第第頁(yè)人教版（2024）八年級(jí)全一冊(cè)信息科技第5課《物聯(lián)功能趣體驗(yàn)》教案課程名稱：第5課物聯(lián)功能趣體驗(yàn)?zāi)昙?jí)：八年級(jí)課時(shí)：45分鐘一、教學(xué)目標(biāo)分析知識(shí)與技能1.能夠說(shuō)出物聯(lián)網(wǎng)的核心要素（物品、傳感器、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理）。2.能夠理解物聯(lián)系統(tǒng)中“反饋”與“控制”的基本邏輯。3.能夠列舉至少3類生活中的物聯(lián)產(chǎn)品及其功能（如智能插座、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備）。過(guò)程與方法1.通過(guò)查看實(shí)時(shí)物聯(lián)數(shù)據(jù)，體驗(yàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集與傳輸過(guò)程。2.通過(guò)模擬遠(yuǎn)程控制物聯(lián)插座，分析“指令發(fā)送-狀態(tài)反饋”流程。3.通過(guò)設(shè)計(jì)花卉監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，培養(yǎng)跨學(xué)科問(wèn)題解決能力（融合生物、信息技術(shù)知識(shí)）。情感態(tài)度價(jià)值觀1.感受物聯(lián)網(wǎng)對(duì)生活便利性的提升，激發(fā)對(duì)信息技術(shù)的興趣。2.體會(huì)科技與生活的緊密關(guān)聯(lián)，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐探索精神。二、教學(xué)內(nèi)容及重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1.物聯(lián)系統(tǒng)的反饋與控制流程。2.傳感器數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)中的流轉(zhuǎn)過(guò)程。教學(xué)難點(diǎn)1.網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)系統(tǒng)中的協(xié)議轉(zhuǎn)換作用（抽象概念）。2.從需求分析到物聯(lián)功能設(shè)計(jì)的邏輯推導(dǎo)。三、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法情景導(dǎo)入（5分鐘）師：同學(xué)們，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我們身邊的物聯(lián)功能產(chǎn)品越來(lái)越多。當(dāng)你結(jié)束了一天的學(xué)習(xí)，疲憊地回到家。剛走到門口，門就自動(dòng)識(shí)別并為你打開(kāi)；走進(jìn)屋內(nèi)，燈光恰到好處地亮起，溫度也是你最舒適的狀態(tài)；你還沒(méi)開(kāi)口，智能音箱就已經(jīng)播放起你喜歡的音樂(lè)。這些神奇又便捷的場(chǎng)景，都離不開(kāi)各種具有物聯(lián)功能的產(chǎn)品。就像攝像頭、插座、傳感器等很多設(shè)備。它們看似普通，卻能通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)，讓我們的生活變得輕松又有趣。那這些物聯(lián)功能到底是怎么實(shí)現(xiàn)的？背后又藏著哪些奧秘呢？今天，就讓我們一起踏上這場(chǎng)“物聯(lián)功能趣體驗(yàn)”之旅。師：本節(jié)課我們要體驗(yàn)物聯(lián)產(chǎn)品，感受物聯(lián)網(wǎng)給人們生產(chǎn)和生活帶來(lái)的便利還要初步了解物聯(lián)系統(tǒng)中的反饋和控制。師：我們將圍繞下面兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題來(lái)展開(kāi)今天的內(nèi)容：物品聯(lián)網(wǎng)后帶來(lái)了哪些便利？物聯(lián)系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)反饋與控制？師：本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容包括：遠(yuǎn)程查看物聯(lián)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制物聯(lián)插座和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)物聯(lián)花卉。問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)知識(shí)點(diǎn)一：遠(yuǎn)程查看物聯(lián)數(shù)據(jù)（2分鐘）師：我們先來(lái)學(xué)習(xí)的第一個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容：遠(yuǎn)程查看物聯(lián)數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)傳感器感知環(huán)境數(shù)據(jù)，這些傳感器或許就在你的身邊，它們將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到互聯(lián)網(wǎng)上。訪問(wèn)公共的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站可以查看傳感器采集的數(shù)據(jù)。例如，在中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的網(wǎng)站上，可以查看全國(guó)各地的空氣質(zhì)量和水質(zhì)數(shù)據(jù)。講授法學(xué)習(xí)活動(dòng)一：采集數(shù)據(jù)（4分鐘）師：現(xiàn)在我們也來(lái)上網(wǎng)查找公開(kāi)的物聯(lián)數(shù)據(jù)。思考可以獲得哪些數(shù)據(jù)？采集這些數(shù)據(jù)需要用到哪些傳感器？師：我們可以獲得公開(kāi)的物聯(lián)數(shù)據(jù)如：全國(guó)的空氣質(zhì)量，包括AQI、PM2.5、SO2、CO等，采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)需要使用各類氣象傳感器；獲取全國(guó)的各河流水域的水質(zhì)情況，包括水溫、PH值、溶解氧等，采集這些數(shù)據(jù)需要使用各類水質(zhì)傳感器；獲取北京市各個(gè)區(qū)的交通情況，如交通指數(shù)、擁堵等級(jí)、平均速度，采集這些數(shù)據(jù)需要使用攝像頭、GPS模塊、RFID標(biāo)簽等硬件模塊。師：上面的這些物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集獲取，數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)傳輸至云平臺(tái)處理，最終在網(wǎng)站或APP可視化呈現(xiàn)。師：物聯(lián)插座是一種能聯(lián)網(wǎng)的智能插座，大家知道物聯(lián)插座為什么“智能”呢？講授法實(shí)踐操作法知識(shí)點(diǎn)二：遠(yuǎn)程控制物聯(lián)插座（5分鐘）師：物聯(lián)插座在聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下，可以通過(guò)智能終端對(duì)物聯(lián)插座上連接的電器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，并反饋插座的工作狀態(tài)。師：物聯(lián)插座本質(zhì)是將插座接入物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)控制插座開(kāi)關(guān)來(lái)控制電器。物聯(lián)插座可以讓傳統(tǒng)的熱水器、電暖氣、臺(tái)燈等普通電器變智能。師：同學(xué)們思考一下物聯(lián)插座如何感知、如何聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)插座在生活中有哪些應(yīng)用場(chǎng)景？師：物聯(lián)插座的感知方式有：內(nèi)置電流或電壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電器工作狀態(tài)，這種物聯(lián)插座聯(lián)網(wǎng)方式一般為Wi-Fi，其應(yīng)用場(chǎng)景為家庭或工業(yè)用電監(jiān)控、節(jié)能優(yōu)化、電費(fèi)分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)；物聯(lián)插座還可以通過(guò)繼電器模塊檢測(cè)物理開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這種物聯(lián)插座聯(lián)網(wǎng)方式一般為ZigBee，其應(yīng)用場(chǎng)景為電器安全預(yù)警（如短路、過(guò)載）、故障診斷。此外，部分高端插座集成溫濕度、空氣質(zhì)量傳感器，進(jìn)行環(huán)境參數(shù)感知，這種物聯(lián)插座聯(lián)網(wǎng)方式一般為PLC-IoT（電力線載波），其應(yīng)用場(chǎng)景為智能家居聯(lián)動(dòng)（如自動(dòng)開(kāi)啟空氣凈化器）、節(jié)能調(diào)節(jié)。師：下面我們來(lái)看物聯(lián)插座的組成及功能。物聯(lián)插座一般由物理按鍵模塊、Wi-Fi模塊和繼電器模塊組成。物理按鍵模塊具備直接控制插座開(kāi)關(guān)、重新配網(wǎng)等功能；Wi-Fi模塊負(fù)責(zé)連接路由器，連接遠(yuǎn)程的服務(wù)器，讓手機(jī)能控制插座；繼電器模塊負(fù)責(zé)控制220V高壓通斷部分。師：接下來(lái)讓我們一起將物聯(lián)插座應(yīng)用起來(lái)，去控制電器吧！講授法學(xué)習(xí)活動(dòng)二：了解工作過(guò)程（8分鐘）師：下面我們利用物聯(lián)插座控制臺(tái)燈的開(kāi)關(guān)，在智能終端（手機(jī)）上遠(yuǎn)程發(fā)送控制指令，臺(tái)燈根據(jù)接收指令執(zhí)行開(kāi)燈或關(guān)燈的動(dòng)作；此外，還可以通過(guò)按鍵手動(dòng)控制臺(tái)燈的開(kāi)關(guān)。師：完成本活動(dòng)任務(wù)，我們需要用到一塊主控板，一個(gè)繼電器，一個(gè)USB燈還有一根4pin連接線以及物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)。師：我們把USB燈插入繼電器，繼電器通過(guò)4pin連接線和主控板相連，同時(shí)繼電器要連接電源。用數(shù)據(jù)線將主控與電腦連接起來(lái)。師：參考上節(jié)課內(nèi)容在微信小程序中添加項(xiàng)目、主題和設(shè)備。師：現(xiàn)在開(kāi)始編寫程序，首先配置Wi-Fi連接參數(shù)包括名稱和密碼，再設(shè)置設(shè)備連接MQTT服務(wù)器參數(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)地址：、端口1883、及設(shè)備連接物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)所需的三個(gè)參數(shù)。下面初始化按鍵A狀態(tài)及、P0引腳上的繼電器狀態(tài)。當(dāng)接收到對(duì)應(yīng)主題的消息時(shí)，判斷若消息為“true”則state設(shè)為1，為“false”則設(shè)為0。主循環(huán)中持續(xù)檢測(cè)btn_a狀態(tài)，若按下且state為0則設(shè)為1，否則設(shè)為0，最后根據(jù)state值控制引腳p0輸出電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的智能控制。單擊mPython的刷入，將程序下載到主控板中。師：下面進(jìn)行功能測(cè)試。在掌控IOT微信小程序中，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，觀察臺(tái)燈是否打開(kāi)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)，觀察臺(tái)燈是否關(guān)閉；我們還可以通過(guò)按下按鍵A，開(kāi)燈，再次按下按鍵A，關(guān)燈。師：通過(guò)物聯(lián)插座控制臺(tái)燈的開(kāi)關(guān)，我們能感受到物聯(lián)網(wǎng)給人們生活帶來(lái)的便利。師：物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制在生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。養(yǎng)花成了許多人的興趣愛(ài)好，為了給花卉提供最適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，需要關(guān)注花卉生長(zhǎng)環(huán)境的溫度、濕度、等情況，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)花卉就可以隨時(shí)關(guān)注花卉的生長(zhǎng)環(huán)境了。講授法實(shí)踐操作法知識(shí)點(diǎn)三：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)物聯(lián)花卉（5分鐘）師：智能養(yǎng)花系統(tǒng)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、光照等環(huán)境數(shù)據(jù)，并同步到用戶手機(jī)。當(dāng)數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送警報(bào)提醒用戶及時(shí)處理，幫助花卉保持最佳生長(zhǎng)狀態(tài)。師：我們知道傳感器有兩種聯(lián)網(wǎng)方式：一種是直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，另一種是通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。師：那同學(xué)們思考一個(gè)問(wèn)題：為什么不是所有的傳感器都直接連接到互聯(lián)網(wǎng)？師：不是所有的傳感器都直接連接到互聯(lián)網(wǎng)可能有三種原因：第一功耗限制：很多低功耗傳感器（如溫濕度）采用藍(lán)牙或Zigbee等短距離協(xié)議延長(zhǎng)續(xù)航；第二成本控制：Wi-Fi模塊比短距離通信模塊更昂貴（差價(jià)可達(dá)5-10倍）；第三協(xié)議差異：工業(yè)傳感器常用Modbus等專業(yè)協(xié)議，需網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換才能接入互聯(lián)網(wǎng)。師：正是因?yàn)樯鲜鲈颍圆判枰W(wǎng)關(guān)，它就像一個(gè)翻譯器，在不同的網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備之間進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，讓它們可以相互“理解”對(duì)方的意思。師：同學(xué)們，了解了以上原理，接下來(lái)讓我們一起做一個(gè)簡(jiǎn)易的花卉環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)吧！講授法學(xué)習(xí)活動(dòng)三：思考原理（8分鐘）師：在制作花卉環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)程中，我們思考下面幾個(gè)問(wèn)題：花卉環(huán)境監(jiān)測(cè)產(chǎn)品一般由哪幾部分組成？使用了哪些傳感器？這些產(chǎn)品是如何與網(wǎng)絡(luò)連接的？又是如何向用戶呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的？師：制作花卉環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要用到的物聯(lián)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有一塊主控板，一個(gè)DHT11溫濕度傳感器，一根4pin連接線以及物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)。師：我們將DHT11傳感器通過(guò)4pin連接線和主控板相連，注意連接方式和接口位置。用數(shù)據(jù)線將主控與電腦連接起來(lái)。師：參考前面活動(dòng)內(nèi)容在掌控IOT微信小程序中添加項(xiàng)目、設(shè)備及主題。完成后在mPython軟件打開(kāi)本課學(xué)習(xí)活動(dòng)3程序，程序打開(kāi)后同樣重新配置Wi-Fi及MQTT服務(wù)器參數(shù)。主循環(huán)中，持續(xù)讀取DHT11傳感器檢測(cè)到的溫度、濕度數(shù)據(jù)及板載光線傳感器的光線值。若溫度＞28℃，向?qū)?yīng)主題發(fā)送“溫度過(guò)高”提醒；若濕度＜65%，發(fā)送“濕度過(guò)低”；若光線值＜1000，發(fā)送“光線過(guò)弱”。同時(shí)，將溫濕度、光線值以字典形式打包發(fā)布到對(duì)應(yīng)主題“5b47fXjgT7”。每次循環(huán)間隔1秒，確保數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)姆€(wěn)定性。單擊mPython的刷入，將程序下載到主控板中。師：最后進(jìn)行功能測(cè)試，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的溫度、濕度等數(shù)據(jù)，觀察這些數(shù)據(jù)以及提示信息是否反饋到用戶手機(jī)上。講授法實(shí)踐操作法拓展與提升（5分鐘）師：經(jīng)過(guò)上面的學(xué)習(xí)，我們體驗(yàn)了物聯(lián)產(chǎn)品的功能，拓展任務(wù)嘗試撰寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。師：實(shí)驗(yàn)報(bào)告除了一些個(gè)人信息外，可以由4個(gè)部分組成。實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟诶斫馕锫?lián)網(wǎng)組成、體驗(yàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制。實(shí)驗(yàn)設(shè)備有花卉監(jiān)測(cè)儀、手機(jī)APP、智能插座。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，傳感器先采集數(shù)據(jù)，隨后APP顯示實(shí)時(shí)數(shù)值，當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到閾值觸發(fā)警報(bào)，并能自動(dòng)控制澆水。這一流程中，傳感器、網(wǎng)絡(luò)、控制構(gòu)成完整物聯(lián)系統(tǒng)。講授法課后作業(yè)（1分鐘）師：請(qǐng)同學(xué)們?cè)谡n后觀察家中或?qū)W校的智能設(shè)備（如智能插座、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀等），列舉1-2個(gè)例子，并簡(jiǎn)單描述它們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)功能（如遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)查看）。課堂小結(jié)與評(píng)價(jià)（2分鐘）本節(jié)課，我們了解了物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制原理，學(xué)到了傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)的方法，還認(rèn)識(shí)到了網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)系統(tǒng)中的重要作用。教學(xué)反思1.反思點(diǎn)：網(wǎng)關(guān)的“協(xié)議轉(zhuǎn)換”功能對(duì)八年級(jí)學(xué)生較難理解，僅通過(guò)“翻譯器”類比仍顯模糊，部分學(xué)生未真正掌握其在物聯(lián)系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。“反饋與控制”的邏輯鏈條講解不夠具象，學(xué)生對(duì)“閾值設(shè)定-指令發(fā)送-執(zhí)行反饋”的動(dòng)態(tài)流程理解停留在文字層面。若缺乏真實(shí)物聯(lián)插座或花卉監(jiān)測(cè)設(shè)備，僅通過(guò)動(dòng)畫或模擬界面體驗(yàn)，學(xué)生難以感受“實(shí)時(shí)控制”的真實(shí)交互感，對(duì)“網(wǎng)絡(luò)延遲”“設(shè)備響應(yīng)速度”等實(shí)際問(wèn)題缺乏直觀認(rèn)知。小組討論中，部分學(xué)生因?qū)ξ锫?lián)產(chǎn)品接觸較少，在分析“家庭物聯(lián)設(shè)備”時(shí)思路受限，依賴教師引導(dǎo)，自主探究深度不足。在“遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)物聯(lián)花卉”環(huán)節(jié)，未充分結(jié)合生物學(xué)科知識(shí)，設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)方案缺乏科學(xué)性，僅停留在“功能堆砌”層面。數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值的探討不夠深入，學(xué)生對(duì)“物聯(lián)數(shù)據(jù)→實(shí)際應(yīng)用”的轉(zhuǎn)化邏輯理解不透徹。2.改進(jìn)措施：用“不同語(yǔ)言文件傳輸”。播放簡(jiǎn)化版動(dòng)畫，標(biāo)注“協(xié)議轉(zhuǎn)換”的關(guān)鍵步驟，配套圖示板書強(qiáng)化記憶。用流程圖+實(shí)物連線演示，讓學(xué)生親手操作“設(shè)定溫度閾值→觸發(fā)風(fēng)扇啟動(dòng)”的模擬實(shí)驗(yàn)。若缺乏實(shí)物設(shè)備，可利用“虛擬