清华大学版(2024)B 版八年级上册（2024）第4课 跨学科活动：我的智能家居教学设计

这是一份清华大学版(2024)B 版八年级上册（2024）第4课 跨学科活动：我的智能家居教学设计，共11页。教案主要包含了情境导入，需求分析，分工合作，规划实施，小结与评价等内容，欢迎下载使用。

课题
跨学科活动：我的智能家居
单元
第四单元
学科
信息科技
年级
七年级
核心素
养目标
信息意识：时刻关注智能家居领域的动态信息，强化信息意识，洞察发展趋势。
计算思维：依据严谨的计算思维深入剖析智能家居系统复杂的运作原理，优化控制流程和算法。
数字化学习与创新：积极通过多元化数字化学习手段玩转智能家居创新应用，挖掘更多便捷功能。
信息社会责任：在使用智能家居产品时，严格担好信息安全责任，保护用户隐私。
教学重点
依据严谨的计算思维深入剖析智能家居系统复杂的运作原理，优化控制流程和算法。
教学难点
积极通过多元化数字化学习手段玩转智能家居创新应用，挖掘更多便捷功能。
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4.4课 《跨学科活动：我的智能家具》
板书课题。
本课中你将学习:
如何进行智能家居设计的需求分析
智能家居项目搭建的一般流程是什么样的
如何通过系统调试和完善来优化智能家居的各项功能
2.播放视频
学习新知引入
观看教学视频。
初步明确本课所学知识点。
将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课
新知讲解：
板书课题。
一、情境导入
用技术改变生活，让世界更加美好。随着我们对物联网技术的深入了解，会逐步发现生活中不够便利的地方，都能用技术来解决。
层出不穷的智慧产品不断刷新人们的认知——原来还有这么好的解决方案！对于家居生活中的一些问题，除了购买现成的智能家居产品外，我们能不能选择自己设计一个智能家居系统来解决这些问题？
二、需求分析
生活中处处存在“痛点”，比如离开家才想起忘了关灯，下雨了发现家里窗户没关，或者出门在外好几天没办法给家里植物浇水等。每当遇到这样的问题，总是恨不得长出一只无形的“手”去完成。物联网技术就是一只可以遥控的“手”，特别适合解决这类问题。以制作天气播报小助手为例，通过随时了解天气状况，在不同天气下，将家中的灯光调整至相应的亮度。如晴天不开灯，阴雨天开灯，多云则将灯光调整至低亮度等，这就是一款自己设计的智能家居产品。
请结合前面课时的学习，完成“我的智能家居”项目需求分析，填入表3.4.1
项目
内 容
应用目标
1.提高生活便利性
2.提升家居安全性
3.实现能源节约
功能需求
1.环境感知与自动调节功能
2.设备远程控制功能
3.安全监控与预警功能
三、分工合作
为了更好地完成“我的智能家居”这个项目任务，你的小组需要进行分工合作，小组成员的分工角色与合作职责，可以参照表3.4.2所示的范例，也可以另行设计，并参加到项目方案中。
表 2.4.2 分工合作表
姓名
角色
分工
任务
小明
组长
项目统筹、监督与管理
项目整体规划设计、项目实施过程的统 筹、协调监督 、总结等
小张
成员
搭建物联网平台，上传与搜集数据
搭建项目所涉及的软硬件环境：对物联网平台的客户端以及服务器端进行测试：维护上传与搜集到的数据
小李
成员
负责实现各个功能板块
实现项目各模块（智能终端、感知、控制 模块）功能、设计算法并编写代码
小王
成员
文档记录与编写
文档撰写
四、规划实施
找一个优秀的开源项目，里面会提供详细而具体的文档。“我的智能家居”项目是基于物联网技术完成的，自然是一个软硬件相互协同工作的信息系统。一般来说，要搭建的步骤应“先硬再软”，即先搭建硬件，再运行软件代码。
1.硬件搭建
开源项目采用的智能终端，一般是常见的开源硬件，绝大多数的扩展电子模块都是兼容的。以“我的智能家居”项目为例，智能终端方面不仅可以选择掌控板，还可以选择行空板和Arduin，甚至可以选择树莓派、拿铁熊猫等迷你计算机。
“我的智能家居”项目的必选硬件中，除了常见的声音传感器、光线传感器外，还有电磁阀、舵机等。考虑到安全，项目推荐使用带漏电保护的开关电源和防水盒子。
2.代码运行
开源项目一般也会选择开源编程语言，如MicrPythn、Pythn等。开源项目的文档中一般会介绍其采用的编程语言，以及需要的编程环境，如Pythn的各种依赖库。如果具备了Pythn的基础知识，看代码也就能得知需要安装哪些依赖库。
“我的智能家居”项目推荐使用MicrPythn和Pythn这两种编程语言。
3.调试完善
硬件搭建成功,代码运行没有报错,这表示智能应用搭建的任务已经进入最后一个环节 一调试完善。在这个环节中,主要工作是调试并完善项目功能。
（1）系统调试
一个智能应用在真正实施之前,需要进行反复调试。调试的目的是测试项目的功能与稳定性，从中发现新的问题，并分析解决这些问题，从而提高整个系统的质量。常见的测试方法有完整性测试、鲁棒性测试等。完整性测试指对照项目的功能清单，逐条测试“需求”能否实现，并检查项目在功能上是否有遗漏。鲁棒性测试中的鲁棒（Rbust）是“健壮和强壮”的意思。鲁棒性测试主要检测系统在输入错误、运行过载甚至被部分破坏的情况下是否还可以继续正常工作，比如在网络断开、传感器连接断开或者MOTT服务器连接不上等情况下，系统能不能持续工作。
（2）系统完善
绝大多数的开源项目，是创客们用来解决问题而产生的成果，这些问题往往具有很鲜明的个性，对于我们的需求而言，往往并不是一一对应的，这就要求我们要在这个项目的基础上进行完善、优化。虽然在别人的开源项目的基础上修改代码，优化功能，如同站在巨人的肩膀上，相对来说比从头开始要简单得多，但有些开源项目可能一开始的设计就不够合理，代码的可读性差，给后期的完善工作带来很大的挑战。如果遇到这种情况，可以考虑放弃，重新选择一个开源项目。
4.文档整理
当我们历经“磨难”，一点一点搭建好智能应用，达成了预先的所有目标和需求，那么应该记录自己的搭建心得或者问题解决过程，整理好文档。
开源项目的文档分为很多种，常见的有用户文档，开发文档与管理文档等。把系统的搭建步骤、调试记录和问题解决过程等整理出来，都是很有价值的文档。尤其是如何基于原项目做功能上的更新，对普通用户来说是最好的学习资料，都值得整理出来。
一个优秀的开源项目是靠很多人的努力共同打造出来的。因此，当我们利用“我的智能家居”项目，做了各方面的优化，就应该把这些资料“更新”到开源社区。如果你提供的更新得到项目发布人的认可，那你就成为这个项目的贡献者；如果功能变化较大，也可以进行全新发布，作为这个项目的一个“分支”。
交流评价
项目成果交流前要先整理包括智能家居设备网络连接需求表、家庭网络设计方案图、家庭网络设备需求清单、网络服务提供商的对比分析表路由器的连接与设置等在内的相关成果，并制作汇报交流用的PPT。然后以小组为单位，进行展示与交流。
项目成果评价，可基于表2.4.6的评价量规对各小组项目成果进行客观的评价，并记录评价结果。
项目成果
评价标准
评价方式
优
良
一般
自评
他评
项目需求分析表
项目需求描述完整、正确且具体
项目需求描述完整、正确
其他
项目设计表
完全满足项目需求
基本满足项目需求
其他
项目硬件搭建
选择的硬件完全满足要求、搭建完全正确
选择的硬件基本满足要求、搭建基本正确
其他
项目代码运行
选择的编程语言完全满足要求，代码能很好地实现项目功能
选择的编程语言基本满足要求，代码基本实现项目功能
其他
项目调试优化记录
记录完整，解决思路合理、具体且正确
记录较完整，解决思路较为合理、基本正确
其他
项目文档整理
规范、详细且正确
规范、正确
其他
六、小结与评价
本单元你学习了：
1. 智能家居和智能穿戴的含义
2. 智能生活未来的发展方向
3. 智能家居的原理
4. 室内环境的感知和家电的远程
控制
5. 物联网安全问题分析
学习检测：
1.智能家居系统中一般不会采用的通信技术是（ A ）。
A.有线网络 B.Wi-Fi C.ZigBee D.LRA
2.下列说法中，不属于红外遥控技术基本特点的是 ( D ）。
A.具有抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低等特点
B.主要由信号发射模块和接收模块两个部分组成
C.红外接收端接收到发射端发送的红外信号时，就可以执行对应的命令
D.可以像Wi-Fi控制一样，隔墙也能遥控家电
3.搭建一个智能应用，需要经过以下几个步骤，请将这几个步骤正确 排序，并将其序号书写在下方。
①明确需求 ②文档整理 ③代码编写 ④调试完善 ⑤硬件搭建
⑤③④②
4.生活中的智能家居还有哪些地方可以改进？请选择生活中的某个智 能家居设备，试从使用者、维护人员、系统开发者等角度思考这一问题。
以智能门锁为例，使用者希望操作更便捷、连接更稳定，维护人员盼故障诊断和零件通用，开发者要加强数据安全和兼容。
以智能扫地机器人为例，使用者望避障更精准，维护者期零件易换，开发者需提升续航与地图规划能力。
反思与评价：
在本单元学习过程中，肯定少不了与他人进行互动交流、参与作品制作等活动。现在请就此进行总结与反思，以便更好地促进自身成长。
1.从同伴那里学到过什么？
2.向同伴分享过哪些观点？
3.所运用的工具、方法是否得当？
4.开发项目是否有值得推广的经验？
1.从同伴那里学到过什么？
从同伴那里我学到了不同智能家居系统的代码，特别是在解决不同智能家居的联合方面问题时，他们的经验和技巧对我很有帮助。
2.向同伴分享过哪些观点？
我向同伴分享了自己对于智能家居重要性的看法，以及在编写智能家居代码时需要注意什么与如何防止错误。同时，我也分享了一些自己在学习过程中的心得和体会。
3.所运用的工具、方法是否得当？
在学习的过程中，我使用了多种代码语言，如C++、java、Pythn。这些工具和方法对于我的学习起到了很好的辅助作用，帮助我更好地理解和掌握智能家居方面的知识。
4.开发项目是否有值得推广的经验？
我参与了一些如开发如扫地机器人，智能开锁等智能家居的开发。虽然这些作品还存在一些不足和需要改进的地方，但我认为它们具有一定的实用性和创新性，值得在适当的范围内进行推广和分享。
知识拓展
智能家居的优点有什么？
便捷性：手机远程控制家电，操作简单便捷。
安全性：智能安防系统实时监测，保障安全。
舒适性：照明窗帘智能调节，营造舒适氛围。
节能性：智能控制设备，有效节省能源费用。
智能家居的发展过程是什么？
早期阶段：智能家居概念初步形成，一些简单的自动化设备开始出现。
技术发展阶段：随着通信技术和传感器技术的进步，更多复杂的功能得以实现。
人工智能融合阶段：引入人工智能技术。
节能性：未来展望：预计将在能源管理、健康监测等领域有更深入的发展。
智能家居的局限性有什么？
成本较高：设备和安装成本高，后续维修或升级也有费用。
兼容性差：不同品牌、协议的设备可能存在连接和协同问题。
网络依赖：网络故障会影响功能，存在响应延迟情况。
隐私安全：存在数据泄露风险，智能设备也可能被攻击。
什么会影响智能家居的普及度？
经济水平：地区经济发达，购买能力强，普及度高。
消费观念：接受新事物程度高，利于智能家居普及。
网络覆盖：网络好且稳定，保障设备正常运行和控制。
产品价格：价格合理亲民，能提高消费者的接受度。
编写智能家居代码需要注意什么？
安全性：确保代码能保护用户的隐私和数据安全，防止未经授权的访问。
稳定性：保证代码在各种环境和条件下都能稳定运行，避免出现崩溃或错误。
兼容性：要考虑与不同的硬件设备和操作系统的兼容，以满足更多用户的需求。
课堂知识的情境导入。
进行本课题探索研究的需求分析。
对智能家居进行分析并填写表格
进行分工合作并完成表格填写。
合作进行表格制作填写
进行规划实施。
进行代码运行，选择适合的代码
进行调试功能的完善
学会完善相对应的系统并优化系统
对已完成的资料进行整理，方便后续观察与调用
进行交流与评价。
进行分工合作并完成表格填写。
进行单元小结与评价。
完成学习检测。
对问题进行思考与回答
进行反思与评价。
学习同伴的经验并吸收有用的方面
观察项目并总结不同的经验
进行课堂知识的拓展延伸。
思考智能家居的局限性并进行回答
思考会影响智能家居普及度的方面并学会总结与反思
引导学生初步学习主题内容，为本课研究打下基础。
培养学生的思考能力和分析能力。
培养学生对项目任务方面查询资料的能力
考查学生的团队合作能力和项目分配技能。
锻炼学生的团结合作能力与合理分配任务的技能
引导学生逐步完成实践目标，培养创新思维、实践能力、组织协调及问题解决等能力。
让学生寻找适合自己的开源编程语言并完成任务
让学生明白调试功能的重要性并学会完善调试功能
让学生学会如何完善优化系统，并理解相对应的作用
让学生有整理文档的习惯，更方便后续工作的进行与观察
通过交流反馈实现学习效果的评价与优化。
锻炼学生的团结合作能力与合理分配任务的技能
巩固知识，提升技能，促进理解，培养自主学习能力。
通过系统的学习检测，及时查漏补缺，促进知识的巩固与深化。
锻炼学生对于简答题的理解能力以及总结经验
促使学生反思学习过程，自我评价知识掌握程度，识别学习盲点与误区，激发自主学习动力。
让学生拥有向他人学习的能力，培养学生之间相互学习的习惯
让学生具有总结的习惯与自我反思的能力
激发学生的探索兴趣，培养其自主学习能力、批判性思维和创新能力，拓宽学生的知识视野，
让学生合理认识缺点并小心处理相对应的局限性
让学生具有总结的习惯与自我反思的能力
课堂小结
跨学科活动：我的智能家居
1、引入新知内容
2、完成“我的智能家具”项目
3、搭建一个软硬协同工作的系统
4、进行课堂练习
5、进行相关知识拓展
总结回顾
对本节课内容进行总结概括。
课后作业
学完本节课，说一说在设计智能家居遇见的困难有哪些？你们是如何解决的？
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。