# 智能教室环境监测系统——项目启动与通信连接建立 教学设计

| **课题** | **智能教室环境监测系统——项目启动与通信连接建立** |
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| **课时** | 1课时(45分钟) |
| **教学目标** | **知识目标**:了解串口通信的基本概念(波特率、端口号),理解上位机与下位机的协作关系,知道WinForms在物联网项目中的作用。<br>**技能目标**:能够使用Visual Studio创建WinForms项目,正确配置SerialPort控件参数,编写代码实现串口的打开与关闭,为项目建立稳定的通信基础。<br>**素养目标**:培养项目规划意识和严谨的参数配置习惯,体验物联网项目开发的完整流程。 |
| **教学重难点** | **重点**:WinForms项目创建、SerialPort控件的属性配置与基本操作。<br>**难点**:理解串口通信参数(波特率、数据位、停止位)的含义及其与硬件的匹配关系。 |
| **教学资源准备** | 多媒体课件、项目演示视频;Visual Studio 2019/2022;已烧录测试程序的Arduino Uno开发板及USB线;硬件连接示意图。 |

## 教学过程

| 教学环节 | 教学内容 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
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| 1.**项目情境导入**<br>(5分钟) | 展示智慧校园场景,提出"智能教室环境监测系统"项目总目标,分析项目需要解决的核心问题。 | **情境创设**<br>播放智慧教室视频,展示已完成的项目成果界面,提问:"要实现这样的监控系统,我们第一步要解决什么技术问题?"<br>**任务发布**<br>明确本课时任务:建立电脑与Arduino之间的通信连接。 | **观察思考**<br>观看视频,了解项目全貌与实际应用价值;<br>**讨论交流**<br>小组讨论项目启动的首要技术问题,认识到"通信连接"是基础。 | 通过真实项目场景激发学生兴趣,明确本课时在整个项目中的关键地位,建立项目全局观。 |
| 2.**新知探究**<br>(15分钟) | 串口通信基本原理;WinForms项目结构;SerialPort类的核心属性与方法。 | **概念讲解**<br>讲解上位机/下位机概念、串口通信原理,重点说明波特率、端口号等参数的意义;<br>**操作演示**<br>演示创建WinForms项目、设计简洁界面(标签、按钮、文本框)、添加SerialPort控件到工具箱,配置其属性(PortName、BaudRate等)。 | **聆听记录**<br>听讲并记录关键参数(波特率9600、数据位8、停止位1),理解参数匹配的重要性;<br>**同步操作**<br>跟随教师演示,在自己电脑上创建项目"ClassroomMonitor",设计基础界面。 | 将抽象的通信概念具体化为项目必需的技术手段,通过可视化控件降低编程门槛,快速切入项目开发。 |
| 3.**项目实践**<br>(18分钟) | 编写串口打开/关闭功能代码,测试与Arduino的通信连接。 | **任务分解**<br>将实践任务分解为:①获取可用端口列表 ②编写"打开串口"按钮事件 ③编写"关闭串口"按钮事件 ④异常处理;<br>**巡回指导**<br>巡视学生操作,对共性问题进行集中讲解,个别指导硬件连接与参数配置。 | **编码实践**<br>根据任务清单,编写关键代码:`serialPort1.Open()`、`serialPort1.Close()`等,调试程序;<br>**硬件连接**<br>连接Arduino与电脑,在"设备管理器"中查看端口号,测试通信连接。 | 以明确的项目子任务驱动编程实践,在真实硬件环境中验证通信效果,增强项目开发的真实感和成就感。 |
| 4.**成果展示与总结**<br>(5分钟) | 检验通信连接效果,总结本课时完成的项目里程碑。 | **成果验收**<br>邀请2-3组学生演示成功打开/关闭串口的操作;<br>**要点总结**<br>总结串口通信的关键要素,强调"参数匹配"的重要性,预告下节课任务:接收并显示传感器数据。 | **展示分享**<br>展示自己的运行结果,分享遇到的问题与解决方法;<br>**反思提炼**<br>回顾本课时掌握的核心技能,明确下节课的项目目标。 | 通过成果展示肯定学生努力,建立项目阶段性成就感,同时为后续课时做好衔接与铺垫。 |
| 5.**安全与规范提醒**<br>(2分钟) | 强调硬件操作安全规范与代码规范。 | **安全强调**<br>提醒学生USB接口轻插轻拔、避免带电拔插,代码中必须进行异常处理防止程序崩溃。 | **聆听记录**<br>认真听讲,记录安全操作要点。 | 培养学生在项目开发中的安全意识与规范意识,为后续硬件操作奠定良好习惯。 |

## 教学成效与反思

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| **教学成效** | 结合"建立通信连接"这一项目启动阶段目标,85%以上学生能够成功创建WinForms项目、配置SerialPort控件并实现串口的打开与关闭,完成了项目的第一个里程碑。学生对项目整体框架有了清晰认知,课堂参与度高,硬件操作规范。少数学生在端口号识别上需要额外指导。 |
| **教学反思** | 本课时成功将串口通信这一关键技术置于"智能教室监测系统"的项目启动阶段,目标明确,学生角色代入感强。通过项目演示视频有效激发了学习动机。不足之处:部分学生对"波特率"等参数仍停留在机械记忆,后续应设计参数不匹配的对比实验,加深理解。另外,在异常处理代码讲解上略显仓促,今后应预留更多时间让学生理解try-catch的实际意义。整体而言,项目驱动的框架让知识学习更具指向性。 |