：灯有时会在不应该亮的时候亮起，或者该亮的时候不亮。解决方案：调整传感器的灵敏度设置，通过测试找到最合适的参数。2、问题：传感器数据有时传不到控制器上。解决方案：检查网络连接，确保传感器和控制器之间的通信稳定，必要时更换更可靠的通信方式。3、问题：灯用不了多久就没电了。解决方案：选低功耗的零件，优化软件减少耗电，或者考虑用太阳能板充电。物联网技术极大地丰富了人们的生活，但其也存在诸多风险。例如，不法黑客虚拟入侵智能门锁，造成家庭财产损失；非法入侵家里的摄像头，造成个人信息泄露等。我们在享受物联网技术带来的便利时，也要注意提升物联网安全防范意识，保护好自己。九、任务拓展请你展开想象，在本节课的基础上为智能感应灯增加一项新功能（例如增加语音控制功能）。语音控制功能：功能：用语音指令控制灯的开关、亮度。效果：说出指令，灯即响应，使用更便捷。定时开关功能：功能：预设时间自动开关灯。效果：按设定时间自动工作，生活更便利。情景模式功能：功能：选择情景模式，灯自动调整亮度、色温。效果：适应不同活动，营造舒适氛围。远程控制功能：功能：通过手机APP远程控制灯。效果：随时查看和控制灯的状态。光线自动调节功能：功能：灯根据环境光线自动调节亮度。效果：保持室内光线恒定，节省电能。十、拓展延伸可穿戴设备的生物传感技术实时健康监测：PPG光学传感器通过皮肤毛细血管的血液流动变化，24小时监测心率与血氧饱和度。非侵入式检测：采用近红外光谱技术，通过手腕皮肤表面无痛检测血糖波动趋势。运动状态感知：九轴运动传感器（加速度计+陀螺仪+磁力计）精确识别跑步、游泳等运动模式。情绪识别突破：通过汗液中的电导率变化（皮肤电反应），量化测量压力指数与情绪波动。AI辅助分析：深度学习算法处理生物电信号，生成睡眠质量评分与健康风险预警。柔性电子革命：石墨烯等新材料制成的超薄传感器，像"电子创可贴"般贴合人体曲面。 说一说你使用过什么智能家居没有，并和同学们分享使用感受。小组讨论完善解决方案。收集资料，完成练习。小组协作完成基本功能需求分析。小组协作完成模拟智能感应灯物联系统搭建、调试。讨论各组遇到的问题，与解决方法。完成拓展任务。了解可穿戴设备的生物传感技术。 帮助学生思考书本知识在生活中的应用。通过思考讨论帮助学生掌握智能设备应该具有的基本功能。培养学生的资料收集能力。培养学生的需求分析与协作能力。培养学生的协作能力、动手能力。培养学生的分享表达能力。培养学生的创新思维。扩展学生的知识点。
课堂小结 智能家居新设备1.进行新知引入2.了解智能感应灯基本功能3.设计智能感应灯基本流程4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 根据本课内容，设计一个智能感应灯。学完本节课，和同学们一起讨论智能家居应具有的功能。完成PPT38-39页的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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