第5单元第15课《自动通风系统的开发与实现》教案【河北大学版】《信息科技》八年级

中小学教育资源及组卷应用平台 第5.15课《自动通风系统的开发与实现》教学设计 课题 自动通风系统的开发与实现 单元 第五单元 学科 信息科技 年级 八年级 核心素养目标 信息意识：认识自动通风系统的物联网架构，明确传感器、微控制器的核心作用，增强对物理环境数据的敏感度。计算思维：拆解系统开发流程，能够分析自动通风系统的工作流程，设计数据采集、传输与控制的逻辑结构。数字化学习与创新：尝试使用微控制器和物联网平台搭建简易的自动通风系统，提升硬件编程与系统集成能力。信息社会责任：关注物联网设备的数据安全与隐私保护，避免系统被恶意操控或数据泄露。 教学重点 自动通风系统的软硬件协同设计，系统测试验证的完整流程。 教学难点 跨模块的技术整合，实际场景的问题解决，复杂程序的整合与优化。 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5.15课 自动通风系统的开发与实现问题情境如何实现设计方案？如何在众多传感器产品中挑选合适的一款？哪些型号的微控制器既可以采集传感器数据，又可以通过Wi-Fi传输数据？系统各个部分涉及的软件代码将按照何种流程运行？在这一课，我们一起体验实现设计方案的过程。观看视频 思考自动通风系统设计、硬件选型、软件流程等问题。 帮助学生激发探究兴趣，明确学习方向。 讲授新课 新知讲解：实践探究一、硬件设计1.硬件选型需匹配接口类型（含外观与协议），按功能需求选择模块。（详细内容见教材p114页）表5-3 二氧化碳浓度监测装置硬件选型表示例传感器的特性参数，如图5-6。示例传感器输出电压低，直接采样微控制器会损失精度，所以成品模块会加电压放大电路方便采样。（详细内容见教材p115页）图5-6 示例传感器输出电压-二氧化碳浓度特性曲线试一试尝试为新风机遥控装置进行硬件选型，完成表5-4。名称要求选型备注红外模块可学习新风机红外遥控脉冲信号，无需编写复杂脉冲代码可学习型红外模块能快速匹配新风机遥控指令微控制器支持网络（如 Wi-Fi）、引脚充足适配红外模块、低功耗。ESP32集成 Wi-Fi，性能稳定常见红外模块分两种：输入脉冲信号来发射红外光。可学习脉冲信号串并存储，通过简单选择信号就能调出并发射对应脉冲。（详细内容见教材p116页）图5-7 两种红外模块工作方式第一种红外模块需在微控制器写入新风机启停脉冲信号串。第二种可通过红外遥控器让模块自动学习记录。选能自动学习记录的模块，能省记录、编写工作，降低系统实现难度。（详细内容见教材p116页）提示多数传感器模块电路接口至少有 3 根接线，用多个不同模块易接线错误且故障难排查。可选择集成化接口模块，既方便插线、降低故障率，还能提升外观整洁度。（详细内容见教材p117页）图5-8 传感器模块的接口小知识不同接口协议的适用场景 UART 适合短距离稳定传输（如传感器 - 微控制器）。I2C 适合多模块共用引脚（如多个传感器）。SPI 适合高速传输（如存储模块）。2.硬件系统搭建硬件系统搭建是按方案连接各模块以实现功能，集成化接口模块可用一条线缆直连，常规通用模块需对应好每根接线。 （详细内容见教材p117页）图5-9 硬件系统搭建试一试无论采用哪种接线方式，都需要记录每个模块所使用的端口名称或序号即记录端口对应规则，便于后期软件设计时正确对应。将硬件端口对应规则记录在表5-5中。表 5-5 硬件端口对应规则表模块模块上端口开发板上端口二氧化碳浓度传感器集成接口IO9红外模块VCC、GND、TX、RX3.3V、GND、RX2、TX2二、软件设计1.二氧化碳浓度监测装置软件设计编写程序前要绘流程图规划软件功能与控制流程，这很重要，能帮我们清晰理解和设计软件工作内容、环节逻辑及整体架构，还便于团队交流合作与后续维护升级。 （详细内容见教材p118页）二氧化碳浓 ... ...