2026年秋河大版（新教材）初中信息技术八年级全一册《自动通风系统的设计》教案

年秋河大版（新教材）初中信息技术八年级全一册《自动通风系统的设计》教案一、学情分析八年级学生已经完成第四单元LED物联网灯光系统完整项目学习，熟练掌握物联网三层架构、云平台数据传输、系统需求分析、硬件选型等标准化设计流程，具备独立拆解小型物联网系统、绘制数据流框图、填写系统需求表格的基础能力，能够区分传感器与执行器的功能差异，具备基础图形化编程、硬件接线实操经验。

学生认知难点集中在三方面：第一，对闭环控制系统概念陌生，无法理解“采集数据—阈值判断—自动执行”循环逻辑，容易混淆开环、闭环系统；第二，二氧化碳传感器属于环境监测类模拟传感器，模数转换、浓度阈值判定逻辑抽象，学生难以结合教室真实场景设定合理通风阈值；第三，智慧教室系统场景复杂度高于居家灯光系统，多设备联动设计时容易出现模块划分混乱，缺少校园场景适配设计思维。

学生具备校园生活真实体验，对教室二氧化碳浓度过高导致犯困、教室通风不便等问题有切身感受，小组合作探究意愿强，课堂可依托教室实景案例、分层表格、对比图表降低抽象概念理解难度，衔接第四单元工程设计方法，实现知识迁移。二、教材分析本课为第五单元第一课，承接第四单元简易物联网系统设计基础，是智慧教室综合物联网项目的方案设计前置课，教材完整呈现校园场景物联网系统标准化设计全流程：真实场景需求挖掘→功能需求细化→物联网三层架构分层设计→系统信息流动梳理→开环/闭环控制系统区分→硬件选型初步规划，配套教材表5-1《自动通风系统功能需求表》、图5-2《教室自动通风系统整体框图》、开环闭环系统对比示意图三大核心学习素材。

教材以“教室人员密集、二氧化碳浓度超标，学生注意力下降、犯困”校园真实痛点为导入原文，区别于第四单元居家智能家居场景，聚焦智慧校园建设主题，重点讲解闭环控制系统核心逻辑，明确二氧化碳传感器（感知采集）、WiFi控制器（传输处理）、新风风机（执行输出）三大核心硬件功能划分，标注教室通风安全阈值标准，引导学生结合校园环境约束完成方案设计。

本课仅聚焦方案设计理论与建模，不涉及硬件实操编程，为下一课时《自动通风系统开发与实现》搭建完整设计框架，落实新课标“运用物联网技术解决校园真实问题”学业要求，渗透绿色健康、智慧校园、低碳节能的价值理念，强化学生系统工程设计思维。三、核心素养目标信息意识结合教室缺氧犯困真实校园场景，自主挖掘自动通风系统核心功能需求，识别二氧化碳传感器、新风风机等物联网设备环境监测价值；对比人工开窗通风、物联网自动通风两种方案，感知物联网技术优化校园学习环境的应用价值；识别教室环境数据采集、云端存储过程中的信息安全风险，明白校园智能设备规范运维的重要性。计算思维1.运用分解、抽象、建模思想，将教室自动通风系统拆解为感知、网络、应用三层模块，梳理完整闭环数据流；2.区分开环控制系统、闭环控制系统运行逻辑，结合教室场景分析两种系统适用场景；3.依据二氧化碳浓度阈值建立判定逻辑模型，完成系统故障预判与方案优化思考。数字化学习与创新1.依托教材表格、系统框图完成小组协作探究，规范梳理智能系统功能需求与分层结构；2.迁移第四单元LED灯光系统设计方法，自主完成智慧教室通风系统完整方案建模；3.在基础通风功能之上，创新拓展温湿度联动、教室人数识别等附加功能，完善智慧教室综合设计思路。信息社会责任理解自动通风系统改善教室空气质量、节约电能的绿色低碳价值，树立健康校园环境意识；掌握物联网系统分层模块化设计规范，理解标准化设计便于后期设备维护、功能拓展的工程优势；认识校园智能设备数据采集边界，树立合理采集环境数据、保护校园信息安全的责任意识。四、教学重难点教学重点1.精读教材内容，完成教室自动通风系统需求分析，规范填写教材配套功能需求表；2.按照物联网三层架构分层细化系统功能，梳理完整数据采集、传输、控制闭环流程；3.结合教材示意图区分开环、闭环控制系统，掌握智慧教室物联网系统标准化设计步骤。教学难点深度理解闭环控制系统“采集—判断—执行—反馈”循环逻辑，结合二氧化碳浓度阈值建立控制模型；结合教室人员数量、空间大小等真实约束条件，合理设计系统阈值与硬件匹配方案；迁移居家物联网系统设计经验，适配校园场景完成复杂多设备联动方案创新设计。五、教学过程（一）情境导入，衔接旧知，引出课题1.教师活动：线下实景结合教室环境，向学生提问日常课堂体验，同步朗读教材第109页导入原文：“教室中人员密集，长时间封闭门窗会导致二氧化碳浓度持续升高，学生容易出现困倦、注意力不集中的情况，人工开窗通风受天气、课间时间限制，难以实时维持教室空气新鲜度，如何借助物联网技术设计一套教室自动通风系统？”开展递进式师：上一单元我们设计了基于云平台的LED远程灯光系统，谁能回忆物联网系统标准设计流程分为哪四步？生：需求分析、系统分层设计、硬件开发实现、系统测试优化。师：居家灯光系统针对家庭场景，今天我们切换到校园场景，教室通风和居家灯光控制相比，场景约束有哪些不同？生：教室人员数量多、空间更大，需要监测空气环境数据，根据环境数值自动启停设备，不是单纯手动远程开关。师：本节课我们完成智慧教室自动通风系统的前期方案设计，对应教材课题《自动通风系统的设计》，为下一节课硬件搭建、编程实现做好完整规划。2.学生活动：结合自身上课犯困、教室通风不便的真实经历，小组交流自动通风系统需要实现哪些基础功能。3.设计意图：衔接第四单元旧知形成知识迁移，依托教室实景+教材原文双重情境导入，通过问答对比居家、校园场景差异，明确本课侧重“方案建模设计”而非实操搭建，清晰划分课时学习边界。（二）新知讲授一：教材原文解读——系统需求分析与功能梳理1.教师活动：带领学生精读教材109-110页需求分析板块完整文字，投影教材表5-1《自动通风系统功能需求表》，逐项拆解表格内容，讲解教材标注的基础需求、拓展需求、安全需求三类划分标准。表5-1教室自动通风系统功能需求表（教材复刻）需求类型具体功能描述设计目标基础监测需求实时采集教室内二氧化碳浓度数值，云端存储历史数据掌握教室空气质量实时状态自动控制需求浓度超过安全阈值自动开启新风设备；浓度低于标准自动关闭新风无需人工操作，维持空气达标状态反馈需求教师终端查看新风设备运行状态、实时CO₂浓度曲线直观掌握教室环境数据安全冗余需求传感器故障时系统推送提醒，避免通风系统失控提升校园设备运行稳定性师：教材中标注教室二氧化碳安全阈值为1000ppm，谁能结合表格说明设置阈值自动启停的优势？生：不用人工定时开关，根据教室真实空气质量动态调节通风，节约电能，保障学习环境。师：表格设置“安全冗余需求”，教材提到备用传感器设计，这个功能在校园场景下有什么必要性？生：教室全天持续使用，传感器损坏会导致通风系统失效，备用设备可以保障系统不间断运行。2.学生活动：独立完善教材空白需求表格，小组讨论新增1项适配教室场景的拓展需求（温湿度联动通风），补充填写至表格拓展栏。3.设计意图：完整依托教材原文、配套表格开展理论教学，问答结合校园场景解读需求设计底层逻辑，用标准化表格规范学生系统分析思路，落实计算思维“分解”核心方法。（三）新知讲授二：教材原文解读——物联网三层架构分层设计1.教师活动：讲解教材110页三层架构设计原文，出示教材图5-2《自动通风系统整体框图》，分层标注每层硬件、软件、核心功能，对比第四单元LED灯光系统架构，梳理校园场景设备差异。感知层（数据采集层）：教材硬件标注二氧化碳传感器；功能：持续采集教室CO₂浓度模拟环境数据，转化为数字信号传输；网络层：教材硬件标注WiFi微控制器；功能：接收传感器采集数据，上传至物联网云平台，接收云端下发的新风启停控制指令；应用层：分为云端服务、教师管理终端；云端存储浓度数据、内置阈值判定逻辑、下发控制指令；教师终端用于查看数据、手动干预通风设备。师：对比第四单元LED灯光系统感知层，通风系统感知层硬件发生了什么变化？二者功能有什么区别？生：灯光系统感知层无采集设备，LED是执行器；通风系统感知层为二氧化碳传感器，专门采集环境数据。师：网络层WiFi控制器在两套系统中功能是否一致？请说明。生：基础传输功能一致，通风系统额外需要处理模拟传感器模数转换数据，数据处理逻辑更复杂。2.学生活动：在教材系统框图空白区域标注三层硬件名称、对应功能，独立绘制通风系统完整数据流：CO₂传感器→WiFi控制器→云平台阈值判断→新风风机。3.设计意图：采用新旧知识对比问答，帮助学生迁移已学架构知识，可视化数据流框图降低传输逻辑抽象度，搭建校园物联网系统建模思维支架。（四）新知讲授三：教材原文解读——开环、闭环控制系统区分1.教师活动：精读教材111页控制系统分类原文，出示教材配套对比示意图，制作简易对比表格，讲解两类系统核心运行逻辑，结合灯光系统、通风系统案例辅助理解。开环、闭环控制系统对比表系统类型运行逻辑是否具备数据反馈对应本课/旧课案例开环控制系统下发指令后设备直接执行，无环境数据采集、无自动调整无反馈远程LED灯光开关控制闭环控制系统采集环境数据→云端阈值判断→自动下发指令→设备执行，持续循环监测调整完整反馈循环教室自动通风系统师：教材定义闭环系统包含持续反馈循环，通风系统为什么必须采用闭环控制，不能使用开环控制？生：通风需要根据实时二氧化碳浓度动态调整，开环只能手动开关，无法自动根据空气质量调节。师：如果我们给通风系统增加手动远程开关功能，此时系统同时包含开环、闭环两种控制逻辑，是否合理？生：合理，自动闭环为主，手动开环作为应急干预补充，适配教室教学特殊场景。2.学生活动：在教材示意图旁标注开环、闭环系统核心区别，小组互相举例生活中两类控制系统实例。3.设计意图：用对比表格简化抽象概念，结合新旧课案例问答辨析难点，清晰区分两类控制系统适用场景，突破本课核心难点闭环控制逻辑。（五）新知讲授四：教材原文解读——硬件选型初步规划1.教师活动：讲解教材112页硬件选型规划原文，结合教室场景约束，梳理三类核心硬件选型标准：二氧化碳传感器精度适配教室环境、WiFi控制器支持模拟信号采集、新风风机适配教室空间尺寸。强调教材设计原则：硬件选型匹配系统功能需求，不盲目选用高规格设备，兼顾成本与实用性。师：教材提示教室选用民用级二氧化碳传感器即可，不选用工业高精度传感器，设计层面是什么考量？生：教室环境监测精度要求低，工业传感器成本高，超出校园场景实际需求，遵循适配性设计原则。2.学生活动：小组结合教室空间大小、班级人数，填写简易硬件选型规划草稿，标注选择理由。3.设计意图：依托教材硬件选型标准，引导学生建立“需求匹配硬件”的工程设计思维，避免学生盲目追求高端硬件，树立务实的系统设计观念。（六）小组综合探究：完善完整自动通风系统设计方案1.教师活动：布置教材综合探究任务，小组合作整合本节课所有知识点，完成四项设计成果：完善功能需求表、绘制三层架构框图、标注闭环数据流、梳理硬件选型清单。教师巡回指导，针对小组模块划分混乱、阈值设置不合理等问题开展一对一问答引导。师生互动巡回答疑示例：师：你们小组设定CO₂通风阈值为800ppm，结合教材1000ppm安全标准，调低阈值会带来什么影响？生：新风设备启动更频繁，空气质量更好，但会增加电能消耗，需要平衡健康与节能。2.学生活动：4人小组分工协作完成全套设计方案，推选代表上台展示框图与表格，讲解本组系统设计思路。3.设计意图：整合本课全部理论知识点，以小组项目式探究落实数字化学习与创新素养，通过成果展示锻炼学生逻辑表达能力，完整内化物联网系统标准化设计流程。（七）课堂分层练习1.基础任务：完成教材配套功能需求表、三层架构示意图，区分开环、闭环控制系统；2.提升任务：独立梳理教室自动通风闭环数据流，标注每一段数据传输内容；3.拓展任务：在基础通风系统之上，新增温湿度联动功能，绘制拓展后系统简易框图。六、课堂结语本节课我们依托教材完整学习了智慧教室场景下自动通风系统的标准化设计流程，从挖掘教室真实通风需求入手，分层拆解物联网三层系统架构，重点理解了闭环控制系统“采集—判断—执行”的循环运行逻辑，区分了开环、闭环两类控制系统的适用场景，完成了硬件选型前期规划。我们成功迁移第四单元居家物联