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第4.3课《城市灯光秀与模块化控制》教学设计
课题 城市灯光秀与模块化控制 单元 第四单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：能敏锐捕捉灯光秀中各类信息，认识到信息在系统协调中的关键作用，学会主动收集和分析相关信息。计算思维：在设计灯光秀控制逻辑时，能够设计简单的灯光秀模型，理解各板块模型之间的相互作用情况。数字化学习与创新：借助数字化工具设计和模拟灯光秀效果，通过调整参数优化方案，将模块化控制理论转化为实际的数字化作品，培养创新应用能力。信息社会责任：在设计和实施灯光秀时，考虑能源消耗、光污染等环境问题，遵循相关技术规范和法律法规。
教学重点 理解通过无线广播实现控制的基本方法。
教学难点 能够设计简单的灯光秀模型，理解各板块模型之间的相互作用情况。
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4.3课 城市灯光秀与模块化控制1、观看视频。2、活动背景：湘江灯光秀是长沙的城市名片。依照湘江两岸不同建筑组团的疏密程度，构建大画面、大气势的城市光影效果，体现了湖湘文化特色和历史文化名城底蕴，展现了长沙的时代新风和发展成就。湘江灯光秀以其壮观的景象和独特的艺术表现形式，深受市民和游客的喜爱。3、活动目标（1）理解通过无线广播实现控制的基本方法。（2）理解模块化控制的基本原理。 课程新知导入。学习本课学习目标。 帮助学生初步理解本课研究内容。帮助学生学习更有目标性。
讲授新课 新知讲解：一、灯光秀的基本工作原理在观赏城市灯光秀时，可以发现一些基本规律。(1)每栋楼可以显示不同的文字或图案。(2)不同楼栋显示的文字可以连接成一句话。(3)不同楼栋显示的图案能联动，产生动画效果。开动脑筋小组讨论：如何实现不同楼栋之间文字、彩灯联动的效果 答：首先需建立统一的通信连接，可采用无线通信（如 5G、Wi-Fi、LoRa）或有线通信（如光纤、以太网）实现数据传输。然后制定统一的控制协议和同步标准，确保各楼栋设备对指令的解读一致。接着通过中心控制系统发送指令，控制各楼栋的文字显示模块（如 LED 屏）和彩灯控制器，精确同步内容切换、闪烁频率、颜色变化等，可借助时间同步技术（如 GPS 授时）保证联动的时效性。可以把每栋楼的显示设计成一个独立的模块，这些模块相互配合，共同实现系统功能。如果把每栋楼看成一名举牌的学生，那么依次举牌就会产生连续的动态字幕效果。模块化设计是一种处理复杂系统的通用方式。每个模块都实现某一特定功能，从而降低设计难度，提高效率。系统模块之间的控制，可以采用多种模式。中心控制中心控制模式：由一个核心控制模块集中管理所有子模块，子模块的动作由中心模块统一指令调度。优点：控制逻辑清晰，便于整体协调和统一管理，能快速响应全局需求变化，故障排查时可集中定位问题。顺序控制顺序控制模式：各模块按照预设的先后顺序依次动作，前一模块完成特定操作后触发后一模块启动。优点：结构简单，模块间依赖关系明确，无需复杂的通信协调，成本较低，适用于流程固定、逻辑简单的系统。二、灯光秀模型的设计与制作要模拟两栋楼共同实现灯光秀效果，即伴随着彩灯和音乐，先后分别显示“你”和“好”两个字符图案，可采用模块化设计思想，为每栋楼设计独立的控制系统，通过无线网络实现两个控制系统的有序联动。温馨提示灯光参数统一：包括灯光颜色、亮度、闪烁频率等需保持一致，保证视觉效果的协调性。通信稳定：两栋楼之间的控制信号传输要稳定可靠，防止因信号中断导致灯光秀出错。设备兼容性：确保两栋楼使用的灯光设备和控制模块兼容，能正确解读控制指令。场景测试：提前进行多次模拟测试，排查可能出现的同步偏差、设备故障等问题。楼栋输入设备控制输出设备甲按键A、按键B主控板 A蜂鸣器、LED 灯、显示屏、Wi-Fi 通信模块乙无线通信模块主控板B蜂鸣器、LED 灯、显示屏1.设计模块基本功能每个模块具有相似的功能，如显示字符、点亮彩灯和播放音乐。2.实现不同模之间的控制完成模块基本功能设计之后，采用无线广播的方式实现模块之间的控制。无线广播实现控制的基本方法及案例基本方法：控制端将指令以无线信号（如无线电波、蓝牙、Wi-Fi 等）的形式广播出去，范围内的接收端设备接收并解析指令，执行相应操作。需设定统一的频率、编码方式和指令格式，确保接收端能准确识别。案例：校园广播系统，控制中心通过无线广播发送播放指令，各教学楼、操场的音箱接收后同步播放通知或音乐；智能家居中的无线灯光控制，手机 APP 广播开关灯指令，家中各房间的智能灯泡接收后执行相应操作。信息链接主控板提供2.4G的无线射频通信，共设13个频道，可在相同频道下实现在一定区域内发送、接收广播消息。编程时需要加载无线通信模块。探究实践1.实验目的：体验不同模块之间的相互控制方式。2.实验设计3.实验准备：两人合作，两块主控板(标记A或B)、两台编程计算机。4.实验过程：(1)编写程序。(2)运行调试程序，验证功能。三、练习提升1、在灯光秀模型中，两块主控板之间是通过无线模块实现信息广播的。2、尝试通过广播，实现多个主控板之间的相互控制，显示一条完整的字符图案。开拓视野远程遥控工程机械快速发展的大数据、物联网和人工智能技术，让控制实现了跨地域、全感知和智能化。湖南作为机械强省率先研制出了5G遥控挖掘机。工程人员坐在遥控室里，便可以控制远隔千里的挖掘机完成施工任务。四、课堂练习完成课件28—29页的课堂练习题。五、拓展延伸1、灯光控制模块硬件组成与软件编程硬件上，一般由单片机（如 Arduino 开发板、STM32 等）、传感器（如光敏传感器、人体红外传感器）、LED 灯及驱动电路等组成。软件编程方面，以 Arduino 控制 LED 灯闪烁频率为例，可通过设置延时函数来实现。如使用 “delay ()” 函数，改变其参数值即可调整闪烁频率。若要实现颜色变化，对于 RGB - LED，可通过控制不同引脚的 PWM 输出来调节红、绿、蓝三色的亮度比例，从而实现颜色变化。2、时间同步协议与信号同步机制的应用NTP（网络时间协议）可用于灯光秀中实现设备的时间同步。如 2025 年央视春晚重庆分会场灯光秀，通过车云 NTP 技术，实现了毫秒级的时间同步，确保所有车辆灯光秀动作与音乐播放同步。信号同步机制则可通过音频触发、时间码同步等方式，使灯光信号与音频信号或其他控制信号同步，如 Tiger Touch Pro V7.0 可通过 SMPTE、MIDI 时间码等实现音频和灯光设备同步。3、无线与有线通信在灯光秀中的应用5G 利用高频电磁波传输数据，传输速度快、延迟低，可实现灯光秀的实时控制和快速指令传输，但受信号覆盖和干扰影响较大。LoRa 是低功耗广域网通信技术，传输距离远、功耗低，但传输速度相对较慢，适用于对数据传输速率要求不高的灯光秀场景。光纤通过光信号传输数据，传输速度极快，稳定性高，抗干扰能力强，适合长距离、大规模灯光秀的同步控制，如大型户外灯光秀中，可用于连接主控中心与远距离的灯光区域。 六、单元回顾与评价【单 元 回 顾】【交 流 评 价】1.同学之间相互交流，分享各自的收获。2.评一评，画一画。(最高为5颗★) 初步认识灯光秀的基本工作原理。完成思考题。认识中心控制和顺序控制。进行灯光秀模型设计和创作。学习温馨提示内容。学习无线广播实现控制的方式。完成实践探究。完成提升练习。完成练习题。进行知识拓展。完成单元回顾与总结。 引入情境，帮助学生了解本课研究内容。提出问题引导学生完成思考分析，调动课题兴趣。图文结合，逐步讲解中心控制二号顺序控制，让所学内容更加清晰生动。学习完理论之后引导学生进行具体的实践设计。强调灯光秀模型制作的注意事项，帮助学生更高效更准确的完成模型设计。进行无线广播控制原理和案例分析讲解，帮助学生更清晰明确无线广播控制的形式，以助于更好完善灯光秀模型设计。在老师的帮助下进行灯光秀模型设计体验。并在实践活动中感受不同模块之间相互控制的方式。考察学生学以致用的能力，深化对本课知识内容的理解和掌握。巩固所学知识，考察学生对本课内容的掌握情况。拓宽学生知识面。再一次复习单元内容，强化和加深所学知识点。
课堂小结 城市灯光秀与模块化控制1.进行新知引入2.灯光秀的基本工作原理3.灯光秀模型的设计与制作4.课堂练习和单元总结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 结合所学知识，提出一个具有创新性的城市灯光秀创意方案，说明其技术实现要点。（示例）创意方案为 “互动式星空灯光秀”，市民可通过手机 APP 发送指令，控制特定区域的灯光组成星座图案。技术实现要点：采用 5G 通信实现指令实时传输，运用嵌入式系统接收并执行指令，通过同步技术保证灯光图案的准确性，结合用户交互界面设计实现便捷操作。 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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