《第4單元簡易物聯(lián)系統(tǒng)實踐：17物聯(lián)數(shù)據(jù)需采集》教案學(xué)科初中信息技術(shù)年級冊別八年級下冊共1課時教材人教版授課類型新授課第1課時教材分析教材分析本課聚焦于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中“數(shù)據(jù)采集”的核心環(huán)節(jié)。教材以真實生活場景為背景，引導(dǎo)學(xué)生理解傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的作用，掌握常見傳感器（如溫濕度、光照、紅外）的基本工作原理與數(shù)據(jù)獲取方式。通過動手實踐，學(xué)生將完成從感知環(huán)境到采集數(shù)據(jù)的全過程，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)控制打下基礎(chǔ)。本課內(nèi)容具有較強的實踐性與技術(shù)整合性，體現(xiàn)了信息科技課程“做中學(xué)、用中悟”的教學(xué)理念。學(xué)情分析八年級學(xué)生已具備基本的計算機操作能力，對智能設(shè)備有一定生活經(jīng)驗，如智能家居、可穿戴設(shè)備等。但對傳感器的工作機制缺乏系統(tǒng)認知，容易將“數(shù)據(jù)采集”簡單理解為“按個按鈕”。部分學(xué)生對電子元器件陌生，動手能力較弱。因此，教學(xué)中需借助實物展示與情境任務(wù)降低認知門檻，通過小組協(xié)作激發(fā)興趣，利用可視化工具幫助理解抽象概念，突破“看不見摸不著”的技術(shù)難點。課時教學(xué)目標(biāo)信息意識1.能識別生活中常見的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，理解數(shù)據(jù)采集在其中的關(guān)鍵作用。2.能主動觀察身邊環(huán)境變化，并思考如何用技術(shù)手段記錄這些變化。計算思維1.能將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化為可被傳感器識別的信息形式，建立“環(huán)境→信號→數(shù)據(jù)”的思維鏈條。2.能根據(jù)任務(wù)需求選擇合適的傳感器類型并合理配置采集參數(shù)。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新1.能利用開源硬件平臺（如Arduino或Micro:bit）搭建簡易采集模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動記錄。2.能設(shè)計個性化采集方案，嘗試拓展采集維度（如聲音、振動）提升系統(tǒng)智能化水平。信息社會責(zé)任1.能意識到數(shù)據(jù)采集涉及隱私與安全，討論不當(dāng)采集可能帶來的風(fēng)險。2.能在小組合作中尊重他人意見，共同制定數(shù)據(jù)采集倫理規(guī)范。教學(xué)重點、難點重點1.理解傳感器在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的角色及其數(shù)據(jù)采集功能。2.掌握使用簡易開發(fā)板進行溫濕度、光照等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的方法。難點1.將非數(shù)值化的環(huán)境變化（如“天變暗了”）轉(zhuǎn)化為可量化、可記錄的數(shù)據(jù)信號。2.在無明確指導(dǎo)的情況下，根據(jù)實際環(huán)境靈活調(diào)整傳感器位置與采樣頻率。教學(xué)方法與準(zhǔn)備教學(xué)方法情境探究法、合作探究法、講授法、項目驅(qū)動法教具準(zhǔn)備Micro:bit開發(fā)板、溫濕度傳感器、光照傳感器、USB數(shù)據(jù)線、電腦、投影儀、PPT課件、實驗記錄表教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動情境導(dǎo)入，喚醒感知一、創(chuàng)設(shè)“城市夜燈失靈”危機事件（一）、播放一段模擬新聞播報視頻：視頻內(nèi)容：某市夜間突發(fā)大面積路燈熄滅，市民出行受阻，交通混亂。緊急調(diào)度中心接到大量報警電話，但無法判斷哪些區(qū)域真正需要維修。畫面切換至一名工程師面對滿屏閃爍的監(jiān)控地圖，焦急地皺眉：“我們根本不知道哪里最黑！”1.引導(dǎo)語：同學(xué)們，如果現(xiàn)在你是城市智慧運維團隊的一員，面對這樣一場突如其來的“黑暗危機”，你會怎么快速找到那些最需要補光的路段？2.提問：僅靠人工巡查效率太低，有沒有一種辦法能讓我們“看見”城市的每一寸黑暗？3.播放第二段視頻：一輛巡邏車緩緩駛過街道，車載攝像頭實時傳輸畫面，同時屏幕上跳出一行字：“正在檢測路面照度……當(dāng)前亮度：8lux。”4.小結(jié)：原來，只要我們在街道上安裝一種叫“光照傳感器”的小裝置，它就能像眼睛一樣時刻感知光線強弱，把“亮”或“暗”變成數(shù)字“8lux”，再傳回控制中心——這就是物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集！二、揭示課題，明確任務(wù)（一）、板書課題：《第4單元簡易物聯(lián)系統(tǒng)實踐：17物聯(lián)數(shù)據(jù)需采集》1.引導(dǎo)語：今天，我們就化身“城市光明守護者”，親手搭建一套微型“路燈亮度監(jiān)測系統(tǒng)”，學(xué)會如何讓機器“看見”黑暗，記錄數(shù)據(jù)，為決策提供依據(jù)。2.分組任務(wù)發(fā)布：每組領(lǐng)取一個“光明守護包”：包含Micro:bit主控板、光照傳感器模塊、連接線、電源適配器、實驗記錄表。任務(wù)要求：在30分鐘內(nèi)，完成“光照傳感器接入+數(shù)據(jù)讀取+數(shù)值顯示”三個步驟，并填寫記錄表，標(biāo)明“何時何地測得多少lux”。1.觀看視頻，感受城市“黑暗危機”的緊迫感。2.思考如何解決“看不見黑暗”的難題。3.明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)與任務(wù)分工。4.激發(fā)探究欲望，進入角色扮演狀態(tài)。評價任務(wù)情境回應(yīng)：☆☆☆任務(wù)理解：☆☆☆角色代入：☆☆☆設(shè)計意圖通過真實社會問題構(gòu)建高情感投入的情境，讓學(xué)生在“救急”心理驅(qū)動下主動思考數(shù)據(jù)采集的意義；以“城市光明守護者”身份賦予學(xué)習(xí)使命感，增強責(zé)任感與參與感；借助多媒體視頻直觀呈現(xiàn)“傳感器感知→數(shù)據(jù)生成”的過程，突破抽象概念障礙。任務(wù)驅(qū)動，動手實踐一、認識“光明之眼”——傳感器探秘（一）、實物展示與結(jié)構(gòu)解析：1.教師手持光照傳感器模塊，引導(dǎo)學(xué)生觀察其外觀：黑色圓柱形外殼，頂部有一層透明濾光片，底部有三根引腳（VCC、GND、SCL/SDA）。2.逐一講解各引腳功能：VCC：接5V電源，供電；GND：接地，形成電流回路；SCL/SDA：數(shù)據(jù)通信接口，連接Micro:bit的I2C總線。3.演示連接方式：將傳感器的VCC接Micro:bit的P0口（3.3V），GND接GND，SCL接P1，SDA接P2。4.強調(diào)注意事項：嚴禁反接電源，否則會燒毀模塊；插拔時務(wù)必斷電，防止靜電損壞；連接前檢查所有引腳是否對齊，避免虛焊。二、編程實現(xiàn)“數(shù)據(jù)采集”（一）、打開MakeCode編程平臺：1.教師演示登錄，點擊“新建項目”，命名為“光明守護者·光照采集”。2.添加擴展庫：點擊“高級”→“添加庫”，搜索“LightSensor”，并添加該庫。3.編寫程序邏輯：使用“當(dāng)開機時”事件觸發(fā)初始化；使用“讀取光照值”指令，獲取當(dāng)前環(huán)境光強度（單位：lux）；使用“顯示數(shù)字”指令，在Micro:bit屏幕中央滾動顯示該數(shù)值；添加“循環(huán)執(zhí)行”結(jié)構(gòu)，每隔1秒刷新一次數(shù)據(jù)。4.代碼示例：basic.foreverbasic.forever(function(){letlightLevel=lightSensor.readLightLevel()basic.showNumber(lightLevel)basic.pause(1000)})```5.程序：點擊“”按鈕，將hex文件保存至U盤，插入Micro:bit主控板，自動運行。三、實地采集與記錄（一）、分組實操，開展“光明巡檢”行動：1.每組分配一個“巡檢路線圖”：包括教室窗邊、講臺后方、走廊盡頭、儲物柜旁四個點位。2.指導(dǎo)學(xué)生按順序移動至各點位，保持傳感器正對光源方向，靜置5秒后記錄數(shù)據(jù)。3.重點提示：不同時間（上午9點vs下午4點）光照差異明顯，建議跨時段采集；用手遮擋傳感器，觀察數(shù)值變化，驗證其響應(yīng)靈敏度；若數(shù)據(jù)波動大，檢查是否接觸不良或外界干擾（如燈光閃爍）。4.填寫實驗記錄表：|采集點|時間|光照值(lux)|備注（如是否遮擋）|教室窗邊|10:00|580|自然光充足||講臺后方|10:05|120|被講臺遮擋||走廊盡頭|10:10|60|光源稀少|(zhì)|儲物柜旁|10:15|10|完全黑暗|（二）、小組匯報與對比分析：1.每組派代表上臺展示記錄表，朗讀關(guān)鍵數(shù)據(jù)。2.教師引導(dǎo)提問：為什么講臺后方的光照值遠低于窗邊？儲物柜旁的數(shù)據(jù)為何接近零？這說明什么？如果我們要在儲物柜區(qū)增設(shè)路燈，應(yīng)設(shè)定怎樣的亮度閾值？1.觀察傳感器結(jié)構(gòu)，了解各引腳功能。2.學(xué)習(xí)使用MakeCode平臺編寫基礎(chǔ)采集程序。3.分組合作完成傳感器連接、程序上傳與數(shù)據(jù)采集。4.按計劃巡檢各點位，記錄真實光照數(shù)據(jù)，進行初步分析。評價任務(wù)連接正確：☆☆☆程序運行：☆☆☆數(shù)據(jù)準(zhǔn)確：☆☆☆設(shè)計意圖通過實物拆解與動態(tài)演示，降低學(xué)生對電子元件的認知門檻；利用圖形化編程平臺降低代碼門檻，讓學(xué)生專注于“采集邏輯”而非語法細節(jié)；設(shè)置多點位巡檢任務(wù)，強化數(shù)據(jù)采集的時空維度意識；通過對比分析，培養(yǎng)學(xué)生從“數(shù)據(jù)”中發(fā)現(xiàn)規(guī)律的能力，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析埋下伏筆。拓展延伸，深化理解一、思維升級：從“被動感知”到“主動預(yù)警”（一）、提出挑戰(zhàn)性問題：1.當(dāng)前系統(tǒng)只能“顯示”光照值，如果我們希望它能“提醒”我們：當(dāng)某個區(qū)域過暗時自動報警，該怎么辦？2.教師引導(dǎo)學(xué)生思考：在程序中加入條件判斷語句。3.展示改進代碼4.解釋邏輯：當(dāng)光照值小于50lux時，點亮悲傷表情圖標(biāo)，并播放一聲短音，表示“黑暗警報”；否則顯示笑臉，表示環(huán)境良好。5.驗證效果：用手遮擋傳感器，觀察屏幕是否出現(xiàn)“哭臉”和蜂鳴聲。二、倫理思辨：誰有權(quán)“看見”我們的環(huán)境？（一）、情境討論題：1.如果未來每個家庭都裝有類似傳感器，不僅能測光照，還能測溫度、聲音、甚至人體活動，這會不會侵犯隱私？2.舉例說明：有人在家睡覺時，窗戶被傳感器記錄為“完全黑暗”，是否意味著他“一直沒醒”？有人在深夜開燈看書，是否會被誤判為“異常行為”？3.小組辯論：數(shù)據(jù)采集是否應(yīng)該受到限制？如果要，應(yīng)如何設(shè)定規(guī)則？4.教師總結(jié)：技術(shù)本身無罪，但使用方式?jīng)Q定價值；我們必須建立“采集邊界”：只采集必要信息，禁止長期存儲敏感數(shù)據(jù)，用戶應(yīng)擁有知情權(quán)與刪除權(quán)。1.理解“條件判斷”在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用價值。2.嘗試修改程序，實現(xiàn)“自動報警”功能。3.參與小組討論，表達對數(shù)據(jù)隱私的看法。4.形成初步的信息社會責(zé)任意識。評價任務(wù)邏輯清晰：☆☆☆思維開放：☆☆☆表達完整：☆☆☆設(shè)計意圖通過“報警功能”拓展，引導(dǎo)學(xué)生從“靜態(tài)采集”邁向“智能響應(yīng)”，體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的閉環(huán)特性；引入倫理議題，促使學(xué)生超越技術(shù)層面，關(guān)注技術(shù)背后的社會影響，落實信息社會責(zé)任培養(yǎng)目標(biāo)；小組辯論形式促進深度交流，提升批判性思維與公共表達能力。課堂小結(jié)，凝練升華一、知識回顧：三句話說清“數(shù)據(jù)采集”（一）、師生共憶：1.問：今天我們學(xué)會了什么？學(xué)生回答：我們學(xué)會了用光照傳感器采集環(huán)境亮度數(shù)據(jù)。2.問：這些數(shù)據(jù)是怎么來的？學(xué)生回答：傳感器把“光的強弱”變成了數(shù)字“l(fā)ux”，再傳給Micro:bit處理。3.問：為什么我們需要采集這些數(shù)據(jù)？學(xué)生回答：因為只有有了數(shù)據(jù)，才能發(fā)現(xiàn)問題（比如哪塊地方太暗），才能做出決策（比如加燈）。4.教師總結(jié)：>數(shù)據(jù)采集，就是讓機器“看懂世界”的第一步。沒有數(shù)據(jù)，就沒有智能；沒有采集，就沒有未來。二、布置課后任務(wù)（一）、實踐作業(yè)：1.請你在家中或?qū)W校，尋找一個可以改進的環(huán)境（如書桌太暗、陽臺太熱），設(shè)計一份“簡易物聯(lián)監(jiān)測方案”。要求：說明你想監(jiān)測什么（如光照、溫度）；選擇哪種傳感器；預(yù)計采集的數(shù)據(jù)是什么樣子？你打算用這些數(shù)據(jù)做什么？（如提醒開燈、自動通風(fēng)）2.用畫圖或文字描述你的方案，下周帶來分享。1.回顧本課核心知識點。2.明確“數(shù)據(jù)采集”的意義與價值。3.認識到技術(shù)服務(wù)于生活的真實路徑。4.接受課后拓展任務(wù)，激發(fā)持續(xù)探究興趣。評價任務(wù)要點完整：☆☆☆邏輯順暢：☆☆☆表達清晰：☆☆☆設(shè)計意圖通過“三句話回顧”強化記憶，幫助學(xué)生構(gòu)建知識框架；以富有哲理的語言收尾，提升課堂格局；布置開放式實踐作業(yè)，打通“課堂—生活”通道，鼓勵學(xué)生將所學(xué)應(yīng)用于真實問題解決，實現(xiàn)從“知”到“行”的跨越。作業(yè)設(shè)計一、基礎(chǔ)填空題1.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，負責(zé)將物理世界的信息（如光、熱、聲）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的設(shè)備稱為______。2.光照傳感器通常輸出的單位是______，用于表示環(huán)境的明亮程度。3.Micro:bit與傳感器之間的通信采用的是______總線協(xié)議。4.在MakeCode編程環(huán)境中，用于讀取光照值的函數(shù)是__________。5.當(dāng)光照值低于______lux時，可視為“黑暗環(huán)境”，適合啟動警示機制。二、判斷題（對的打√，錯的打×）1.（）傳感器可以直接輸出人類可讀的文字信息，無需轉(zhuǎn)換。2.（）數(shù)據(jù)采集是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的起點，沒有數(shù)據(jù)就無法實現(xiàn)智能控制。3.（）只要把傳感器插上電源，就能立刻開始采集數(shù)據(jù)，無需任何設(shè)置。4.（）在公共場所安裝環(huán)境傳感器，不會侵犯個人隱私。5.（）使用圖形化編程語言，可以更容易地理解程序邏輯，適合初學(xué)者。三、實踐設(shè)計題請你設(shè)計一個“校園植物養(yǎng)護監(jiān)測系統(tǒng)”，完成以下任務(wù)：1.說明你要監(jiān)測哪些環(huán)境因素？（至少寫出兩個）2.選擇相應(yīng)的傳感器類型（如溫濕度傳感器、光照傳感器）并簡述理由。3.設(shè)計一個簡單的數(shù)據(jù)采集周期（如每30分鐘采集一次），并說明如何存儲或顯示數(shù)據(jù)。4.如果發(fā)現(xiàn)土壤過于干燥，你希望系統(tǒng)如何響應(yīng)？（如發(fā)出提醒、自動澆水）5.請畫出你的系統(tǒng)架構(gòu)草圖（可用文字描述或簡單圖形示意）?！敬鸢附馕觥恳弧⒒A(chǔ)填空題1.傳感器2.lux（勒克斯）3.I2C（或I2C）4.lightSensor.readLightLevel()5.50二、判斷題1.×2.√3.×4.×5.√三、實踐設(shè)計題（參考答案）1.監(jiān)測因素：土壤濕度、光照強度2.傳感器選擇：土壤濕度傳感器（檢測水分含量），光照傳感器（判斷是