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普通高中通用技术课程标准(2017年版)
更新日期:2018-4-23    作者:中华人民共和国教育部    编辑:admin    点击量:7730

3.智能家居应用设计

智能家居融合了物联网、人工智能、大数据处理、建筑材料、自动控制等先进技术,意在创设一种智慧感知、协调控制、智能互联、方便快捷的家庭居住环境。本模块旨在为学生感受先进技术在家庭生活中的运用提供一个集通信、计算、控制于一体的应用性学习窗口。

本模块由“智能家居架构与功能”“智能家居与物联通信”“智能家居简易产品设计”“智能家居系统设计与实现”四个单元组成。内容结构如图:

智能家居应用设计

智能家居架构与功能  智能家居与物联通信  智能家居简易产品设计  智能家居系统设计与实现

【内容要求】

1)通过智能家居的体验活动等理解智能家居的含义,说明智能家居的系统特性及技术标准,感悟智能科技应用对家庭生活方式的影响,形成亲近、运用智能科技的积极情感。

2)通过搭接、拆卸等实践活动,说明物联网的技术构成、结构特征及其技术标准,形成对嵌入式系统、无线通信组网原理和各种传感器的感性认识,熟悉并了解基于物联网开发系统的单片机及各种温度、湿度、光照、红外、烟雾等传感器。了解传感器的标准接口、物联网通信标准在智能家居领域的应用。

3)理解智能家居与物联网技术的关联性;采用物联网组网技术,根据给定的应用场景,进行需求分析,画出系统控制的框架图,进行简易物联网系统的设计。对传感器进行选型和布局,初步掌握创意设计和布局的可视化方法,并运用工程思维进行合理性解释和分析。

4)通过开源的设计平台构建智能家居产品原型,结合软硬件的接口标准和通信协议,理解组网、通信和传感器等的原理和功能。

5)应用工具进行程序设计和智能产品的硬件配置,设计产品原型,并对系统的安全性、功耗进行分析。阐明智能家居的安全标准和安全性方案设计,从而设计安全可靠、低功耗的智能家居产品。

6)从实际情境出发,确定智能家居系统的需求,确定系统实现需要,对一些标准的传感器,如温度、湿度、光照、红外、烟雾等,进行简单组装和体验。

7)对智能家居系统设计方案进行技术试验,从系统构成的灵活度、操作管理的便捷性、场景控制功能的丰富性、信息资源的共享性以及安装调试方便性出发对方案进行优化;通过比较和权衡,在多个方案中选定最佳方案,或集中各种方案的优点来改进原有方案。

8)以模拟住宅为平台,以家居电器及家电设备为主要控制对象,利用网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等搭接环保节能的智能家居系统,并进行操作和远程控制。

【教学提示】

教学策略提示

可播放相关视频短片或分析智能家居模型,带领学生走进智能家居世界,激发学生学习兴趣,使学生了解智能家居的发展历程;可根据实际情况带领学生参观智能家居展厅或体验一些智能家居产品,让学生体验智能家居和物联网技术的应用,感悟这些技术对人们美好生活的影响;可通过查阅资料,了解“古代厨房到现代智能厨房的发展历程”“家庭中智能电器的发展历程”等技术案例;可让学生开展前期调研,充分了解智能家居系统的个性化需求,从智能照明系统、环境控制系统、安防控制系统以及中央吸尘系统等入手,进行需求分析与功能界定;可针对智能家居的技术特点,以空调、电视机等设备的开关、播放、暂停等红外控制指令为例,演示并讲解感应器把控制信号转化成对应红外指令的现象和原理。

项目任务提示

可从学校、学生家庭实际出发选择“智能楼宇管理系统模型设计与运行”“城市家庭旧房改造中的智能家居设计”“新农村建设中的农村住宅的智能家居设计”“养老院的智能家居设计”等项目;可以“××智能家居系统的优化”为例,在向用户提供“一站式系统解决方案”,即将可视对讲、安全防范、信息家电控制、空调控制、地板采暖控制、灯光控制、窗帘控制、场景联动等多种功能一体化整合等方面进行优化和个性化的项目设计。

教学装备提示

1)本模块的学习应在专用教室进行,通过展示智能家居产品的发展历程、张贴相关产品的历史图片等方式营造技术学习氛围。

2)专用教室应配备实训操作平台、智能家居教学模型、智能手机客户端开发系统、物联网各功能模块以及相关图书、图片等资料。

3)有条件的学校可以与智能家居设备相关企业合作,让学生有机会实地体验、参观,或在校外合作企业开展教学活动。

【学业要求】

通过本模块的学习,学生能阐述智能家居的定义、功能及其标准;能列举出生活中常见的智能家居产品,对现代智能家居产品与传统家居进行对比,分析其优缺点;能阐述物联网技术的基本特征、功能及其技术标准,分析物联网技术在智能家居方面的应用;能依据具体的生活问题情境,确定智能家居系统的需求,经历完整的智能家居系统设计过程,提出完整的设计方案;能依据设计方案选择匹配的硬件产品;能通过智能家居系统实现与优化的实训项目,完成系统硬件设备的安装、布线与调试,完成智能家居设备的无线组网。对方案的可行性、技术路线、关键技术以及技术难点进行分析,并提出解决方案。

 

4.工程设计基础

工程设计与实施是当今人类生活和生产实践的重要组成部分。本模块旨在帮助学生理解工程对现代社会发展的重要价值,能够简要分析具体的工程设计要素,经历工程设计的一般过程,通过简易工程的设计实践形成系统与工程思维。

本模块由“工程设计概述”“工程设计一般过程”“工程设计建模”“工程决策与管理”四个单元组成。内容结构如图:

工程设计基础

工程设计概述  工程设计一般过程  工程设计建模  工程决策与管理

【内容要求】

1)通过典型工程案例分析,说明工程发展的简要历史和工程分类,结合生活和生产情况,理解工程的特性、重要价值和丰富的文化内涵。

2)结合某一具体的工程实践案例,分析工程师工作的特点和职业要求,体验工程团队的重要性,说明工程团队建设的要求。

3)通过典型工程设计的案例分析,理解工程设计的一般过程,简要分析工程设计的性能需求、生命周期、质量控制、环境关系、制造能力、维护、工效学、法律法规与社会问题等要素;初步运用标杆分析法和逆向工程法获得设计对象的工程特性,如设计参数、设计变量以及制约条件等。运用质量功能配置工具将用户需求转换为关键的工程特性。

4)理解工程设计过程中需要考虑的安全性、可靠性、经济性等性能评价指标。初步掌握面向X的设计(DFX)方法,如面向制造的设计(DFM)、面向装配的设计(DFA)、面向环境的设计(DFE);学会编制简易的工程设计任务书。

5)理解工程设计建模的重要性,知道工程设计模型的类型;识读和绘制简单的工程图样。运用实物或计算机进行简易工程的局部建模和仿真。

6)结合案例说明工程设计过程中评价和决策的重要性,了解决策模型的基本要素和类型,并初步学会运用决策矩阵、层次分析法、决策树等进行评价和决策。

7)结合工程实践,阐述工程管理中的时间管理、质量管理和成本评估等内容,理解全面质量管理理念,了解质量控制和改进的方法。在工程设计过程中体验并初步学会用甘特图、关键路径法、成本估算法等,进行简单的工程项目规划、管理和评估。

【教学提示】

教学策略提示

可通过“伟大工程巡礼”“超级工程”等系列影片让学生体验工程的魅力并增加感性认识,提高对技术与工程文化的理解;注意融入爱国主义教育和革命传统教育,选择一些中国共产党员科学家或技术人员的故事为事例,如“两弹一星”元勋、量子通信及航空航天优秀人物等;可请学生自己选择某项工程进行专题研究,如天宫、蛟龙、天眼、悟空、墨子、大飞机等,分析该工程的产生和影响,激发对工程领域的兴趣,增强工程意识;可请学生分组采访身边的工程师,并归纳工程师的工作特点和工作要求;可请学生进行角色扮演,模拟工程设计过程,体验团队合作的重要性和必要性;可因地制宜地组织学生参观工程项目现场,分组进行工程要素的探究;可让学生经历不同水平的工程项目的设计分析,如房子装修工程、校园改造工程或垃圾处理工程等;可根据情况选用一种软件,让学生体验并探究工程设计建模过程;可结合典型的计算机、数学建模和实物模型项目,让学生理解工程建模的作用以及不同建模方式的特点;可以桥梁、房屋等生活中常见的工程项目为例,剖析工程估算内容,以工程上有一定复杂程度、学生能够理解的城市公交系统、发电厂等项目为例,引导学生分析工程估算和决策过程;可让学生进行角色扮演,体验工程决策中工程师、政府、施工方、民众等各方的关系和立场,以发展学生的系统与工程思维。

项目任务提示

工程设计项目的选择应贴近学生真实生活,容易实现,如“家庭安防工程”“技术课专用教室改造工程”“学校花卉管理工程”“城市交通工程”“农田水利灌溉工程”等,注重学生的实践体验,如实地体验、计算机建模过程等。选用的工程项目也要适合学生的设计水平,如垃圾处理中心、临时庇护所,可设置具体情境,让学生循序渐进地进行工程设计分析、学习工程设计方法等。作为案例分析的工程设计项目,应具有一定的典型性和代表性,例如,“港珠澳大桥”“北京地铁网络”“海上巨型风机”“巴拿马运河”“超级工程——法拉利”“磁悬浮列车”等。

教学装备提示

1)本模块的教学可在常规教室或专用教室进行,可通过在专用教室张贴著名工程项目和工程师图片的方式营造技术学习氛围。

2)专用教室应配置核心技术方面的图片、图书、视频等教学资源;配置计算机及易学易用的工程设计软件;配置教师演示用的工程设计典型案例、教具、模型;配置学生制作工程模型或其他产品所用的工具、设备、材料、半成品和套件。

3)有条件的学校也可以配置不同领域或主题的工程探究室。

【学业要求】

通过本模块的学习,学生能理解工程对人类发展的重要价值和丰富的文化内涵;认识工程师的工作特点和工程伦理等职业要求,树立责任和工程意识;能初步分析具体工程设计项目中所涉及的要素,经历工程设计的一般过程和基础实践,在实践中形成系统与工程思维;初步学会利用计算机建模和仿真,提高图样和技术表达能力;能举例说出工程项目中所涉及的材料,初步选择合适的材料,提高物化实现能力;能认识到工程决策和管理的重要性,在工程设计过程中运用趋势分析、风险评估、甘特图、关键路径法等进行工程项目决策、规划和管理。

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