《给教室装上“智慧大脑”》

——基于传感器的教室环境智能调控系统

宜兴市闸口小学   崔淑君

【教学内容分析】

教学内容以前期调研发现的 “教室闷热、光线暗、噪音超标” 等学生高频困惑为起点，摒弃脱离实际的抽象理论，聚焦 “用 AI 传感器 + 简单编程解决具体问题”。教学内容未局限于 “硬件连接、代码修改”等操作层面，而是始终围绕“理解智能系统逻辑”这一核心，通过 “传感器输入—计算—执行器输出”的流程拆解，让学生在实践中逐步形成计算思维与工程思维，实现 “操作技能”与“思维能力”的同步提升。

【学生主体分析】

五年级学生已具备基础的生活观察能力与简单逻辑推理能力，在日常学习生活中常接触“教室照明开关”、“家用空调调温” 等基础功能系统，对按需求操作就能有对应结果的系统模式有模糊的感性认知，但尚未形成 “系统由哪些硬件要素构成、要素间如何关联、最终实现什么功能” 的清晰认知，缺乏对 “系统运作逻辑”的理性分析能力。

【教学策略分析】

【教学目标】

1、能从教室 “闷热、光线暗、噪音大”的日常问题中，关联到可量化的环境数据（温度、光线、声音），利用数字化设备查阅《中小学教室环境规范》提取核心标准。（信息意识）

2、能将“教室环境智能调控”复杂问题拆解为 温度、光线、噪音调控这3个子问题；能运用“如果...那么...”逻辑设计完整的智能控制规则。（计算思维）

3、能运用数字设备获取相关资源、用编程工具修改智能系统关键参数，且能结合教室实际问题，提出创新优化方案，掌握数字化工具的应用与创新方法。（数字化学习与创新）

4、通过设计智能系统解决教室环境困惑，树立“技术服务生活”意识，遵守硬件操作规范并主动分享系统设计，践行信息时代社会责任。（信息社会责任）

【教学重难点】

教学重点：能将教室“闷热、光线暗、噪音大”的感受，转化为温度、光线、

声音数据，并关联“输入—计算—输出”的计算模式。​

教学难点：理解“传感器采集数据→控制板处理→执行器行动”的AI技术逻辑。

【课时安排】

1课时

【教学准备】

    X-DING、Mind+编程软件、过程与控制实验板、平板、电脑

【教学过程】

一、发现问题，提出假设

1、发现“不对劲”

师：同学们，老师最近遇到几个小困惑，需要你们这群小侦探帮帮忙。

困惑一：下午的教室，同学们学习都没精神，脑袋转得慢，这是为什么呢？”

困惑二：有时坐在后排的同学会眯着眼睛看黑板，说看不清，这又是为什么？”

困惑三：有时候小组讨论会突然变得特别吵，连隔壁班老师都过来提醒，我们该怎么知道什么时候太吵了呢？”

2、假设“可能性”

师：“大家觉得，我的这些困惑，可能和教室里的什么条件有关系呢？”

预设1：“太热了”、“空气不流通”、“吃完饭困”；

预设2：“太阳太亮了”、“灯没开”；

预设3：“声音太大了”、“噪音”。

（板书：热 暗 吵）

二、查阅标准，量化指标

师：“各位侦探，你们太厉害了！通过你们的侦察，我们精准地找到了影响教室环境的三个‘嫌疑人’——温度、光线和噪音。（板书：温度、光线、声音）但是，光知道是谁还不够。比如，我们说‘太热了’，到底多少度算‘太热’？我们说‘太吵了’，多少分贝算‘太吵’？”现在请同学们利用平板，查询科学的国家标准，并记录在学习单上。

中小学教室舒适温度：

教室照明标准：

教室噪声标准：

预设：小组活动，查找关键数据。

师：总结找到的关键数据，（板书：26℃、300勒克斯、55分贝）现在我们人手一份《国家环境标准手册》，我们不再是凭感觉了，我们是有了科学依据的专业人士了！但是，光是知道标准还不够，我们能不能像一个真正的工程师一样，  制造一个东西来自动解决这些问题，让我们的教室永远保持舒适呢？

（板书：
给教室装上“智慧大脑”
     ——基于传感器的教室环境智能调控系统  ）

师：这就是我们今天最酷的使命！我们要为教室设计并安装一个能自动感知、自动思考、自动执行的“智慧大脑”而这个大脑的核心，就是传感器和我们将要编写的智能程序。

三、设计实验，明确方案

师：那么接下来，就是真正行动的时刻！我们将成立“智能环境改造专家”小组，请各小组用30秒时间讨论，根据你们的兴趣来选择，组长来领取小组名牌及任务卡。（温度组、光线组、声音组）

生：领取名牌、任务卡

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

师： 在开始讨论前，请大家跟我一起明确两个最重要的概念：第一，是 “武器”。这指的是你们完成任务所需要的硬件设备。比如，输入用到的感知环境的传感器(板书：输入  传感器），和执行命令的输出设备（如风扇、灯、警报器）（板书：输出 风扇、灯、报警器）第二，是“设计法则”。这是你们产品的大脑和灵魂，也就是它的工作逻辑，我们必须用最精准的计算机语言“如果…那么…”句式来定义它（板书：如果…那么…）。

师：好，现在请各小组讨论为你们设计的产品起个创意名称并决定需要用到哪几样武器，共同编写出你们产品的设计法则。

生：小组讨论，填写任务卡

师：组织小组分享交流

四、搭建系统，调试优化

师：非常好！现在我们将从“概念设计”阶段迈向“实战操作”阶段。我们将通过编程，为我们设计的智能系统注入灵魂，让硬件真正“活”起来！”

1、识别与连接硬件

师：特意为你们准备了两种过程与控制实验板，Xding 实验板——它已经集成了温湿度传感器、光线传感器，MIND +实验板提供了声音模块，请各小组硬件工程师出马，请各小组的硬件工程师出马！请根据你们的设计方案，来选取过程与控制实验板。

生：选取过程与控制实验板。

师：请将连接线的typec接口连接实验板，USB接口连接计算机。打开软件，添加扩展模块。

生：连接硬件，添加扩展模块。

2、扫码获取代码框架

师：硬件连接完毕！现在，请各组的软件工程师拿起平板。你们的任务是扫描对应的二维码，获取本项目的“核心代码框架”。

生：扫码获取程序框架

3、编写与修改程序

师：这个框架已经帮你们写好了最重要的逻辑结构。你们的任务是读懂它，并补充关键条件，根据你们刚才设定的标准值（如26℃, 300勒克斯, 55分贝）进行修改和调试。

生：参考程序框架，编写程序。

师：巡视指导

4、功能测试与优化

师：程序上传成功！现在是最有成就感的时刻——功能测试！请开始你们的

实验。

温控组：用手握住温度传感器，给它加加温，看风扇能否自动启动！

光控组：用手遮住光线传感器，制造“黑夜”，看小灯会不会如期点亮！

声控组：给声音传感器一些掌声或呐喊，看警报会不会触发！

五、展示交流，评价拓展

师：经过努力，三个都完成了自己的智能产品。现在，小组同学可以离开座位，去体验其他小组的产品，亲手操作对方的智能系统。

生：体验交流

师：每个小组都很用心，从分析问题到做方案、落地系统，都挺专业的，课堂即将接近尾声，但我们的探索不会停止。请大家思考：我们的系统还能如何优化？这项技术还能应用在生活中的哪些地方？

六、板书