初中信息技术闽教版（2020）八年级下册第6课 应用广泛的物联网教学设计

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应用广泛的物联网 教学内容分析本课主要针对物联网进行系统介绍，让学生利用物联网模块将开源硬件接入互联网，并设计智能门禁等实用型创客作品。学生在学习第一单元后，已经初步认识开源硬件，并能用 MakeCode和Mind＋对 micro：bit进行编程控制。在这个阶段，学生已经能比较熟练地连接micro：bit主控板和扩展板，能区分扩展板不同引脚的作用，能用图形化编程平台进行编程，通过数据线将代码上传到主控板，实现定的实用功能，设计出简单的创客作品。本节课为动手实践课，需要学生动手接人物联网模块，并通过WiFi接入互联网，因此，实施本课教学前需要对电脑机房的无线联网承载能力进行测试。教材首先让学生了解生活中的物联网，从交通、家电等多个方面让学生知道物联网早已深入生活的方方面面。特别是在5G时代，我们便捷的生活，离不开物联网。然后，让学生思考物联网的具体应用，例如远程监测蔬菜大棚的温度和湿度、孩童房间的环境情况等，通过物联网模块实现信息的接收和发送。在实践活动中，学生需设计物联网温度警报器和智能门禁系统。其中，物联网温度警报器作为基础案例，引导学生了解物联网模块端口及指示灯信息，了解物联网模块的工作原理及通信方式，一步一步将物联网模块接人主控板，并登录物联网平台。学生初步了解物联网模块编程的应用，能获取WiFi信息及物联网平台信息，填写初始化参数，将开源硬件接入物联网，与互联网互通数据，测试是否联网成功。如果联网测试成功，则写入程序，读取温度传感器数据，每隔一段时间自动将读取的数据发送到物联网平台。如果学生学有余力，则鼓励学生改进程序，在特定条件发生时，自动发警报信息到物联网平台。实践活动二则需要结合舵机等硬件和其他辅助材料，设计较为完整的智能门禁系统。学生需了解舵机的连接方式和编程调试方法，将舵机作为智能门锁的模拟门芯，实现开闭功能。在物联网平台成功收到门铃信息的基础上，学生通过物联网平台向开源硬件发送指定信息，如果收到的信息经过比对和开门指令相同，则用舵机模拟门锁开启。门锁的自动关闭，则可结合学生对智能门锁的认知，自主设计。通过本课学习，学生有了物联网知识的基础，可以编写程序让开源硬件实时发送数据或者接收远程控制指令，更加精细和动态地管理硬件设备。学生结合多样化材料设计创客作品，有助于培养学生动手能力和思考能力，进一步完善学生关于开源硬件的认知体系，也为后续综合活动做了必要的铺垫。 教学对象分析在前面的活动中，学生已经学会连接micro：bit和主控板，能根据线缆颜色将传感器接人扩展板，能用Mind＋、MakeCode等图形化编程平台对micro：bit进行编程，结合各种传感器制作简单的创客作品。本课旨在进一步巩固学生所学技能，较为深入地了解物联网，体验物联网在现实生活中的应用，从而认识物联网模块，并用物联网模块设计创客作品。从学生年龄角度分析，他们对物联网已有一定感知，但普遍认识比较片面，八年级学生经过多年信息技术学习，信息获取能力较强，可以课前布置收集物联网资料的课题，让他们在课上从不同角度展示他们所认知的物联网。在本课中，让他们理解物联网是新一代信息技术的重要组成部分，它能通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将物品与互联网相互联，并进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。学生要有一定的手工制作能力，能用纸盒等材料设计智能门锁和智能门铃所需的门框或房屋，这部分内容可根据学生实际情况，在课上完成或者课前合作完成，也可以跨学科合作，进行合理的美工设计。由于学生已有基础不同，硬件搭建和程序编写能力会有所差异，可以通过微课学习、课本自学、教师引导示范等方式，让多数学生在体验中获得成功的喜悦。学生已有较丰富的硬件搭建经验和编程经验，接入物联网和使用舵机不会成为多数人的难点。针对操作存在困难的学生，可以充分发挥小组的力量，帮助这部分学生解决搭建和编程中存在的问题。对于学有余力的学生，则鼓励他们灵活应用已有硬件，探究设计功能更强大的智能装置。本课的学习能引导学生发现物联网的广泛应用，感受IoT与开源硬件的无缝融合，鼓励他们创新性应用新技术解决已有问题，提高应用能力和创新意识 教学目标1．了解物联网。2．了解物联网模块的工作原理。3．了解开源硬件接入物联网的方法。4．了解设置物联网模块参数并登录物联网平台。5．了解简易物联网温度报警器的工作原理及实现方法。6．了解物联网模块发送和接收信息的方法。7．了解基于物联网功能设计门禁系统的工作原理及实现方法。  教学重点和难点1.教学重点。了解物联网，结合物联网模块实现远程信息收发。2.教学难点。登录物联网平台设置物联网模块参数、设计完整的IoT创客作品。 教学方法1.比较观察法：播放介绍物联网的视频，展示物联网模块的图片，让学生较为深入地认识物联网的发展历史及其应用，了解开源硬件接入物联网的方式。视频可播放《三分钟了解物联网概念》《十个超酷的物联网项目》等，让学生从多个角度了解IoT及其应用情况，感受IoT的应用价值，思考物联网在具体场景中的应用。2．讲授法：讲述物联网模块的工作原理，如何登录物联网平台并收发信息，让学生理解物联网的应用价值。3．任务驱动法：以接入物联网和设计智能门禁为主题，学生根据任务的具体要求，开展小组合作的探究性学习。4．交流、评价法：展示学生的活动成果，鼓励学生参与评价。 教学准备1．教学环境：计算机网络教室（可正常联网）、无线WiFi环境、转播控制系统。其中，无线路由器最好使用工业级路由器，以确保多个设备可同时顺利无线联网。2．资源准备：资源包（视频：《三分钟了解物联网概念》《十个超酷的物联网项目》《战疫AI陪护系统》），有关物联网应用的文字资料、各种物联网模块图片、课件、学生作品模板。3．实验器材准备：micro：bit、micro：mate扩展板、物联网模块、180°舵机，数据线一条，纸盒等手工材料若干（课前，可用手工材料设计门框或房子，便于固定舵机，模拟门锁开闭）。       教学过程 第1课时教学环节教师活动学生活动设计意图  情景体验，导入新课1．学生访谈：你所了解的物联网。2．播放视频：《三分钟了解物联网概念》《十个超酷的物联网项目》。3．展示物联网技术应用创客作品，引导思考：什么是物联网，你是怎么理解的？物联网有哪些应用场景？访谈交流。 观看视频，初步了解什么是物联网，了解物联网和开源硬件的关系。交流、讨论。观看视频，了解和思考物联网在实际生活中的应用，以及如何将物联网应用到更多场景中。  认识物联网模块1．播放优秀创客作品视频，引导学生思考：作品中的远程控制如何实现？2．提问：什么是物联网模块？它有哪些类型？3．提问：开源硬件如何通过物联网模块收发信息？观看视频，独立思考，回答问题。观察物联网模块外观，回答问题。回答问题，课堂互动。在实际创客作品中体验物联网技术的应用，了解物联网模块，初步理解物联网模块的工作原理。         动手实践：搭建物联网温度报警器1． 复习温度传感器知识。2．讨论：如何结合物联网技术设计温度报警器。3．连接物联网模块：（1）认识4条缆线所对应的端口功能。（2）将4条缆线分别接入扩展板对应的端口。（3）提示：OBLOQ物联网模块中的4条数据线和电源线必须正确插到 micro：mate扩展板对应的端口上，切勿插错，否则物联网模块不能正常工作。4． 登录物联网平台：（1）打开网址，用提前注册的账号登录物联网平台。（2）了解物联网平台。（3）基于物联网平台获取平台参数。5．设置物联网模块初始化参数：（1）选择P1、P2正确的串口信息。（2）填写待连接WiFi的名称和密码。（3）填写物联网平台参数，可从物联网平台直接复制粘贴。 回顾 micro：bit板载温度传感器的相关知识，学生代表发言，其他同学倾听。学会观察，分清缆线对应的发送端、接收端、电源正极、电源负极，记住外观特征。完成硬件搭建。  了解物联网平台，找到id、pwd、Topic等参数信息。  在编程平台，进行物联网模块的初始化操作。了解物联网模块如何结合其他传感器设计创客作品，感受物联网的强大功能。设计实用的物联网温度报警器，能用正确的方式将物联网模块连接主控板，通过物联网平台实时收发指定信息，实现对设备温度信息的远程监控。  第2课时教学环节教师活动学生活动设计意图  情景体验，导入新课1．播放有关智能门禁的视频，提出问题：你知道生活中智能门禁的应用吗？2．提问：物联网还可以和哪些技术结合，设计出方便生活的产品？3．请学生交流；如果让你设计智能门禁系统，你会如何设计？思考智能门禁和物联网之间的关系，物联网技术如何应用于实际生活中，主动发言。通过对比不同的智能门禁系统，感受开源硬件应用的多样性，激发学生的学习兴趣。  6．提示1：参数表中的WiFi名称和密码是实验机房中用来无线上网的WiFi账户名称和密码，需区分字母大小写。7．提示2：从物联网平台中获取相关数据，设置物联网模块参数等。8．提示3：登录Easy IoT物联网平台需用手机号进行账号注册，需课前让学生注册账号，以便课堂教学正常进行。9．联网测试：（1）上传发送温度信息的代码，当A按钮被按下，发送温度信息到物联网平台。（2）观察物联网模块指示灯状态，确认指示灯可变为绿色。（3）在浏览器界面，观察物联网平台是否收到来自主控板的温度信息。          动手实践，用Mind＋编写上传温度信息的代码，观察物联网模块是否联网成功。在物联网平台确认是否成功收到指定信息。  实践创新1．在原有作品基础上，尝试接收来自物联网的信息。2．使用已有器材，结合其他传感器，设计基于物联网的创客作品。小组合作，延伸作品应用场景，讨论并尝试设计制作新的创客作品。突破教学框架，尝试设计原有作品延伸功能，创新设计新作品。  交流、总结、思考1． 展示学生作品，自由发言，讨论制作过程中遇到的问题。2．讨论物联网技术与开源硬件结合的新方案，演示新功能或新作品。3. 请小组长回收实验器材，整理清单。展示作品，参与讨论。讲述创意或思考过程。整理硬件，清点数量。在学生交流、讨论中，反思设计过程遇到的问题，提出对应的解决方案。                动手实践合作准备 1．请小组长分发实验器材，提前准备的纸盒、雪糕棒等。2．连接主控板和扩展板，接入物联网模块。3．硬件搭建：（1）观看舵机连接和调试方法的微课，将舵机接入扩展板。（2）用热熔胶、双面胶等将雪糕棒固定于舵机塑料摇臂上，模拟锁芯，将舵机预先固定于纸盒的合适位置。（3）没有舵机，建议直接用LED屏幕显示指定图案，模拟表示门锁开闭。4．提示：由于本活动只是一个实验参考模型，目的在于了解如何利用物联网技术控制门锁的开启和闭合，因此可不必用真实的锁具进行实验，教学时可结合硬纸皮、木板、KT板或塑料板模拟大门，用舵机模拟锁具进行实验。5．编程测试：（1）写入代码，当A、B按钮被按下时，舵机分别能转到指定位置，模拟锁芯的开闭过程。（2）写入新代码，当A按钮被按下，发送指定测试信息到物联网平台，登录物联网平台确认是否收到信息。6．提示：提醒学生连接舵机时一定要将舵机的电源线和控制信号线正确插入扩展板对应的端口上，否则舵机将无法正常工作甚至损坏。如果舵机无法正常工作，可能是接线问题，或者将舵机移到不同端口进行测试，例如常用的PO端口。领取实验器材。连接硬件。 通过观看微课或自学课本 P80～84，了解舵机的正确接线方式及相关知识。          动手调试，及时解决遇到的问题。 充分利用生活中的材料辅助设计创客作品，能通过自学微课或课本，接入新的传感器，并通过编程平台调试，确认硬件是否可以正常工作。   任务驱动，自主探究1.物联网门铃：（1）写入代码，当A按钮被按下，主控板通过物联网模块发送特定信息到物联网平台。（2）用浏览器打开物联网平台，在工作间查看是否收到指定信息。2.智能门锁：（1）布置任务：自行测试智能门锁开闭的方式。有困难，可查阅教材P83的内容。 动手实践，完成物联网门铃程序的代码编写和上传，观察物联网平台是否收到信息。 动手实践，完成智能门锁的代码编写和上传，测试智能门锁是否能通过物联网控制开闭功能。模拟实现现实生活中的智能门锁功能，让学生在动手探究中，学会解决遇到的各种问题，想办法实现预设的功能。在尝试过程中，更深入地了解物联网模块和舵机的应用。  （2）演示学生代表作品，引导其他学生提问，思考如何实现作品设计及解决遇到的问题。学生代表交流在探究过程用到的知识技能及存在的困惑。（3）演示讲解开源硬件通过接收物联网平台的指定信息，实现门锁的开闭功能，让学生模仿练习。（4）引导学生思考门锁关闭的不同情况，实现门锁智能闭合。    认真观察教师演示，在理解的基础上构思作品功能。  实践创新在原有作品基础上，尝试实现智能门禁更多的功能，例如密码、语音提示等功能，甚至可以结合摄像头，实现面部识别等功能，让智能门禁更智能。小组合作，延伸作品应用场景，讨论设计新的创客作品。突破教学框架，尝试设计原有作品的延伸功能，设计新作品。  总结1．总结：通过这节课的学习，你对物联网的认识有哪些改变？2．请同学们在课余时间，从因特网、图书馆或书店查找有关资料，提高对物联网的认识。回答问题。 活动向课外延伸。师生一起总结所学知识和技能，进一步理解物联网在生活中的应用。鼓励学生课外学习。  教学反思方向1．对物联网的概念是否理解，是否了解在生活中的物联网实际应用。2．本活动综合性较强，使用了一定的手工材料，需根据学校条件进行规划，确定所用的材料。机房条件不足，可以让学生在家做好门框或房子模型，再带来。如果无法实现可以适当省略部分外观设计。3．是否能独立测试物联网的连接状态，尝试解决制作过程中出现的各种问题。4．是否让学生自学或小组合作进行探究实践和项目总结，在充分交流中解决问题。5．评价时，是否以项目展示和过程性评价为主，多鼓励学生积极参与并体验动手实践的乐趣。能否引导学生将所学知识，应用到现实生活中，并思考如何用开源硬件结合物联网解决现实中的问题。