校園安防系統(tǒng)設計（川教版）八年級跨學科主題活動上1核心素養(yǎng)目標3新知講解5拓展延伸7板書設計2新知導入4課堂練習6課堂總結(jié)課后作業(yè)801核心素養(yǎng)目標信息意識計算思維數(shù)字化學習與創(chuàng)新信息社會責任能夠認識到校園安防系統(tǒng)的安全價值，理解其對校園安全、管理效率的提升，同時關(guān)注設備運維與數(shù)據(jù)規(guī)范的必要性。能夠借助表格、流程圖等形式設計安防功能，創(chuàng)新規(guī)劃硬件選擇與物聯(lián)網(wǎng)主題，實踐方案的設計與成果呈現(xiàn)。能夠理解校園安防系統(tǒng)的硬件聯(lián)動邏輯，分析傳感器、執(zhí)行器的協(xié)作流程，把握安防系統(tǒng)的預警運行原理。能夠讓學生了解校園安防系統(tǒng)的應用場景，感知其校園區(qū)域的設備實例，覆蓋校門、實驗室、樓道等不同區(qū)域的安防形式。02新知導入校園安防系統(tǒng)設計學習目標1.通過調(diào)研分析，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)感知、通信、控制技術(shù)，設計校園安防系統(tǒng)。2.通過設計校園安防系統(tǒng)，感受使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決問題的優(yōu)勢。02新知導入博士爺爺，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以運用在校園哪些場景中，以保障大家的安全呢?歡歡，校園的各類學習和生活場景都存在安全防護的需求。讓我們借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，來設計一個校園安防系統(tǒng)吧!02新知導入03新知講解一、項目需求分析校園安防系統(tǒng)涉及學校的各個方面，目的是保護學校、師生的生命財產(chǎn)安全。例如:校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)能幫助老師和工作人員隨時了解學校各個區(qū)域的異常情況;校園門禁系統(tǒng)能幫助老師和家長隨時掌握學生的出人校信息。03新知講解現(xiàn)狀調(diào)研請通過實地觀察、交流訪談、查閱資料等方式，分析校園安防系統(tǒng)應布局在哪些區(qū)域，分別具有哪些功能。圖4-1校園安防系統(tǒng)需求分析03新知講解現(xiàn)狀調(diào)研校園安防系統(tǒng)需求教室視頻監(jiān)控監(jiān)測課堂秩序、異常人員闖入宿舍煙霧傳感器檢測違規(guī)用電、火災隱患樓道人流量監(jiān)測裝置預防擁擠踩踏操場緊急求助裝置運動受傷等突發(fā)情況廁所公共區(qū)域視頻監(jiān)控僅覆蓋門口等公共區(qū)域，規(guī)避隱私侵犯其他(實驗室)特殊氣體傳感器檢測一氧化碳、甲醛等泄漏03新知講解根據(jù)調(diào)研情況，小組討論交流，目前的校園安防系統(tǒng)是否有待改進之處?校園安防系統(tǒng)是否覆蓋到了學校的各個區(qū)域?根據(jù)討論交流的內(nèi)容，整理形成校園安防系統(tǒng)的改進建議，并填寫下表。改進建議03新知講解改進建議待改進之處改進建議有時候?qū)W生遇到突發(fā)狀況，無法及時聯(lián)系老師在校園某些區(qū)域安裝緊急求助裝置樓道等區(qū)域上下通行時可能出現(xiàn)擁擠踩踏行為在樓道區(qū)域安裝人流量監(jiān)測裝置，當監(jiān)測到人流量過高時能及時預警化學實驗室可能出現(xiàn)特殊氣體泄漏實驗室增加特殊氣體監(jiān)測裝置，當監(jiān)測到特殊氣體泄漏時能及時預警宿舍/教室存在非授權(quán)人員闖入宿舍入口安裝人臉識別門禁食堂食材儲存環(huán)境缺乏監(jiān)測在食材儲藏間安裝溫濕度傳感器，數(shù)據(jù)異常時提醒后勤人員，避免食材變質(zhì)操場運動受傷后救援響應慢緊急求助裝置關(guān)聯(lián)校園地圖，精準定位求助位置03新知講解二、項目功能設計在功能設計階段，需要分析解決問題的可行路徑，并綜合考慮材料設備、實施難度等進行恰當選擇。例如，道人流量監(jiān)測系統(tǒng)有以下可行路徑:

①安裝監(jiān)測攝像頭，利用計算機視覺技術(shù)進行人流量監(jiān)控和分析。功能分析圖4-2監(jiān)測攝像頭03新知講解②在樓道人口或出口處安裝人員計數(shù)器，通過計算進出人員數(shù)量來監(jiān)測人流量。③通過計算樓道人口或出口的熱量變化，從而推算出人流量。功能分析圖4-3紅外感應計數(shù)器圖4-4紅外熱成像儀03新知講解路徑①借助人工智能技術(shù)可進行人流量的精確分析，還可以進一步分析人員行為;路徑②可統(tǒng)計簡單數(shù)據(jù)，如人員總數(shù)、峰值等，成本較低;路徑③推算人流量的準確性可能受到諸如溫度變化等環(huán)境因素的影響。請根據(jù)你們小組提出的校園安防系統(tǒng)的改進建議，選擇2項進行功能設計，交流討論，評估每項功能設計的可行性，并確定最終采用的功能實現(xiàn)方式，填入下圖中。功能分析03新知講解功能分析圖4-5校園安防系統(tǒng)功能設計樓道人流量監(jiān)測預警功能實驗室特殊氣體泄漏監(jiān)測預警功能計算機視覺+攝像頭紅外感應計數(shù)器紅外熱成像儀傳感器+本地聲光報警傳感器+物聯(lián)網(wǎng)云平臺傳感器+云平臺+通風聯(lián)動03新知講解評估項目或功能設計的可行性可以從以下幾個方面考慮:①技術(shù)可行性。評估項目所需的技術(shù)是否可行、可靠，綜合考慮技術(shù)效果、技術(shù)難度、設備要求、自身知識儲備等因系。②經(jīng)濟可行性。評估項目所需成本、預期收益等。③時間可行性。評估項目是否能在預期時間內(nèi)完成。④法律可行性。評估項目是否符合相關(guān)的法律法規(guī)、是否涉及知識產(chǎn)權(quán)侵權(quán)、是否侵犯他人隱私等。功能分析03新知講解在智能消防系統(tǒng)的設計搭建中，我們了解了一些基礎的傳感器、執(zhí)行器的使用方法。校園安防系統(tǒng)則涉及了校園生活的各個領域，需借助種類更加豐富的傳感器、執(zhí)行器來實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能，下面是一些可用傳感器示例。硬件選擇硬件作用圖像識別傳感器物體識別、人臉識別、顏色識別、標簽識別、巡線與物體追蹤等語音識別傳感器識別語音內(nèi)容并轉(zhuǎn)換為文字信息紅外線傳感器檢測物體發(fā)出的熱量特殊氣體傳感器檢測是否有特殊氣體(例如一氧化碳、氫氣、甲烷、甲醛等)磁力傳感器感知近距離磁力的變化03新知講解請小組分工合作、查閱資料，了解更多傳感器與執(zhí)行器的功能、適用場景與使用方法，填寫下表。硬件選擇傳感器或執(zhí)行器名稱功能適用場景與使用方法煙霧傳感器檢測環(huán)境中煙霧濃度，識別火災隱患適用于教室、宿舍、食堂；安裝在天花板中央（遠離通風口），濃度超標時自動觸發(fā)報警聲光報警器發(fā)出聲音+閃爍燈光的預警信號適用于樓道、實驗室、操場；安裝在顯眼墻面，與傳感器聯(lián)動，預警時自動啟動溫濕度傳感器監(jiān)測環(huán)境溫度、濕度數(shù)據(jù)適用于食堂食材儲藏間、實驗室；安裝在儲物區(qū)域，數(shù)據(jù)異常時提醒后勤人員調(diào)整環(huán)境03新知講解根據(jù)你們小組設計的校園安防系統(tǒng)功能，為每項功能選擇合適的傳感器與執(zhí)行器。硬件選擇圖4-6消防安防系統(tǒng)硬件選擇樓道人流量監(jiān)測預警實驗室特殊氣體泄漏監(jiān)測預警紅外感應計數(shù)器、圖像識別攝像頭聲光報警器、應急廣播模塊多合一特殊氣體傳感器、煙霧傳感器聯(lián)動式通風扇、本地聲光報警器03新知講解在校園安防系統(tǒng)中，許多功能都涉及遠程監(jiān)測或遠程預警，因此我們需要進一步明確每項功能需監(jiān)測的內(nèi)容，以及遠程預警需發(fā)送哪些信息。請小組交流討論，設計物聯(lián)網(wǎng)云平臺中對應的主題，分析每個主題的發(fā)布方與訂閱方。主題名稱作用發(fā)布方訂閱方氣體濃度接收并保存實驗室特殊氣體濃度數(shù)據(jù)氣體傳感器手機應用樓道人流量實時數(shù)據(jù)同步樓道人員數(shù)量、密度，推送擁擠預警紅外感應計數(shù)器、圖像識別攝像頭校園安防云平臺、值班緊急求助信號傳遞求助位置、觸發(fā)時間緊急求助按鈕校醫(yī)室終端、安保人員設計物聯(lián)網(wǎng)主題03新知講解請小組合理分工，將校園安防系統(tǒng)的功能設計、硬件選擇、物聯(lián)網(wǎng)主題設計等內(nèi)容整理形成校園安防系統(tǒng)設計方案，并為每項功能繪制算法流程圖。形成項目設計方案03新知講解形成項目設計方案校園安防系統(tǒng)設計方案小組成員張三、李四、王五功能1:樓道人流量監(jiān)測預警功能描述實時統(tǒng)計樓道人員數(shù)量、分析密度，擁擠時觸發(fā)聲光報警+廣播提示，同步推送預警給值班人員硬件選擇傳感器：紅外感應計數(shù)器、圖像識別攝像頭；執(zhí)行器：聲光報警器、應急廣播模塊；輔助硬件：ESP32物聯(lián)網(wǎng)模塊功能流程圖1.設備初始化并連云平臺；2.計數(shù)器統(tǒng)計人數(shù)+攝像頭分析密度；3.對比擁擠閾值；4.未超標：持續(xù)傳數(shù)據(jù)；5.超標：觸發(fā)報警+廣播+推預警；6.密度降低后解除預警物聯(lián)網(wǎng)主題樓道人流量實時數(shù)據(jù)03新知講解形成項目設計方案功能2:實驗室特殊氣體泄漏監(jiān)測預警功能描述監(jiān)測特殊氣體濃度，超標時自動開通風扇、觸發(fā)報警，推送泄漏信息給實驗老師硬件選擇傳感器：多合一特殊氣體傳感器、煙霧傳感器；執(zhí)行器：聯(lián)動通風扇、本地聲光報警器；輔助硬件：低功耗物聯(lián)網(wǎng)采集模塊功能流程圖1.傳感器初始化設閾值；2.實時采氣體濃度；3.對比安全閾值；4.未超標：持續(xù)傳數(shù)據(jù)；5.超標：開通風扇+報警+推預警；6.濃度正常后關(guān)設備、推解除通知物聯(lián)網(wǎng)主題氣體濃度03新知講解三、項目評價

1.請以小組為單位，在班級內(nèi)展示你們設計的校園安防系統(tǒng)方案，根據(jù)下表進行自評與互評，并根據(jù)評價結(jié)果對方案進行完善優(yōu)化。評價維度評價依據(jù)評價結(jié)果科學性設計方案詳細清晰、用語規(guī)范可操作性強☆☆☆☆☆創(chuàng)新性系統(tǒng)功能有創(chuàng)新☆☆☆☆☆實用性實用性強，具有可推廣價值☆☆☆☆☆表達與交流能用自己的語言生動、清晰、準確地介紹設計方案相關(guān)細節(jié)，儀態(tài)大方，與聽眾交流互動☆☆☆☆☆03新知講解三、項目評價

2.請回顧本項目中小組合作的全過程，根據(jù)下表對小組合作情況進行自評與互評。評價維度評價依據(jù)評價結(jié)果目標實現(xiàn)與其他小組成員共同明確項目目標，且高質(zhì)量達成目標☆☆☆☆☆溝通協(xié)作與其他小組成員積極溝通，互相協(xié)作解決問題☆☆☆☆☆團隊分工勇于承擔在本組中所負責的任務并按時完成，關(guān)注組員的任務進展，積極提供幫助☆☆☆☆☆尊重他人認真傾聽、積極討論，尊重他人觀點，也積極提出個人觀點和建議☆☆☆☆☆04課堂練習一、選擇題1、下列設備中，屬于校園安防系統(tǒng)中“傳感器”的是（）A.聲光報警器 B.紅外感應計數(shù)器C.聯(lián)動式通風扇 D.應急廣播喇叭2、校園樓道人流量監(jiān)測預警系統(tǒng)中，“樓道人流量實時數(shù)據(jù)”這一物聯(lián)網(wǎng)主題的訂閱方不包括（）A.校園安防云平臺

B.值班老師手機端

C.學生個人娛樂設備D.樓道安保終端BC04課堂練習二、判斷題1、多合一氣體傳感器可檢測一氧化碳、甲醛等危險氣體。（）2、紅外感應計數(shù)器應安裝在樓道進出口。（）3、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)布方與訂閱方無需直接關(guān)聯(lián)。（）4、人流量超標時，系統(tǒng)僅需觸發(fā)聲光報警。（）5、緊急求助按鈕可聯(lián)動校醫(yī)室和安保人員。（）√X√√√05拓展延伸安防數(shù)據(jù)安全防護校園安防系統(tǒng)采集的監(jiān)控畫面、人員出入等數(shù)據(jù)含敏感信息，需做好全流程防護。采集時遵循“最小必要”原則，僅收集安防所需數(shù)據(jù)；傳輸采用加密協(xié)議，防止數(shù)據(jù)被竊聽篡改；存儲需分級授權(quán)，僅安保和管理部門可調(diào)閱。同時要符合《個人信息保護法》，監(jiān)控數(shù)據(jù)留存不超過90天，避免隱私泄露風險。05拓展延伸AI智能行為識別借助AI算法提升安防主動性，可識別三十余種校園異常行為。比如在樓道識別擁擠推搡、在操場識別攀爬翻越、在實驗室識別違規(guī)操作等。系統(tǒng)能在事件發(fā)生1-3秒內(nèi)觸發(fā)警報，自動鎖定相關(guān)畫面，比傳統(tǒng)人工監(jiān)控響應速度快數(shù)倍，大幅降低安全事故發(fā)生率。05拓展延伸多部門應急聯(lián)動構(gòu)建安保、消防、校醫(yī)、班主任協(xié)同的應急機制。當安防系統(tǒng)觸發(fā)預警（如氣體泄漏、人員求助），會同步向?qū)块T推送信息，包含事件位置、類型等關(guān)鍵內(nèi)容。同時聯(lián)動應急廣播、疏散指示牌，引導師生有序避險，縮短從預警到處置的全流程時間。05拓展延伸安防設備運維規(guī)范安防設備需建立常態(tài)化運維機制。每日檢查傳感器、報警器等設備運行狀態(tài)，每月校準氣體傳感器、紅外計數(shù)器的精度；每季度測試備用電源和網(wǎng)絡連通性，確保斷電時設備仍能工作。發(fā)現(xiàn)故障需分級響應，輕微問題24小時內(nèi)修復，重大故障立即啟動備用方案。07課堂總結(jié)

《校園安防