2、简单系统的设计实现优秀教学设计

教学基本信息

课题

学科

学段

教材

高中

简单系统的设计实现——门窗防盗报警系统

通用技术

年级

高一

书名：技术与设计2

出版社：江苏教育出版社

出版日期：

2004年10月

指导思想与理论依据

新课程强调要充分利用课程的内容载体，激发学生的创造欲望，提倡充分利用现代信息技术，精心设计和组织学生的学习活动。因此在学生活动载体的选择上，采用了arduino这个当今全球最流行的开源硬件，来解决生活中的问题。通用技术强调培养学生的工程思维，学生运用系统分析的方法，针对某一具体技术问题进行要素分析、整体规划，并运用模拟和简易建模等方法进行简易设计。本节课正是基于培养学生的核心素养中的工程思维进行的设计。

教学背景分析

教学内容：本节课是苏教版《技术与设计2》第三单元第三节第二课时的内容。本节课的内容是在学生已经学习了什么是系统、系统的基本特性，掌握了系统分析的一般步骤后，通过动手实践完成“门窗防盗报警系统”的设计制作。通过简单系统的设计及实现，认识前面所学习的系统的思想和系统分析的方法所具有的现实应用价值。因此本节课内容是对本单元前面知识的应用。

学生情况：学生已经学习了系统和系统分析的相关知识，对系统的相关知识有概念上的了解，在信息技术课中学习了arduino的编程，对于完成本节课的任务具有信息技术方面的知识基础。但当面对实际的系统设计问题时，往往考虑不全面，缺乏系统性。

教学方式与手段：通过设计并实现“门窗防盗报警系统”，实践体验简单系统设计的过程。

教学准备：



教师演示材料准备：

1.上课用幻灯片

2.视频（智能安防系统）

3.演示用火灾检测报警模型



学生实践材料准备（20套）：

1.

Arduino微控制器、超声波传感器、人体红外传感器、蜂鸣器、LED发光二极管、9V电池及电池盒、导线、3D设计并打印的外壳、胶条

1

2.安装了arduino编程软件的多媒体电脑

3.学案

前期教学情况说明：学生在信息技术课中主要学习了arduino程序的编程，为通用技术课中学生进行设计做好了知识铺垫。在通用技术课中则主要把精力用于系统的思想在设计中的应用，即如何将所学习的传感器等元器件有机的组合，根据需要设计并实现某个具体的功能。

教学目标

知识与技能：

1．从应用的角度理解系统设计中将系统分解为子系统的方法。

2．理解并应用系统的整体性、相关性、环境适应性等基本特性进行简单系统的设计。

过程与方法：

1．

通过“门窗防盗报警系统”的设计实践，体验系统的基本特性在系统设计中的应用过程。

2．

经历简单系统的设计过程，体会系统设计中应整体考虑、关注联系的基本方法。

情感态度与价值观：

1．

通过简单系统的设计过程，树立从整体出发的系统的基本思想。

2．

通过智能家居的部分简单功能的实现，感受科技发展的先进成果，激发对科技的热情。

教学重点难点

重点：1.系统设计的一般步骤。

2.系统的整体性、相关性、目的性、环境适应性等基本特性在系统设计中的应用。

难点：系统的基本特性在系统设计中的应用。

教学流程示意

2

分析智能家居系统，引出设计题目

结束

课堂小结与拓展

展示评价

学生实践

进行设计分析

明确设计要求

开始

3

教学过程

环节

一、引入：

.1.分析智能家居系统的设计目的及子系统，引出安防报警系统。

教学内容

展示图片并带领学生分析智能家居系统的设计目的以及子系统的划分

智能家居系统包括：照明控制系统、家电控制系统、楼宇对讲系统、门窗控制系统、安防报警系统等多个子系统。

2.观看视频：安防报警系统，并分析引入

该系统划分为哪几个子系统及系统的设计目的。并实物演示：火灾报警子系统的模型。

监控子系统

燃气泄漏子系统

抽屉防盗报警子系统

门窗防盗子系统

火灾报警子系统

火灾报警子系统模型

保障家庭安全

引导学生观看视频，并带领学生分析安防报警系统的设计目的及子系统划分

演示实物模型：火灾报警子系统

4 教师活动

学生活动

思考并分析

观看视频，利用所学的系统的相关知识分析该系统

感官体验火灾报警子系统的功能实现

设计意图

通过当今的先进技术应用的案例：智能家居系统引入，激发学生的兴趣。

使学生明确本节课的设计任务是智能家居系统中的安防报警子系统的一部分

对安防报警子系统进一步划分，引出本节课设计任务：门窗防盗报警子系统

通过一个相似的实物模型使学生对本节课的设计任务有初步的认识。

3.提出设计任务：利用arduino设计一个门窗防盗报警系统。

提出本节课设计任务

明确设计任务和要求

使学生明确本节课设计的系统的目的和要求

二、系统的设计步骤

1.明确设计要求

•

能够在门窗被打开，有人进入时报警

带领学生进一步明确门窗防盗报警系统的具体要求

听讲并明确设计要求

思考并回答

思考系统的设计方案并进行选择

思考两个子系统的连接方案

将系统的理论知识应用到实际的系统设计中。从理论到实践的提升。

引导学生用系统的观点进行系统设计。

让学生体会应用系统分析的步骤和原则对该系统进行分析是设计的重要环节。

体会系统的基本特性在在系统设计中的应用

2.设计分析

（1）将系统分解为哪几个子系统？各自的功能是什么？

检测子系统：检测门窗被打开或者有人进入

报警子系统：发出报警信号

（2）选择设计方案

新课教学

•

人体红外传感器

超声波传感器

•

蜂鸣器

发光二极管

（3）电路部分的集成：传感器与报警元器件通过arduino微控制器连接起来

选择完成报警功能的元器件

选择传感器完成检测功能

提问并引导学生利用系统的知识将该系统划分子系统

提问并引导学生理清该报警系统的具体思路，选择检测和报警子系统的元器件

引导学生考虑检测与报警两个子系统的连接

5

（4）系统的组装集成

引导学生考虑并分析电路部分与外壳的组装与连接

思考系统的组装与集成

使学生体会在设计中要考虑各部分的关联，统筹兼顾

电路部分的核心功能与外壳进行组装，要考虑哪些部分放在外面哪些放在里面。

设计实践

三、学生设计实践：门窗防盗报警系统

要求：

1.完成电路子系统的设计与调试

2.实践并完成学案的填写

四、作品展示与分析

展示部分学生作品，并分析可能存在的问题

学生可能采用的方案：

1.

采用人体红外传感器进行检测的设计，采用蜂鸣器或者LED灯进行报警

展示交流

2.采用超声波传感器进行检测的设计，采用蜂鸣器或者LED灯报警。

提出明确的设计要求并指导学生完成系统的设计实践

展示学生的设计方案，并引导学生思考系统的优化问题

以小组为单位完成实践任务，并填写学案

展示方案并思考

进行系统的设计实践

将系统优化的思想应用在系统设计中。

6

五、小结与拓展：

简单系统的设计要点：



明确目的、确定要求



聚焦问题、分而治之

课堂小结与拓展



方案设计、分析决策



横纵联系、统筹兼顾

拓展与思考：这个系统用于家里有人的情况下的报警，如果家里没有人的情况下也能报警，这个报警系统的功能就会进行课堂小结

带领学生思考如何对该系统进行进一步优对本节课内容进行思考

思考对该系统进一步优化的方向

将所学的内容进行系统设计方法的提升

给学生留出进一步改进与思考的空间

增加很多。在arduino 里还有网络模块，化

通过进一步的学习，这种功能也是可以实现的。

7

《门窗防盗报警器系统的设计》学案

班级：

小组成员：

项目

门窗防盗报警系统的设计与实现

内

容

检测子系统采用的传感器及检测方式

报警子系统采用的元器件及报警方式

评

价

传感器使用及安装合理（2）

功能能够实现（6）

报警方式选择合理，元器件安装合理（2）

8