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第18课《高级功能的实现》教学设计
课题 高级功能的实现 单元 第六单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：认识屏幕显示在离线查看中的核心作用，理解 IIC 协议对硬件连接的简化价值，提升对数据多渠道输出的敏感度。计算思维：拆解屏幕显示实现流程，掌握网络状态与本地显示协同逻辑，培养分步骤解决硬件控制问题的思维。数字化学习与创新：运用 MicroPython 编写屏幕控制程序，设计优化数据显示界面，尝试结合传感器实现屏幕功能拓展。信息社会责任：运用 MicroPython 编写屏幕控制程序，设计优化数据显示界面，尝试结合传感器实现屏幕功能拓展。
教学重点 硬件与编程结合，界面与功能设计。
教学难点 技术原理理解，程序开发与调试，界面优化实践。
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6.18课 高级功能的实现观看视频 观看视频。 帮助生初步理解本课研究内容。
讲授新课 新知讲解：实践探究三、屏幕显示屏幕显示是最直观的信息输出方式，也是成本最低的信息接收方式。通过屏幕查看数据时，不需要依赖其他设备，也没有对网络等环境的要求。1.连接硬件支持 IIC 协议的屏幕模块可简化连接，减少故障，仅需 4 根导线（2 根电源、1 根 SDA 数据、1 根 SCL 时钟），开发板所有引脚可传输 IIC 的时钟和数据信号。（详细内容见教材p158页）图6-18 2004液晶屏幕模块图6-19 2004液晶屏幕模块背部IIC驱动板及接口2004 液晶屏幕模块特点：原并口模式需占用 5 个开发板引脚 + 4 个电源接口，附加 IIC 驱动板后大幅减少接口占用。供电需符合额定电压要求。 （详细内容见教材p158页）2004 液晶屏幕模块引脚开发板引脚VCC5VGNDGNDSCLIO9SDAIO10表6-11 2004液晶屏幕模块硬件连接情况2. 编写程序MicroPython 需自行拷贝 2004 液晶屏 IIC 驱动程序到开发板并调用。编写程序时先初始化屏幕对象（指定连接引脚），再用puts()语句控制显示：参数 1 为字符串内容。参数 2 为行号（从 0 开始）。参数 3 为列号（从 0 开始）。（详细内容和代码见教材p159页）试一试在开发板上连接温度传感器，在屏幕中心显示温度传感器采集的温度数据。注意:通过puts()语句显示的数据类型必须为字符串，因此需要对传感器采集的数据进行类型转换才能显示。首先导入必要的模块，包括屏幕驱动、引脚控制和温度传感器（DHT22）模块。初始化温度传感器和屏幕对象，其中屏幕对象通过SoftI2C指定连接的开发板引脚（SCL=IO9，SDA=IO10）。在循环中，持续采集温度数据，将数值转换为字符串后，通过puts()语句在屏幕中心位置（行 1，列 10）显示温度信息（如Temp:25.5℃）。屏幕额外功能：clear()清空显示、on()开启屏幕、off()关闭屏幕、backlight()控制背光灯（可结合光照传感器实现节能，如光照不足时开背光）。屏幕显示与网络状态无关，在线或离线模式下均能显示信息。（详细内容见教材p159，160页）小知识2004 液晶屏幕显示字符需符合 ASCII 码规范，无法直接显示中文；若需显示中文，需使用支持中文字库的 LCD 模块，或通过自定义字模的方式，将中文拆分为点阵数据写入屏幕驱动程序。3.优化界面界面设计原则：全面易懂、节省空间、提示异常，需显示温度、湿度、时间日期、在线状态。信息显示规范：温度 / 湿度：用前 3-4 个字母简写，数值前加提示，单行显示两项。时间日期：无需提示，用户可通过格式识别。在线状态：需显示完整名称，避免歧义。（详细内容见教材p160页）图6-20标准屏幕界面设计当前在线状态信息占屏幕单行 35% 空间，挤占气象数据显示位置，界面空间利用率低。优化方案：绿底部分：液晶屏幕。灰底部分：设备外壳。屏幕上使用右尖括号进行指示。有效节约屏幕空间，增加单屏可显示的气象数据量，让界面信息更聚焦、布局更合理。（详细内容见教材p160，161页）图6-21 优化后的屏幕界面试一试根据使用的屏幕模块型号、传感器类型和数量，设计屏幕界面并编写程序实现相应的显示效果。设计时可以先绘制界面设计草图，确定方案后再编写程序实现。提示：程序同时采集两种传感器的温度及湿度数据，在 2004 屏幕 4 行分别展示双温度、湿度、时间和在线状态。借助设备外壳拓展 “在线状态” 显示，通过 “>” 实现状态关联，有效节约屏幕空间，提升数据展示密度。若使用其他型号屏幕或传感器，可调整引脚、驱动模块及显示逻辑以适配实际硬件。四、测试验证测试目的：验证设备应对网络中断等异常的能力两类核心测试：1.模式切换测试设备正常运行时，关闭路由器 / 断开互联网，观察屏幕显示，确认是否切换为离线模式。离线模式下恢复网络，观察屏幕是否切换为在线，且数据能正常发布到云平台。 （详细内容见教材p161页）2.本地数据记录测试在离线模式下运行一段时间后，读取记录数据的文件，检查文件中的数据是否正确，同时观察存储空间消耗速度是否符合预期。课堂练习完成单项选择题：1.2004 液晶屏幕通过 IIC 协议与开发板连接时，不需要连接的引脚是（ C ）。A. VCC B. GND C. D0（并口数据引脚） D. SDA2.下列哪项不是lcd.puts()函数的参数（ C ）。显示内容（字符串） 行号（整型）C. 字体大小（整型） D. 列号（整型）完成多项选择题：3.屏幕界面优化时，需包含的信息有 （ ABCD ）。A. 温度 B. 湿度 C. 时间日期 D. 在线状态4.解决开发板存储空间不足的方案有（ ABCD ）。用try语句捕获异常 用os.statvfs()监测容量 C. 数据满时覆盖旧数据 D. 增加外部存储卡拓展延伸为避免存储器空间不足导致程序崩溃，有三种解决思路：一是用 try 语句捕获异常。二是通过os 模块的 statvfs 指令检测剩余空间，不足时停止存储并显示存储空间告警。三是参考行车记录仪和监控录像机原理，满时用最新数据替换最早数据实现循环记录。此外，可给微控制器添加存储卡，通过 MicroPython 中 machine 模块的 sdcard 指令读写，安装前需查询其支持的最大外部存储容量技术参数。 （详细内容见教材p162页）想一想上述三种解决方案各有哪些优势和不足 你会选择哪一种方案来解决存储空间问题？你还有更好的解决方案吗？优劣势try 语句：防程序崩溃，事后补救易丢数据。statvfs 检测：提前告警停存，停存后新数据无法保存。循环记录：自动存新数据，覆盖早期数据。选择按需选：程序稳定选 try；提前预警选 statvfs；需持续存新选循环记录。更好方案定期自动备份（如每周五 20:00，设备联网时将本地数据上传至云平台，再删除本地旧数据），需编写定时任务和数据上传代码。屏幕背光的节能控制结合光敏电阻（如连接到引脚 3）编写程序：当光照值＜50（暗环境）时，lcd.backlight(True)开启背光；光照值≥50 时，lcd.backlight(False)关闭背光，降低设备功耗。本地数据的批量导出除手动拷贝sensor_data.csv外，可编写程序：当设备联网时，通过urequests将本地文件上传至云存储（如阿里云 OSS），实现自动备份，避免人工操作遗漏。观看视频：IIC协议是什么 根据图表，动手连接 2004 液晶屏幕模块与开发板的 IIC 引脚明确电源引脚和数据时钟引脚的功能与接线逻辑。学习相关代码知识，了解2004 液晶屏幕模块特点。完成试一试。学习小知识。学习相关知识。完成试一试。学习测试的相关知识。完成练习题。进行知识拓展。 让学生直观理解 IIC 协议屏幕 “4 线简化连接” 的优势，掌握硬件连接规范，培养动手操作能力和对嵌入式硬件系统的认知。帮助学生掌握屏幕驱动程序的调用逻辑，理解硬件与软件的交互原理，提升 MicroPython 编程实践能力和问题排查能力。引导学生整合据类型转换等知识点，实现从硬件连接到软件编程的跨模块协作，理解物联网场景中的完整流程。让学生清晰认知字符显示规范，避免因尝试直接显示中文而出现程序运行异常。 培养学生的信息可视化思维，学会在有限屏幕空间内平衡信息完整性与可读性，提升实用设计能力；引导学生整合学习的知识，实现硬件与软件的协同，提升跨模块知识的综合应用能力。让学生理解设备应对网络中断等异常情况的能力，掌握在线与离线模式的切换逻辑，培养对物联网设备在网络故障场景下鲁棒性的认知。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。拓宽学生知识面。
课堂小结 高级功能的实现 第二节1.屏幕显示 2.测试验证3.完成课堂练习4.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 完成 “屏幕界面优化” 的实践任务：连接温湿度传感器和 2004 屏幕，设计包含 “温度、湿度、光照（若有传感器）、时间、在线状态” 的界面，编写程序实现，并拍摄屏幕显示效果照片，附 300 字说明（含界面设计思路）测试 “循环记录” 功能：编写程序实现 “存储空间满时覆盖最早数据”，运行 10 分钟后，读取本地文件，验证最新 10 条数据是否正常，旧数据是否被覆盖，提交测试报告（含操作步骤、结果截图） 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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