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LED小灯闪烁教学设计
课题 LED小灯闪烁 单元 物联网实验流程——灯光警报呼叫器 学科 初中信息技术 年级 八年级
教材分析 本课教材以制作灯光警报呼叫器为目标，强调工具准备与知识储备的重要性，自然引出主控板这一关键硬件，深入介绍其作用及物联网设备分类，帮助学生构建知识框架。在编程开发环境讲解部分，步骤细致，从连接主控板与电脑，到打开编程平台、加载扩展、编写及运行程序，具有很强的实操性。算法设计与实践环节紧密相连，通过设计按钮控制LED小灯闪烁算法并实践，让学生在做中学，有效提升动手和逻辑思维能力，为后续学习奠定基础。
学习目标 信息意识：认识到主控板在物联网系统中的核心地位，理解其作为“大脑”调控各组件的作用。计算思维：能够根据算法设计流程图，通过分析按下按钮A和按钮B时小灯的不同状态，运用顺序、条件判断等计算思维方法。数字化学习与创新：学会利用编程平台进行图形化编程，掌握在数字化环境中与硬件设备交互和开发的基本技能。信息社会责任：认识到通过物联网技术实现设备控制对生活和社会的影响，明白合理利用信息技术改善生活、服务社会的重要性。
重点 本课学习重点在于认识物联网主控板及其在系统中的核心作用，清晰区分物联网硬件设备的输入、输出设备和微控制器类型。掌握使用USB数据线连接主控板与电脑的方法，学会在编程平台进行基础操作，如切换模式、加载扩展，并能按步骤完成图形化程序编写与运行调试。
难点 学习难点是设计并理解按钮控制LED小灯闪烁的算法逻辑，将实际需求转化为计算机可识别的程序指令。同时，在连接主控板与编程平台时，确保代码能在主控板上正确运行，实现按下不同按钮控制小灯闪烁和熄灭的预期效果。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 在古代，人们通过撞响警钟传递警报信息，士兵通过在烽火台上点燃烟火传递战报……一直以来，人们都在利用视觉和听觉来传递信息。到了现代，我们可以通过物联网技术制作灯光警报呼叫器，用来传递警报信息。例如，在照顾老年人的场景里，时常会出现老年人卧病在床，照顾人员在其他房间的情况，这时候如果老年人有需求却无法呼喊，就很容易出现危险。对于卧病在床的老年人来说，手机拨打呼叫过程过于烦琐，最需要的是一键式呼叫器。生活中有很多这样的紧急呼叫设备，用来帮助老年人呼叫或寻求帮助。在本单元，我们通过搭建一个简易的灯光警报呼叫器，学习物联网实验流程。在此过程中，我们将学习到物联网实验流程、硬件平台中的主控板的使用方法、相关实验设备的搭建原则，以及实验平台的开发环境配置和简单编程实现等。学习目标1.通过实现控制LED灯亮灭，掌握物联网实验平台中的开源硬件和物联网编程平台的基本操作方法。2.通过实现蜂鸣器周期响铃的功能，认识蜂鸣器并掌握周期响铃的算法设计。3.通过实现液晶屏显示警报信息，掌握设计屏幕展示界面的基本方法。4.通过组合设计LED灯、蜂鸣器、液晶屏和主控板的通信模块，制作简易的灯光警报呼叫器，掌握物联网实验流程。学习成果利用LED灯和主控板制作一个能够进行信息传递的简易的灯光警报呼叫器。学习路径LED小灯闪烁 使用物联网软硬件平台，实现LED小灯闪烁。控制蜂鸣器周期响铃 对听觉信息进行控制来传递信息。显示警报信息 对视觉信息进行控制来传递信息。实现灯光警报呼叫器 制作简易的灯光警报呼叫器。 了解本单元的学习主题，学习目标，学习成果及学习路径。 通过教师简要介绍，让学生知晓本单元的学习主题，学习目标，学习成果及学习路径。
讲授新课 硬件准备与连接工欲善其事，必先利其器。要想制作出灯光警报呼叫器，要先准备好实验的软硬件平台，学习相关使用方法。本课我们通过学习物联网实验硬件和编程软件平台，体验一个简易的物联网实验流程——通过主控板控制LED小灯闪烁。在日常生活中，我们常常通过墙壁上的开关来控制室内的灯泡。如果在开关中按下开，电路将处于闭合状态，灯泡会被点亮；如果在开关中按下关，电路将处于断开状态，灯泡会熄灭。那么,我们能否用一些实验工具自己实现点亮小灯呢 那就要认识一下我们的新朋友了，也就是主控板。主控板就像物联网硬件设备里的“大脑”一样，可以帮助我们精细地调控各个“组织”。物联网硬件设备主要分为输入设备、输出设备和微控制器三种。其中，输入设备主要是感知层中有关传感器的设备；而输出设备包括LED灯、蜂鸣器、液晶屏等，通过声光电来输出相应的信息。微控制器就是物联网系统的控制中心，也就是主控板，它是用来进行嵌入式系统开发的电路板，在将硬件设备进行连接以后，将通过软件编程让主控板实现各个设备之间的互联互通，实现功能更加复杂的装备。做一做下图中是物联网的主控板的是()。认识了主控板以后，我们来考虑如何与主控板对话。主控板就是一个极简的机器人，它没有自我意识，需要人类赋予它指令，它才会调控各组件实现功能。为了让指令系统更简单易懂，人类发明了编程语言，来与机器对话。下面我们来逐步学习与主控板对话的编程开发环境。.【第一步】使用USB数据线连接主控板与电脑，这种连接方式的IP地址固定且网络稳定。使用USB数据线连接主控板到电脑时，主控板会虚拟为一个RNDIS网卡设备，此时主控板IP地址固定为10.1.2.3,输入主控板的IP地址即可开始编程。二、编程控制【第二步】打开编程平台，切换到“Python模式”,如下图所示。在如右图所示的界面中，切换到“模块”标签页。横块打开扩展页面，加载主控板扩展。点击主控板加载后返回即可加载出主控板积木以及连接远程终端菜单项。【第三步】编写图形化程序。拖动积木的程序如下图所示。【第四步】连接主控板。连接成功后，编程平台将自动检测主控板上图形化会用到的Python库。如果直接点击运行按钮，则代码会调用当前电脑上的Python环境运行；如果需要让代码在主控板上运行，则需要连接主控板。点击连接远程终端菜单，然后点击10.1.2.3即可连接到主控板。【第五步】进行运行调试。连接主控板成功后，点击运行则编程平台会将代码上传到主控板上运行。在主控板上可以看到运行效果。三、LED小灯闪烁算法设计与实践学会使用主控板和编程平台后，接下来我们设计LED小灯闪烁的算法。该算法要实现的功能是按下主控板上的按钮A小灯闪烁，按下按钮B小灯熄灭，以此控制LED小灯闪烁。请将下面的流程图补充完整。实践按照设计的算法实现LED小灯闪烁。准备硬件。主控板×1LED灯×12.连接硬件。首先将LED小灯与主控板下方引脚PO进行连接，再通过USB数据线将主控板与计算机连接起来。3.编写程序。在图形化编程软件中找到相应的模块，按照下方代码块拼在一起，就实现了按钮可控的LED小灯闪烁的功能。4.运行调试。程序编写完成后，点击下载，将下载好的文件拖拽到主控板对应的新硬盘文件中，即可成功将程序下载到主控板。可以发现，如果按下A按钮，那么和主控板连接的小灯会闪烁起来；如果按下B按钮，小灯会熄灭。拓展实践——多功能LED灯控制系统设计与实现任务简述本次任务要求设计一个多功能LED灯控制系统，通过主控板按钮和传感器实现更复杂的交互功能。任务目标理解输入设备（按钮、传感器）与输出设备（LED灯）的协同工作原理。掌握多条件判断的编程逻辑，设计交互式程序。提升硬件连接、编程调试与问题解决能力。任务要求设计一个系统，实现以下功能：功能1：传感器控制连接光敏传感器，当环境光强度低于阈值时自动点亮LED灯，高于阈值时熄灭。功能2：倒计时控制按下按钮A后，LED灯持续闪烁10秒后自动熄灭；中途按下按钮B可提前终止。任务评价评价维度评分标准星级功能完整性实现功能。☆☆☆☆☆程序逻辑性流程清晰、无冗余代码。☆☆☆☆☆硬件连接正确性连接牢固、引脚选择合理。☆☆☆☆☆创新性提出独特交互方式或优化方案。☆☆☆☆☆拓展阅读——灯光警报呼叫器的应用1. 工业生产安全监控在钢铁厂、煤矿、工程机械制造厂等高危工业环境中，灯光警报呼叫器与传感器联动，实时监测设备运行状态。例如：起重机械作业区：当起重机下方有人员活动或设备故障时，系统触发红色警示灯高频闪烁，同时发出蜂鸣警报，提醒操作员立即停机，避免碰撞事故。生产线异常响应：在汽车零部件工厂中，安灯系统（Andon）通过灯光与声音结合，实时显示设备状态（如绿色表示闲置、红色表示故障），并自动推送异常信息至维修人员，缩短响应时间，提升生产效率。2. 公共场所紧急疏散在商场、学校、体育场馆等人员密集场所，灯光警报呼叫器作为消防系统的核心组件，承担火灾、地震等紧急情况的警示任务：火灾报警：当烟雾探测器触发时，声光报警器同步发出刺耳警报声与红色频闪灯光，引导人群通过安全出口快速撤离。地震预警：在地震多发地区，公共场所安装的地震预警系统通过黄色警示灯与语音提示，提醒人们采取避险措施。3. 医疗急救信号传递在手术室、急诊室、重症监护室等医疗场景中，灯光警报呼叫器用于快速通知医护人员处理紧急情况：生命体征异常：当患者心率、血压等指标超出安全范围时，监护仪触发声光报警，红色警示灯闪烁并伴随语音提示（如“患者血压骤降”），确保医护人员第一时间响应。手术室紧急呼叫：手术过程中若出现设备故障或患者突发状况，护士可通过控制面板触发警报，蓝色警示灯与高频警报声同步提醒主刀医生及麻醉师。4. 智能交通与安防管理在道路交通与安防领域，灯光警报呼叫器通过视觉与听觉双重刺激提升警示效果：交通路口警示：在事故多发路段或施工区域，安装太阳能供电的声光报警器，当车辆接近时，黄色警示灯闪烁并发出“前方施工，减速慢行”的语音提示，降低交通事故率。银行/监狱安防：在金融机构或监狱等高安全需求场所，当非法入侵发生时，系统触发红色警示灯与高分贝警报声，同时联动监控摄像头追踪入侵者，为安保人员争取处置时间。 学习物联网主控器、输入设备和输出设备。熟悉编程平台和基本操作方法，尝试完成简单的编程任务。熟悉LED小灯闪烁算法设计，学习流程图表示算法的方法，并尝试将算法转化成控制程序。小组合作完成多功能LED灯控制系统设计与实现任务。学习现代灯光警报呼叫器的应用。 先以制作灯光警报呼叫器引出软硬件准备，借生活开关控灯类比，介绍主控板及物联网硬件设备分类。通过提问和做一做激发兴趣，再说明与主控板对话需编程，最后指导连接主控板与电脑，为后续编程学习打基础。通过分步引导，先让学生切换至“Python 模式”并加载主控板扩展，为编程做准备；接着指导编写图形化程序、连接主控板，明确不同运行环境操作；最后说明运行调试方法，让学生能完整经历编程控制主控板过程，掌握相关技能。在学生掌握主控板和编程平台使用基础上，引导设计LED小灯闪烁算法，通过补充流程图培养逻辑能力。实践环节按步骤操作，从硬件准备到运行调试，让学生亲身体验完整开发流程，巩固知识技能，提升实践与创新能力。以设计多功能 LED 灯控制系统为任务，引导学生理解设备协同原理，掌握多条件判断编程逻辑。通过明确任务目标与要求，提升学生多方面能力，并以评价维度规范学习成果。通过典型场景案例，直观呈现灯光警报呼叫器在工业安全、公共疏散、医疗急救及智能安防四大领域的核心应用。通过分层描述具体功能与作用机制，帮助学生理解声光信号如何实现高效警示与信息传递，同时凸显技术联动性（如与传感器、监控系统结合）对提升应急响应效率的关键价值，强化安全意识与技术应用思维。
课后练习 选择题物联网硬件设备主要分为以下哪几种类型？（ ）A. 输入设备、输出设备、存储设备B. 输入设备、输出设备、微控制器C. 传感器设备、执行设备、微控制器D. 数据设备、控制设备、显示设备使用USB数据线连接主控板与电脑时，主控板虚拟为RNDIS网卡设备后，其固定的IP地址是（ ）A. 192.168.1.1B. 10.1.2.3C. 172.16.0.1D. 127.0.0.1判断题主控板是物联网系统的控制中心，相当于物联网硬件设备里的“大脑”，可精细调控各个“组织”。 （ ）在编程平台编写好图形化程序后，直接点击运行按钮，代码就会在主控板上运行。 （ ）解答题请简要描述实现按下主控板上按钮A小灯闪烁，按下按钮B小灯熄灭这一功能的算法步骤。参考答案B B √ ×第一步：初始化设置，将LED小灯与主控板正确连接，并确保主控板与编程平台连接成功。第二步：检测按钮状态，持续监测主控板上按钮A和按钮B是否被按下。第三步：判断按钮并执行操作，如果检测到按钮A被按下，则控制LED小灯闪烁；如果检测到按钮B被按下，则控制LED小灯熄灭。第四步：循环执行，不断重复第二步和第三步，以持续响应按钮操作并控制小灯状态。 结合本课学习内容，独立完成课后练习。 通过课后练习，进一步巩固本课学习的LED小灯闪烁相关的内容。
课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。参考：同学们，这节课大家收获满满！我们认识了物联网的主控板，它就像系统“大脑”，能精细调控各组件。还了解了物联网硬件设备分输入、输出设备和微控制器。通过实践，掌握了用USB线连接主控板与电脑，在编程平台进行操作，完成图形化编程。大家成功实现了按下按钮A小灯闪烁、按钮B小灯熄灭的功能。希望大家课后多探索，巩固所学，为后续学习打基础！ 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组做补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。
板书 从教师板书上归纳本课学习内容的重点。 通过板书，帮助学生形成本课学习内容思维导图。
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
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