第15课 模块组装很灵活
教学目标
知识与技能
理解模块在控制系统中的定义、作用及分类（输入、处理、输出模块）。
能够结合实例（如智能风扇、洗衣机）组装或拆分模块，分析模块间的协作逻辑。
初步建立模块化设计思想，提高计算思维能力和问题解决能力。
过程与方法
通过案例分析、动手实验和小组讨论，掌握模块化设计的核心思想。
学会利用模块化思维优化系统设计，提升效率与可维护性。
情感态度与价值观
体会模块化设计在生活中的广泛应用，激发对信息科技的兴趣。
培养团队协作能力和创新意识。
教学重点与难点
重点：模块的定义、分类及协作逻辑；模块化设计的优势。
难点：模块化思想的实际应用（如系统维护、程序开发）。
教学方法
案例教学法：通过钟表师、红外感应门等实例讲解模块化设计思想。
实验探究法：组织“智能风扇组装实验”，动手实践模块连接与功能实现。
小组讨论法：分析洗衣机维修案例，探讨模块化设计的优势。
教学过程
一、情境导入（10分钟）
案例引入：讲述“两个钟表师的故事”，提问：
为什么第二个钟表师更成功？
生活中的类似案例有哪些？（学生分享拼装玩具、家具等经历）
引出概念：模块是“由零到整、由小到大”的功能单元，具有独立性和可替换性。
二、新知探究（25分钟）
认识模块的三剑客
输入模块（如按钮、传感器）：系统的“眼睛与耳朵”，负责信号采集。
举例：手机光线传感器、空调温度传感器。
处理模块（如控制器）：系统的“大脑”，分析信号并发出指令。
举例：红外感应门的控制器判断是否开门。
输出模块（如电机、显示屏）：系统的“手与脚”，执行具体操作。
举例：电灯开关控制灯泡亮灭。
模块协作逻辑
以红外感应门为例，分组绘制模块协作流程图：
输入（红外传感器）→ 处理（控制器判断）→ 输出（电机开关门）
学生展示流程图，教师点评并总结模块协作的标准化流程。
三、实践操作（20分钟）
智能风扇组装实验
任务布置：
使用温度传感器、处理模块（单片机）、电机等，组装智能风扇系统。
目标：当温度超过28℃时，风扇自动启动。
操作步骤：
模块连接：传感器→处理模块→电机。
阈值设定：通过程序设定温度阈值。
功能测试：观察风扇是否按预期工作，调试问题。
成果展示：小组分享实验过程及结果，教师总结模块化设计的灵活性。
四、案例深化（15分钟）
洗衣机维修案例讨论
问题情境：洗衣机通电不转，维修人员仅更换定时器模块即修复。
小组讨论：
为什么模块化设计能快速定位故障？
模块化设计对生产、维护有哪些好处？
总结提升：模块化设计使系统更易维护、更新，降低整体成本。
五、课堂小结（10分钟）
知识回顾：
模块的定义、分类及协作逻辑。
模块化设计的四大优势：灵活性、高效性、易维护性、低成本。
拓展思考：
列举生活中其他模块化设计的案例（如电脑硬件、智能家居）。
作业布置
基础作业：绘制家中某电器（如微波炉）的模块组成图，标注输入、处理、输出模块。
创新任务：设计一个简易模块化系统（如自动浇水装置），描述模块功能及协作流程。
教学反思
通过实验和案例，学生能直观理解模块化设计的核心思想，但需加强程序调试环节的指导。
可结合更多生活场景（如智能家居）深化模块化应用，提升学生迁移应用能力。
注：教学过程中可结合PPT中的图片、动画演示，增强直观性；实验环节需提前检查硬件设备，确保安全性。(共22张PPT)
模块组装很灵活
renxiaoxi
学
习
目
标
了解控制系统中模块的作用。
能结合控制系统实例，组装或拆分模块。
初步具备模块化设计思想，提高计算思维能力。
生活中的控制之谜
01
问题情境
从前有两个钟表师，他们制造的钟表由近百个零件组成。一个钟表师依次组装这些零件，如果组装过程被打断，半成品就会散架，他必须从头开始；另一个钟表师，先把大约10个零件组装成一个个稳定的部件，再把这些部件组装成一只手表。多年后，第一个钟表师生意越来越差，第二个钟表师生意却越来越好。
认识模块
你们知道第二个钟表师为什么生意好吗？
因为他掌握了由零到整、由小到大、模块组装的方法，提高了工作效率。
认识模块
如果用“模块”这个词来解释，那就是因为第二个钟表师掌握了由零到整、由小到大、模块组装的方法，提高了工作效率。你在日常生活中是否遇到过类似第二个钟表师组装钟表的事情？
我给妹妹拼装过一辆玩具汽车。
我给弟弟安装过一辆自行车：先安装好两个车轮，然后把车轮与车身连接。
我组装过一个抽屉柜：先分别把每个抽屉安装好，然后再把它们装在一起成为一个抽屉柜。
认识模块
如果把一个设备系统进行实际拆分，我们会看到很多相对完整的电路板，这些板可以叫作模块。例如：计算机主机中的存储器模块、主板模块等；微波炉加热系统中的散热模块、磁控管模块等。
计算机主板和存储模块
微波炉磁控管模块和定时模块
认识模块
模块是控制系统中的基础单元或基本组件，一个模块一般只能实现一项功能，各个模块通过特定的接口进行连接，构成一个相对完整的控制系统。例如：计算机主机中的存储器模块、主板模块等；微波炉加热系统中的散热模块、磁控管模块、时间设定模块、托盘电机模块等。
但是，随着集成电路技术的进步，同时为了节约设备内部空间和成本，电路板集成度越来越高，人们无法从硬件外观上区分各个模块，有可能一块电路板就把各个模块的功能整合到一起了。
认识模块
生活中的模块
日常现象引发好奇
在日常生活中，我们轻轻按下电灯开关，灯光就会亮起或熄灭，这一简单的现象背后却蕴含着复杂的原理，引发我们对其工作机制的好奇。
模块协作的逻辑
电灯开关控制灯光的过程涉及多个模块的协作。开关作为输入模块，当按下开关时，它向处理模块（如电路中的控制部分）发送信号，处理模块接收到信号后进行分析，然后向输出模块（灯泡）发出指令，灯泡根据指令亮起或熄灭。
生活中的模块
红外感应门的工作场景
在商场、酒店等场所，红外感应门十分常见。当有人靠近时，门会自动打开，人离开后，门又会自动关闭，这背后隐藏着模块协作的秘密。
输入模块：红外传感器
红外感应门的输入模块是红外传感器，它能够检测到人体发出的红外线。当有人靠近时，红外传感器接收到人体红外线信号，并将其传递给处理模块。
处理模块：控制器
控制器作为处理模块，接收到红外传感器传来的信号后，对信号进行分析判断。如果判断有人靠近，就会发出开门指令；当人离开，检测不到信号时，就会发出关门指令。
输出模块：电机
电机是输出模块，它根据处理模块发出的指令执行动作。当接收到开门指令时，电机驱动门打开；接收到关门指令时，电机驱动门关闭。
输入
计算
输出
红外感应器
有人
计算模块
门开
生活中的模块
认识模块三剑客
02
输入模块：系统的眼睛与耳朵
按钮
按钮是常见的输入模块，在生活中应用广泛，如电灯开关按钮。按下按钮时，它会向控制系统发送一个电信号，就像给系统“说”要执行相应操作了。
温度传感器
温度传感器能感知周围环境的温度变化，并将温度信息转化为电信号传递给控制系统。例如智能空调中的温度传感器，实时监测室内温度，为空调调节提供依据。
光线传感器
光线传感器可检测光线强度，像手机屏幕会根据环境光线自动调节亮度，就是光线传感器在起作用，它把光线强度信息输入到手机控制系统。
处理模块：系统的大脑
信号接收
处理模块接收来自输入模块的各种信号，如温度传感器传来的温度信号、按钮按下的电信号等。它就像大脑接收外界信息一样，为后续处理做准备。
信号分析
接收到信号后，处理模块会对其进行分析。例如在智能风扇系统中，处理模块会判断温度传感器传来的温度是否超过设定的阈值。
指令发出
经过分析后，处理模块会根据结果发出相应指令。若智能风扇系统中温度超过阈值，处理模块就会向输出模块发出启动风扇的指令。
输出模块：系统的手与脚
电机转动
电机是常见的输出模块，在智能风扇中，电机接收到处理模块的指令后开始转动，带动风扇叶片旋转，实现吹风功能。
显示屏变化
显示屏可根据处理模块的指令显示不同内容。如电子温度计的显示屏，会根据温度传感器和处理模块的信息，显示当前的温度数值。
喇叭发声
喇叭也是输出模块，在一些报警系统中，当处理模块判断出现异常情况时，会向喇叭发出指令，使其发出警报声。
智能风扇组装实验
模块准备
准备好温度传感器、处理模块（如单片机）、电机等模块。温度传感器用于检测环境温度，处理模块进行信号分析和指令发出，电机带动风扇转动。
模块连接
将温度传感器与处理模块连接，使温度信号能准确传输；再将处理模块与电机连接，确保处理模块发出的指令能传达到电机。
阈值设定与测试
设定温度阈值，如28℃。当温度传感器检测到环境温度超过28℃时，处理模块判断后向电机发出启动指令，测试风扇是否正常转动。
请你打开桌面上的“智能风扇”程序，进行组装！
模块在系统中的作用
03
每个模块具有一定的独立性，具有某种功能，组合方式也比较灵活。因此由模块组成的系统，其生产制造变得更加灵活，生产效率也比较高，维护和更新也很方便。如果系统报错，只要抽查或逐个检查模块，这样就能快速定位错误所在，然后对错误的模块进行程序修改、对损坏的硬件进行维修或更换，而不用修改整个程序或更换整个系统。
模块在控制系统中的作用
小智家的洗衣机，即使通电也不转了。维修人员来了之后，拆了几个模块，经过检测后，维修人员发现是定时器模块坏了，于是更换了一个新的，花了30元。小智妈妈很开心，因为她以为要重新买一台洗衣机呢！
思考：为什么只更换定时器模块，洗衣机就修好了？
因为这台洗衣机是模块化设计的，定时器是一个独立的模块，可以灵活拆卸，因此只要确定是它的原因，更换它，洗衣机就能恢复正常。
模块在控制系统中的作用
1．在这门课中，可以认为模块是系统中的基础单元或基本组件，一个模块一般只能实现一项功能，各个模块通过特定的接口进行连接，构成一个相对完整的系统。
2．把一个个功能模块按指定的结构搭建，可以构成一个具备一定功能的系统。
3．在信息科技领域，我们处理问题时，要具备一定的模块化思想。模块化思想的应用，对硬件设计与制造、对程序设计都很有帮助。
THE END
谢谢
