第8课 实现灯光警报呼叫器 教学设计【教科版】《信息科技》八年级上册

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实现灯光警报呼叫器教学设计
课题 实现灯光警报呼叫器 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 本课聚焦灯光警报呼叫器的实现，从生活实际出发，先介绍常见呼叫器，引出本课简易灯光警报呼叫器制作。课程设计合理，先让学生探讨应用场合，再分设计、实践等环节推进。实践部分准备、连接、编写程序等步骤清晰，还穿插知识拓展。课程结尾设置单元总结与评价，通过展示交流、填写评价表巩固成果，又提出新实践项目拓展思维。整体课程注重知识与技能融合，培养学生实践和创新能力。
学习目标 信息意识：感知生活中灯光警报呼叫器及相关紧急呼叫设备所传递的信息，认识到这些设备在保障安全、及时求助等方面的重要作用。计算思维：学会运用分解的方法，将灯光警报呼叫器的功能拆解为呼叫器和警报器两部分，并分别分析各部分的功能需求。数字化学习与创新：在实现灯光警报呼叫器的基础上，发挥创新思维，思考如何丰富警报信息和功能。信息社会责任：认识到灯光警报呼叫器在照顾老年人等社会场景中的应用价值，理解自己所实现的设备对社会生活的积极影响。
重点 让学生掌握利用两个主控板、LED灯等硬件搭建灯光警报呼叫器的具体方法，明确各硬件间的正确连接方式，为后续功能实现奠定基础。引导学生理解并运用通信模块构建呼叫器和警报器的联系，熟练运用“如果……那么执行……”等模块编写程序，实现按下按钮控制警报器灯光闪烁、声响警报和信息显示的核心功能。
难点 学生较难深入理解两个主控板间如何通过特定话题和电平状态实现信息传递与交互，需教师通过生动比喻和详细演示帮助学生掌握。鼓励学生丰富警报信息和功能时，学生可能缺乏创新思路和实现方法，教师要引导学生思考生活场景，启发创新，并指导如何将创意转化为实际程序和功能。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 我们已经完成了灯光警报器的“灯光部分”和“警报部分”,那么呼叫功能如何实现呢 本课我们通过一个主控板上的按键来控制另一个主控板上的液晶显示屏显示信息、发出警报声响，且与其连接的LED灯不停闪烁，再通过按键控制停止警报，最终完成灯光警报呼叫器。 了解本课的学习主题。 通过教师简要介绍，让学生知晓本课的学习主题。
讲授新课 一、认识警报呼叫器生活中有很多紧急呼叫设备，用来帮助老年人呼叫或寻求帮助。右图所示的呼叫器是贴墙式一键呼叫器。它的按钮安装在老年人附近的墙面上，通过线路接通呼叫器的另一端，也就是警报器。但这种呼叫器受条件的限制，要求老年人必须在按钮的附近才可以实现一键呼叫功能。随着物联系统的不断发展，智能类的一键呼叫器已不断被开发出来。这类产品也有很多形态，目前主要以腕式和颈挂式两种为主，传输方式主要以蓝牙、2G、4G或其他无线传输为主。腕式一键呼叫器更多以健康手表为参考，它配备心率传感器，监测使用者的心率变化水平，达到健康监测的目的。颈挂式一键呼叫器更多的是实现报警功能，有的还能实现辅助防跌倒，以备老年人在跌倒后能自动触发报警。基于上述对老年人一键呼叫器的认识，本课将通过物联网实验平台来实现一个简易的灯光警报呼叫器。呼叫器的控制按钮在卧室的老年人手中，而灯光警报呼叫器的警报机在客厅里安装着，因此需要两个主控板来实现呼叫和报警的功能。议一议大家在日常生活中的哪些场合看到过灯光警报呼叫器 灯光警报呼叫器除了可以用于照顾卧床的老年人，还可以应用在哪些场合 参考：灯光警报呼叫器在日常生活中常见于养老院、家庭中照顾卧床老人，通过声光信号及时传递求助信息。此外，它还广泛应用于工厂车间，用于设备故障、物料短缺等异常情况的快速响应；在医疗场所，可提示医护人员关注重要事件；在公共场所如银行、商场，可作为防盗报警设备；在火灾易发地，也可作为消防警报装置。二、设计灯光警报呼叫器算法我们的灯光警报呼叫器主要分为两部分，一部分是呼叫器，另一部分是警报器。呼叫器的作用是通过按钮控制是否呼叫，如果按下按钮，警报器接收到信息，便会使LED灯闪烁、蜂鸣器响铃以及液晶显示屏显示警报信息。下面我们用自然语言描述灯光警报控制器的算法逻辑，并将灯光警报控制器的算法流程图补充完整。参考：三、实现简易灯光警报呼叫器1.准备硬件。本实验所用的硬件是前三个活动的集合。另外，本次实验需要用到两个主控板，一个代表呼叫器，另一个代表警报器。主控板×2LED灯×12.连接硬件。硬件连接如下图所示，代表警报器的主控板通过引脚P0与LED灯连接，供电口和电脑用Type-C接线进行连接；代表呼叫器的主控板无须外接设备，直接和电脑主机连接，以下载程序和供电即可。拓展学习——MQTT设置MQTT通信机制：MQTT采用 发布/订阅模型 ，消息发布者（客户端）与订阅者（客户端或服务器）可通过主题进行消息交换。当发布者向特定主题发送消息时，所有订阅该主题的设备都会收到消息。初始化MQTTSIOT平台：参数1：选择MQTT平台参数2：设置服务器地址参数3：设置端口，默认1883参数4：设置用户名，默认siot参数5：设置密码,默认dfrobot常用积木：消息接收示例信息判断示例3.编写程序。首先，编写老年人手中的呼叫器程序。(1)选择“Python主程序开始”模块，开启呼叫器程序。(2)使用通信模块，构建呼叫器和警报器之间的通信关系。(3)使用“如果……那么执行……”模块，将按钮A按下的判断放入模块中进行判断。能量加油站——高电平与低电平在数字电路中，高电平一般是5V,用1代替；低电平一般是0V,用0代替。即“1”指高电平，“0”指低电平，电流从高电平流向低电平，用电器才能收到信号并开始工作。在主控板中，如果我们给一个引脚通高电平，那么此时它所对应的功能就会发生作用，用电器收到信号就会开始工作。(4)在按下按钮A后，执行时呼叫器把P21引脚给高电平，然后把P21引脚状态发布到这个话题里，警报器会检测是否有话题发布，若发现发布了话题，再看看是否为1(我们给到的高电平在这里指代1)。(5)拖入等待3秒模块，保证通信不会一直执行，而是每秒执行一次。(6)将整个“如果……那么执行……”模块放入循环模块中，保证通信循环进行。然后，编写警报器程序。(1)选择“Python主程序开始”模块，开启警报器程序。(2)初始化定义蜂鸣器和液晶显示屏的状态。(3)初始化警报器通信模块。(4)添加一个“循环执行”的空模块，这个模块虽然是空模块，但其并行线路是同步在主程序右侧的。这样做的原因是循环执行的具体内容过多，避免程序太冗长，故设置一个空模块与并行模块一起实现我们想要的功能。(5)编写“循环执行”模块内的并行模块，也就是我们的警报器接收到报警检测信息并且发起警报的内容。首先是警报器接到呼叫器的报警检测主题，设置一个全局变量“是否有报警”,并将报警信息转换为整数的值后赋值给该变量，也就是高电平对应的1。(6)采用“如果……那么执行……”模块来判断“是否有报警”变量是否为1,若为1,执行警报信息(警报信息是组合本单元前三课的内容)。4.运行调试。程序编写完成后，将呼叫器的程序在代表呼叫器的主控板上运行，将警报器的程序在代表警报器的主控板上运行。若警报器初始显示的是“安全”文字和微笑的表情，然后在呼叫器上按下按钮A,警报器显示“报警”文字，表情也从微笑变成紧张，同时蜂鸣器响起，LED灯闪烁，则说明我们的灯光警报呼叫器预设的功能已完全实现。单元总结与评价单元作品展示与交流1.以个人或小组为单位，对本单元完成的灯光警报呼叫器进行展示。2.填写作品评价表，对本单元完成的作品进行评价。作品评价表学生自评()分同学互评()分教师评价()分评价维度评价标准分值得分主题作品紧扣“灯光警报呼叫器”任务主题，内容完整，概括得全面而准确5作品与主题相关，内容基本完整，概括得较为全面而准确4作品与主题相关度不大，内容不太完整，存在少数错误3作品跑题，或内容不完整，或有多处错误2技术能使用编程开发环境完成作品，思路清晰，呈现合理5能使用编程开发环境完成作品，呈现效果有待改进3创意丰富警报信息和功能，作品创意十足，给人美的享受5能添加新的控制逻辑，有一定的创意，观看体验较好4警报信息较为单调，创意体现不足3控制逻辑十分简易，呈现效果较为简单2合作小组成员分工明确，任务分配合理，作品展示效果好5小组成员有分工，能完成分配的任务，作品展示顺利4小组成员分工不明确，任务分配不太合理，作品展示效果一般3小组成员分工不合理，有成员未参与，作品展示效果不好2单元内容小结与概念图1.在本单元中，通过制作灯光警报呼叫器，体验了物联网实验流程，初步掌握了硬件平台中主控板的使用方法、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的实现。2.根据在本单元项目实践中学到的知识，将下面的知识概念图补充完整。实践项目本单元实现的灯光警报呼叫器是将信息显示在照顾人员所在房间内的警报器上。要想在警报器上再设置一个消息返回按钮，按下按钮可以返回“接收到呼叫信息”的提示，告知另一个房间内的老年人警报信息已经被接收，照顾人员将过来。这样的功能应该怎么实现呢 了解传统的警报呼叫器和现在的智能警报呼叫器。了解本课的任务情境。想一想说一说灯光警报呼叫器的应用。设计灯光警报呼叫器算法并用完善流程图。动手搭建灯光警报呼叫器，通过编程实现功能，学习MQTT的使用方法。展示小组或者个人作品，完成作品评价。梳理本单元的内容形成小结和概念图。思考实践项目，并小组讨论尝试完成任务。 先介绍常见紧急呼叫设备，引出贴墙式一键呼叫器及其局限，再介绍智能一键呼叫器。基于此引出要制作的简易灯光警报呼叫器，最后引导学生探讨其应用场合，拓宽知识面，激发探索兴趣。明确灯光警报呼叫器由呼叫器与警报器两部分构成，阐述其工作原理，引导学生用自然语言描述算法逻辑并补充流程图，培养学生逻辑思维与动手设计能力。通过准备与连接硬件，让学生熟悉实验设备；拓展 MQTT 设置知识，拓宽通信认知。编写程序环节，分步骤引导学生完成呼叫器与警报器程序，融入高电平知识辅助理解。运行调试部分，检验学生实践成果，强化动手能力，使其完整掌握简易灯光警报呼叫器的实现过程。通过作品展示交流与评价，促使学生反思作品优缺点，提升综合素养。单元内容小结助学生梳理知识体系，强化对物联网实验流程、硬件使用等要点掌握。实践项目拓展引导学生思考功能实现，培养其知识迁移与创新能力，深化对所学知识的应用。
课后练习 选择题以下哪种设备形态不属于智能类一键呼叫器目前的主要形态？（ ）A. 腕式 B. 颈挂式 C. 贴墙式在编写呼叫器程序时，使用“如果……那么执行……”模块的主要目的是（ ）A.开启程序
B. 构建通信关系C.对按钮A按下进行判断并执行相应操作D. 保证通信每秒执行一次判断题生活中常见的贴墙式一键呼叫器不受条件限制，老年人无论在房间哪个位置都可以实现一键呼叫功能。（ ）在主控板中，给一个引脚通高电平，此时它所对应的功能就会发生作用，用电器收到信号就会开始工作。（ ）解决问题在实现灯光警报呼叫器的过程中，警报器接收到呼叫信息后只会进行灯光闪烁、声响警报和信息显示。现在需要增加一个功能，当照顾人员在警报器上按下特定按钮后，能向老年人手中的呼叫器返回“接收到呼叫信息”的提示，告知老年人警报信息已被接收，照顾人员将过来。请你思考并描述实现这一功能的大致思路。参考答案选择题答案：C C判断题答案：× √解决问题实现思路如下：硬件准备：在警报器主控板上连接一个特定按钮，用于触发返回提示信息的功能。警报器程序修改：初始化时定义该按钮的引脚状态。在程序循环中，添加对该按钮状态的判断。当检测到按钮按下时，将警报器的一个特定引脚设置为高电平（代表有返回信息操作），并将该引脚状态发布到一个新的话题中。呼叫器程序修改：初始化警报器与呼叫器之间关于返回信息话题的通信模块。在呼叫器程序循环中，检测是否有关于返回信息的话题发布。若发现发布了话题且为高电平（指代1），则在呼叫器的液晶显示屏上显示“接收到呼叫信息”的提示内容。 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液晶显示屏相关的内容。
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，这节课我们一同实现了灯光警报呼叫器。从了解生活中多样的呼叫器形态，到亲手搭建硬件、编写程序实现通信，大家展现出了极高的热情与创造力。我们掌握了两个主控板间通信的原理，学会用“如果……那么执行……”模块构建逻辑。还思考了如何拓展功能，让设备更实用。希望大家课后继续探索，发挥想象，用所学知识让生活更智能、更安全，期待大家带来更多惊喜！ 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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