第三单元 第三节 智能消防系统实践 教案 川教版（2024）信息技术八年级上

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第3.3课《智能消防系统实践》教学设计
课题 智能消防系统实践 单元 第二单元 学科 信息技术 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：跟着博士爷爷和欢欢，了解物联网控制技术的类型，也知道它在感应灯、倒车雷达、智能家居远程控制等生活场景的应用形式。计算思维：分析了消防自动喷淋系统里传感器、控制器、执行器的协作流程，通过算法设计懂了物联网系统的数据处理与控制逻辑。数字化学习与创新：探索了开源硬件和编程平台在搭建消防系统中的应用，创新了物联网控制反馈的实践学习方式。信息社会责任：认识到物联网控制反馈在消防、智能管理领域的价值，理解它对提升生活安全、管理效率与社会发展的影响。
教学重点 探索了开源硬件和编程平台在搭建消防系统中的应用，创新了物联网控制反馈的实践学习方式。
教学难点 认识到物联网控制反馈在消防、智能管理领域的价值，理解它对提升生活安全、管理效率与社会发展的影响。
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3.3课 物联网的控制反馈学习目标1.通过功能分析、硬件搭建、程序编写、调试改进，设计搭建智能消防系统原型。2.通过设计和搭建智能消防系统原型，体验物联网中数据采集、传输、处理与反馈的方法和过程。新知导入博士爷爷：欢欢，通过前面的学习，你觉得物联网通信技术可以给我们的消防系统带来哪些改变呢 波波：这需要我们了解物联网的控制机制，让我们一起来探索吧!博士爷爷：让我们一起将之前设计搭建的消防自动喷淋系统改进为一个更加智能的消防系统吧!（观看视频） 观看视频明确目标，思考消防系统的智能改进方向。 激发实践兴趣，让学生初步感知系统搭建核心。
讲授新课 新知讲解：一、功能分析消防自动喷淋系统通过采集环境中的温度、烟雾浓度、火焰等数据，当火灾发生时，自动打开喷淋装置进行灭火。能否防患于未然，在火灾发生前及时干预 若人们无法及时赶赴火灾现场，能否远程打开灭火装置 1、项目实施任务一:请小组讨论，分析智能消防系统应具备哪些功能。 二、硬件搭建 硬件搭建是指根据系统功能设计，选择合适的材料或设备加以连接、组装的过程。以智能消防系统的远程报警功能为例，通过温度传感器监测环境温度，一旦发现温度异常便发送报警信息，这一功能可选择一些开源硬件，结合编程控制来实现。 在选择材料时，注意材料要与系统功能相适应。例如:不同温度传感器检测的温度范围不同，应根据功能需求进行恰当选择。 1、项目实施 任务二:请根据你设计的智能消防系统的功能，查阅资料，选择合适的硬件，完成系统硬件搭建。三、程序编写在编写程序之前，我们需要先根据系统功能进行算法设计，明确问题解决步骤。以智能消防系统的远程报警功能为例，先在物联网云平台建立一个主题;消防系统端借助温度传感器监测环境温度，若温度超过某个值，则发送报警信息至物联网云平台对应主题中;接收端首先需要订阅物联网云平台对应主题，一旦收到报警信息，则启动蜂鸣器报警。智能消防系统发送端、接收端算法流程如下图所示。在明确算法流程后，便可借助软件编程平台进行程序编写，程序使用的指令根据编程平台、传感器的不同会有所区别。1、项目实施任务三:请根据你所设计的系统功能，绘制每项功能的算法流程图。任务四:请选择某个软件编程平台，编写程序实现你设计的每项功能。四、调式改进程序编写完成后，需根据程序运行情况对系统进行调试。调试程序的一般步骤如下图所示。在发现问题环节，主要目的是明确程序出现的具体问题如程序指令有误、无法采集传感器数据、无法发送数据至物联网平台、无法从物联网发送信息到接收端，等等。明确问题是调试程序的第一步。在收集信息与分析问题环节，通过观察程序的报错信息查阅资料、交流讨论等方式，分析问题出现的可能原因，从而明确调试程序的方向。制订方案与验证方案环节，主要是采用一定的方法和步骤尝试解决问题，并检验采用方法的效果。但程序调试常常不是一帆风顺的，需要反复经历收集信息与分析问题、制订方案与验证方案这一过程，直至问题得以解决。 以智能消防系统的远程报警功能为例，在确保系统硬件连接符合规范的基础上，若程序出现的问题是无法正确发送报警信息至物联网云平台，可根据下列步骤展开调试。1.检查主控板是否可以在本地读取温度传感器采集的温度数据。2.检査主控板是否可以连接 Wi-Fi。3.检查主控板是否可以将温度数据发送至物联网云平台。4.检查主控板是否可以接收到物联网云平台发送的消息。1、项目实施任务五:请对你设计的智能消防系统各项功能逐一进行调试，并将调试过程记录在下表中。五、反思优化请回顾智能消防系统从功能分析一硬件搭建-程序编写一调试改进的整个过程，总结反思过程中的优点与不足，并根据下表对智能消防系统作品进行自评与互评。该系统还可以从哪些方面进行优化 请小组讨论交流，填写下表，形成优化方案，并根据方案进行系统优化。1、拓展阅读智能消防机器人在消防领域，除了火灾，还有化学灾害(例如危险化学品爆炸)、油品燃气爆炸、毒气泄露等灾害，这些灾害事故具有突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难等特点。一旦发生灾害事故，面对毒气、浓烟、高温等恶劣环境，消防员若缺乏相关设备，将会对他们的人身安全带来严重威胁。随着科技的不断进步，越来越多的智能消防机器人被研发、应用于消防领域。消防机器人能代替消防人员进入具有易燃易爆、缺氧、有毒、浓烟等特征的灾害现场，减少消防人员面临的风险，提高救援效率。常见的消防机器人有以下类别。灭火机器人:这类机器人通常配备有火焰探测器、喷水装置和灭火剂喷射系统。它们能够自主监测火源并执行灭火任务，如喷水灭火、喷射灭火剂等。探测侦察机器人:这类机器人用于在各类灾害事故中进行探测和侦察任务。它们配备了各种传感器，如烟雾传感器、温度传感器和气体传感器，可以监测火源、烟雾浓度、温度变化、气体浓度等，并向消防人员提供实时信息。搜救机器人:这类机器人用于在灾害事故中搜救被困人员。它们可以通过机械臂、摄像头和传感器等设备进行定位、探测和拯救被困人员，同时降低救援人员的工作风险。 灭火无人机:无人机在消防领域也得到广泛应用。它们可以搭载热成像相机、高分辨率摄像头等设备，用于快速获取火灾现场的图像和信息，指导灭火和救援工作。六、单元小结1、知识小结2、学习评价七、课堂练习完成课堂练习39-40页。八、拓展延伸1、消防物联组网智能消防物联组网常用 Wi-Fi+MQTT 协议，主控板连接传感器后，通过物联网模块接入云平台，实现多区域温、烟、火数据同步，还能联动不同区域灭火装置，提升系统响应的协同性，解决单点监测的局限，让远程管控更高效。2、高敏传感器选智能消防选高敏传感器需匹配场景：高温场所选 PT100（-20~400℃），室内场景选 DHT11（0~50℃）；同时要兼顾响应速度，如 DS18B20 响应快，适合火情快速预警，选对传感器能减少误报、提升检测精准度。3、消防机器人分类消防机器人分四类核心款：灭火机器人带探测与喷水装置，可自主灭火；灭火无人机载热成像仪，高空侦察火情；探测机器人进毒烟区测气体；搜救机器人用机械臂救被困者，它们替代人进危险区，提效降风险。4、系统调试技巧 智能消防系统调试分四步：先查硬件（传感器接线是否牢固），再测本地数据（主控板能否读传感器值），接着验网络（Wi-Fi 与云平台连接），最后测联动（模拟火情看灭火、报警同步性），分步排障更高效。 小组协作讨论，明确智能消防系统应具备的功能。查阅资料选适配硬件，协作完成系统硬件组装。根据系统功能，绘制各功能的算法流程图。逐一调试系统功能，记录问题及解决过程。阅读资料，了解消防机器人的类别及核心作用。。独立完成练习，巩固系统搭建与调试核心知识。学习了解拓展知识 引导学生梳理功能需求，培养协作与需求分析能力。锻炼学生硬件适配与实操能力，提升动手素养。培养学生逻辑思维，明确程序编写的逻辑框架。让学生掌握调试方法，提升问题排查与解决能力。拓宽学生视野，感知物联网技术的消防应用价值。检测学生知识掌握情况，及时查漏补缺。拓展学生知识面
课堂小结 《智能消防系统实践》课程小结：我们跟着博士爷爷和欢欢，探秘智能消防里的物联网 “玩法”。先弄清了智能消防得备齐远程监测、自动灭火这些实用功能。还认识了系统的 “分工伙伴”：主控板是 “大脑” 管控制，传感器当 “眼睛” 测火情，继电器、水泵做 “手脚” 执行灭火。理清了 “采集数据 - 传输处理 - 触发反馈” 的协作逻辑，看到消防机器人的拓展后，更好奇这物联网招术还能护哪些场景安全。 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、设计智能消防系统优化方案，说明 1 个新增功能及所需硬件，简述核心调试步骤。 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。
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