資源簡介

(共46張PPT)
主題二 任務一
智慧校園新手段
（桂科2025版）八年級
下
1
核心素養目標
3
活動目標
5
練習提升
7
拓展延伸
2
新知導入
4
新知講解
6
開拓視野
活動日志
8
01
核心素養目標
信息意識
計算思維
數字化學習與創新
信息社會責任
在設置余額預警值時平衡便捷與安全，分析數據傳輸出錯對用戶的影響，增強信息安全意識。
利用主控板、RFID設備與mPython搭建物聯系統，調試程序實現扣費預警功能。
分解消費系統流程（刷卡→驗證→扣費），用流程圖設計余額判斷算法，修復“負數余額”漏洞。
通過智慧校園卡消費流程，識別個人數據（學號、余額）的存儲與傳輸風險，理解數據校驗對隱私保護的意義。
02
新知導入
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
新學期伊始，壯壯轉人新的學校，智慧校園讓他大開眼界。物聯網技術實現了校園內的信息共享和智能管理，無論是圖書借閱、上課簽到，還是用餐消費，都可以通過校園一卡通輕松完成。
02
新知導入
為什么刷卡時讀卡器要發出射頻信號？
射頻信號用于激活校園卡內的電子標簽，使其傳輸存儲的ID號等身份信息到讀卡器，完成身份識別和數據交互。
02
新知導入
思考
主控板連接計算機的Type-C線有什么作用？
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
Type-C線用于給主控板供電，并將編寫的程序代碼從計算機傳輸到主控板，實現硬件控制邏輯。
02
新知導入
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
校園卡充值需驗證卡號有效性（如是否存在）和充值金額合法性（如是否為數字且非負數），防止誤操作。
電子標簽內嵌的ID號與系統預存的學號、姓名綁定，刷卡時讀卡器通過射頻信號讀取ID完成匹配。
02
新知導入
馬上行動
物聯網技術在校園中有哪些應用實例？它們在實際生活中都發揮了哪些作用？上網查閱相關資料，將你的發現填入表 2-1-1中。
03
新知講解
校園物聯網應用實例 作用
智能門禁 通過面部識別、指紋識別等，實現進出校園的自動管理，提高校園的安全性
在刷卡設備中加裝溫濕度傳感器，實時監測教室環境。 保障學習環境舒適，高溫時自動預警提醒通風。
圖書內置RFID標簽，學生刷卡自助借還 減少人工管理成本，避免圖書丟失，借閱超期自動提醒。
表2-1-1
思考
智慧校園卡是智慧校園建設中的基礎組成部分，它集成身份識別、消費支付、信息管理等多種功能于一體。智慧校園卡實現消費支付功能需經歷哪些流程？其中可能需要獲取哪些數據？
03
新知講解
智慧校園卡消費支付的流程是：先綁定個人信息和銀行卡，給卡充值后，刷卡時系統自動扣錢并記錄消費信息。需要的數據包括學生的姓名、學號、卡里余額，以及消費時間、地點和金額，有時還需要密碼驗證。
探究
請以小組探究的方式，分析智慧校園卡消費系統的基本功能需求，完成以下任務。
1.需求分析及功能實現。在使用智慧校園卡消費的過程中，如何識別使用者身份、記錄消費數據和校園卡余額呢？請分析各個環節的功能需求及用到的實驗設備、平臺，并填寫在橫線上，完成圖 2-1-1。
03
新知講解
探究
03
新知講解
溫濕度
環境（溫、濕度）
RFID身份
物聯網服務
OLED屏
卡號
消費記錄
溫濕度
環境（溫、濕度）
探究
2.算法分析及流程圖完善。將圖2-1-2中空缺的部分補充完整，并從中選擇合適的模塊在右邊繪制出完整的流程圖。
03
新知講解
探究
03
新知講解
RFID身份
溫濕度
環境（溫、濕度）
OLED屏
相關數據
服務平臺
小貼士
RFID 系統的基本組成包括電子標簽和讀卡器。電子標簽是RFID 系統中的真正數據載體，通常嵌入在智慧校園卡中。電子標簽包含唯一的識別碼（如ID號），用于標識持卡人的身份。讀卡器是讀取或寫入標簽信息的設備，屬于接收端。當智慧校園卡靠近讀卡器時，讀卡器會發出射頻信號，激活校園卡中的電子標簽，并讀取或寫入標簽中的信息。
03
新知講解
做中學
模擬實現智慧校園卡消費系統功能。
03
新知講解
做中學
1.硬件清單：主控板 x1、電子標簽 x1、RFID 讀卡器 x1、4Pin 線 x1、Type-C數據線 x1、帶有熱點功能的計算機 x1。
03
新知講解
做中學
2.連接設備。用 4Pin 線將主控板和RFID 讀卡器連接起來(見圖 2-1-3)，并通過Type-C數據線接入計算機。
03
新知講解
小貼士
讀卡器的接口要與主控板對應的接口相匹配。如圖2-1-4所示，讀卡器對應的接口是“GND VCC SCL SDA”，所以應該連接主控板對應的“GND VCC SCL SDA”接口。
03
新知講解
做中學
3.程序編寫。
（1）將使用的主控板和計算機通過 Wi-Fi接入互聯網，完成網絡配置。
（2）進入物聯網服務平臺，添加項目，獲取主題名稱信息，如圖 2-1-5 所示。
03
新知講解
做中學
（3）進入設備管理界面，添加設備，輸入設備名稱，獲取client_id和User/Password信息如圖2-1-6所示。
03
新知講解
做中學
（4）打開 mPython 軟件，依次選擇“擴展”“添加”“網絡應用”“MOTT 物聯網”，添加網絡應用，如圖 2-1-7 所示。
03
新知講解
做中學
（5）在mPython軟件中，依次選擇“擴展”“添加”“傳感器”“RFID”，添加傳感器如圖2-1-8所示。
03
新知講解
做中學
（6）初始化 MQTT 參數，如圖 2-1-9 所示。
03
新知講解
做中學
（7）編寫獲取個人身份信息、消費記錄和余額的代碼，如圖2-1-10所示。
03
新知講解
做中學
（8）編寫將智慧校園卡序列號、消費記錄和余額顯示在OLED屏上的代碼，如圖2-1-11所示。
03
新知講解
做中學
（9）通過 指令將數據上傳至物聯網服務平臺，完整代碼如圖2-1-12所示。
03
新知講解
做中學
03
新知講解
做中學
4.程序測試。運行程序，查看結果，如圖2-1-13所示。
03
新知講解
思考
觀察智慧校園卡消費系統的最終輸出效果，你發現了什么？為什么會出現這樣的情況？
03
新知講解
我發現刷卡機顯示余額變成負數了！比如小明的卡號是“202305”，買了15元的文具，余額顯示“-5元”。這應該是因為刷卡時沒檢測卡里錢夠不夠，系統直接扣錢導致的。可能程序里漏了“如果余額不足就禁止消費”的判斷條件，或者充值記錄沒及時更新。
討論
在實際使用智慧校園卡的時候，有可能出現余額不足的情況。我們能否給智慧校園卡消費系統設置一個提示余額不足的功能？請小組討論預警值設置為多少合適，并完成以下填空。
03
新知講解
小組討論認為，預警值設為10元比較合理。比如食堂一頓飯大約10-15元，余額低于10元時提示，既能提醒充值，又不影響單次消費（如果金額剛好夠的話）。如果設太高（如50元），可能頻繁提醒；太低（如2元）可能來不及充值就欠費了。
討論
在實際使用智慧校園卡的時候，有可能出現余額不足的情況。我們能否給智慧校園卡消費系統設置一個提示余額不足的功能？請小組討論預警值設置為多少合適，并完成以下填空。
03
新知講解
當 <= 時，執行
當 > 時，執行
討論
在實際使用智慧校園卡的時候，有可能出現余額不足的情況。我們能否給智慧校園卡消費系統設置一個提示余額不足的功能？請小組討論預警值設置為多少合適，并完成以下填空。
03
新知講解
當 卡內余額 <= 10元 時，執行提示“余額不足，請及時充值”
當 卡內余額 > 10元 時，執行 正常扣除消費金額
思考
在模擬實現智慧校園卡消費系統功能的編程過程中，如果初始化 MQTT 參數和發送至平臺服務器的數據沒有和前期從設備中獲取到的參數信息對應上，會出現什么樣的結果？
03
新知講解
如果編程時MQTT參數和數據沒對上，刷卡信息可能“送錯地方”或“傳錯內容”。比如：
服務器收不到正確的卡號，導致無法記錄是誰刷的卡。
消費金額傳成亂碼，余額可能扣錯錢（比如該扣10元，結果扣了100元）。
系統會提示“發送失敗”或顯示一堆錯誤代碼，就像發消息發錯人一樣，整個功能都用不了啦！
簡單總結： 參數不對應會讓數據“迷路”或“變樣”，系統就沒法正常工作啦！
任務拓展
智慧校園卡除了擁有消費功能，還必須具備充值功能，請在本節課的基礎上為系統新增充值功能。
03
新知講解
設計思路：
充值方式：手機掃碼充值（如家長用微信轉賬）+ 校內充值機投幣
核心步驟：
輸入卡號 → 輸入金額 → 驗證是否為有效數字（如不能是負數）
更新卡內余額 → 發送“充值成功”提示到手機和校園卡系統
舉個栗子：小明用充值機塞入50元現金，系統自動給卡里加50元，刷卡時就能用了！
04
拓展延伸
硬件功能擴展
環境監測集成：
為校園卡/讀卡器添加溫濕度傳感器，刷卡時同步顯示環境數據（如教室溫度過高提醒）。
生物識別升級：
在現有RFID基礎上增加指紋識別模塊，實現“刷卡+指紋”雙重驗證（防冒用）。
04
拓展延伸
硬件功能擴展
NFC手機聯動：
加入NFC模塊，允許用手機模擬校園卡功能（如安卓手機觸碰刷卡）。
低功耗報警模塊：
為電子標簽添加微型蜂鳴器或LED燈，余額不足時自動閃爍/響鈴提醒。
04
拓展延伸
硬件功能擴展
顯示屏擴展：
在刷卡機加裝OLED屏，實時顯示消費詳情、余額及充值二維碼。
運動健康監測：
在校園卡內嵌入計步傳感器，記錄學生運動數據（如體育課刷卡統計步數）。
07
活動日志
活動日志 班級：XX 姓名：XX
活動名稱 智慧校園新手段
活動環節 1了解校園卡基本功能 口 2熟悉校園卡基本流程 口
（在對應環節畫V）
活動完成內容 完成校園卡消費系統的流程圖設計
活動完成度 口口口口口口口口口(100%)
活動小結 問題與反思：語法錯誤、編輯錯誤。
改進的方法：加強對校園卡系統的理解。
08
板書設計
智慧校園新手段
1.進行新知引入
2.了解工作流程
3.設計基本流程
4.完成課堂練習
5.進行知識拓展
09
課后作業
01
根據本課內容，設計一個校園網充值系統。
09
課后作業
02
學完本節課，和同學們討論如何增加充值功能。
09
課后作業
1、智慧校園卡消費時顯示余額為負數，最可能的原因是？（ ）
A. 讀卡器射頻信號太弱 B. 電子標簽ID號重復 C. 程序未檢查余額是否充足 D. Type-C數據線未連接
2、使用4Pin線連接主控板與讀卡器時，必須確保接口匹配的是？（ ）
A. GND、VCC、RX、TX B. GND、VCC、SCL、SDA C. VCC、GND、DATA、CLK D. 3.3V、5V、SCL、SDA
3、預警值設為10元的主要原因是？（ ）
A. 系統最大充值限額為10元 B. 讀卡器只能處理10元以下交易 C. 家長微信轉賬最小金額為10元 D. 滿足單次消費需求并提前預警
4、電子標簽中存儲的關鍵數據是？（ ）
A. 唯一ID號和持卡人姓名 B. 學生家庭住址和電話號碼 C. 校園卡制作日期和有效期 D. 食堂菜單和消費記錄
B
C
D
A
09
課后作業
6、請簡述為智慧校園卡新增充值功能時需要設計的核心步驟。
7、讀卡器的GND接口可以隨意連接到主控板的任意接口。（ ）
8、預警值設為50元會比10元更實用，因為能更早提醒充值。（ ）
9、電子標簽的ID號重復會導致系統誤判身份信息。（ ）
輸入卡號：通過掃碼或手動輸入確認待充值的校園卡ID；
驗證金額合法性：檢查充值金額是否為有效數字且非負數；
更新余額：在系統中將充值金額累加到對應卡號的賬戶余額；
反饋結果：向用戶發送“充值成功”提示，并同步更新物聯網平臺數據。
例如，小明在充值機投入50元現金后，系統自動完成上述流程，確保刷卡時余額正確顯示。
錯
對
錯
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