第11课 物联网数据的获取 -教学设计 2023—2024学年浙教版（2023）初中信息技术七年级下册

教学设计 课程基本信息 学科 信息科技 年级 七年级 学期 春季 课题 第11课 物联网数据的获取 教学内容与学习对象分析 本课是第三单元第1课，本课内容与上一单元传感器的应用、无线通信技术、物联网协议紧密关联。上一单元基于物联网感知层、网络层、平台层、应用层的各层具体科学原理展开，本课以数据为主线，阐述数据“获取—传输—接收”的过程，同时也为后续数据处理与应用做好准备。 本课内容主要包括“物联网数据获取方式”“物联网数据发送与接收”。本课遵循“数据”“信息处理”两条逻辑主线，响应课程标准中“物联网实践与探索”模块中内容要求3、内容要求4。 “物联网数据获取方式”包含识别技术、传感技术、定位技术等多样化的数据获取方式。“物联网数据发送与接收”应用物联数据中台发送和接收数据。 七年级的学生，观察细节的感受力、辨别事物差异的准确率均在逐渐发展。抽象逻辑思维开始由“经验型”向“理论型”转化。 上一单元，学生了解了传感器、识别技术等相关知识，为本课物联网数据获取方式的选择做好了准备；而通信技术、MQTT协议订阅模型的原理解析，为本课理解和实现“获取、传输、接收数据的过程”打下基础。部分学生体验过手机公交车查询App、汽车导航等生活中的物联网应用，但是因为生活中的物联网系统较为复杂，学生在上一单元分别学习物联网各层的功能原理，但对于物联网数据的获取、发送、传输和接收过程的整体认知尚未形成，对数据流转的分析较为困难。因此学生学习本课知识时，通过实验操作、现实物联应用问题分析来厘清相关知识、运用知识。 教学目标分析（含核心素养导向） 1. 通过选择物联网感知层多样化的感知与识别技术，了解物联网数据的获取方式。 2. 通过物联网数据的获取、发送、传输和接收实验，了解物联网数据传输的原理，体会万物互联的实现过程。 教学重点：物联网感知层多样化的数据读取方式，物联网数据的获取、发送、传输和接收过程。 教学难点：物联网数据的获取、发送、传输和接收过程。 教学过程 （一）感知 活动1：讨论校园农场数据获取方式 【活动描述】 学生小组讨论校园农场数据获取方式。 【学生活动】学生阅读课本p63，并结合本组搭建的物联子系统，两人小组讨论表1问题并记录。 表1 校园农场物联子系统数据获取方式设计表 问题 讨论结果 这种植物需要什么生长环境？ 校园农场物联系统能够监测哪些环境数据？ 用什么方式做好记录并保存数据？ 代表性小组汇报，其他小组补充。 【教师活动】在学生讨论过程中，关注学生讨论的情况，协助学有困难的学生解决问题。选择 2—3个小组代表以备分享。在学生汇报分享时，邀请典型代表上台分享。强调根据现有实验套盒中的传感器，确定本小组需检测的环境数据。引导学生比较不同数据记录保存方法。 【设计意图】引入真实的问题情境，选择数据获取方式，提升学生的信息鉴别力。通过交流研讨达成共识：确定校园农场物联系统需要采集什么数据，采用哪种传感器获取数据，通过物联数据中台积累数据。 （二）建构 活动2：实现物联网数据发送与接收 【活动描述】 学生使用实验板、物联数据中台获取环境数据，思考数据在物联网中的传输过程。 【学生活动】 1.学生两人一组，观看“平台新建项目主题微课”“实验板发送程序修改参数微课”视频，完成物联数据中台部署、实验板代码修改。（如图1） 图1 物联数据中台部署、实验板关键代码修改 具体步骤如下： （1）新建项目和主题：在物联数据中台上新建项目和主题。 （2）实验板发送数据：打开半成品程序“实验板发布待修改程序.py”，修改参数：useId（用户ID）、projectId（项目ID）、传感器采集数据、主题名。运行平台接收数据。 2. 观察数据，讨论数据传输过程。 （1）两人小组下载平台数据，填写观察发现。 （2）组内讨论：物联网数据是如何传输到平台的？ 3. 三组代表展示观察发现，一组说明数据传输过程，其他组补充。 【教师活动】 1. 在学生活动操作过程中教师巡回指导，对程序调试失败的学生给予针对性指导。 2. 在学生填写观察发现和讨论的过程中，教师巡视，实时了解学生的填写情况，引导学生从时间、内容、硬件现象等多个维度观察梳理，巡视收集不同的小组意见，为下一步的分享做铺垫。 3.请三组代表性学生展示下载的平台数据、分享观察发现，其他小组补充，生成实验改进需求。展示实验板发送数据至物联数据中台示意图，请学生小结物联网数据是如何传输到平台的。 图2 实验板发送数据至物联数据中台示意图 【设计意图】 让学生根据项目需求自主设置项目、主题、修改代码。生成传感器采集、网络发送、平台汇集的技术体验，达成收集数据的工程实现。采集数据的观察分析，为实验项目改进埋下伏笔：数据雷同，需合理设置采集的时间和间隔。 活动3：设计主题发布时间和频次 【活动描述】 两人小组设计温度主题发布的时间和频次。 【学生活动】 1. 小组设计主题发布时间和频次。组内讨论并填写表4。 表4 主题消息最佳发布时间、频次及原因设计表 主题消息最佳的发布时间及原因 （什么时候开始采集数据数据？为什么？） 主题消息最佳的发布频次及原因 （间隔多长时间采集一次数据？为什么？） 注：物联平台最多存储500条消息。 2. 两组展示主题消息最佳发布时间、频次及原因，其他组补充。 【教师活动】 1．在学生填写表格时，教师巡视，实时了解学生的表格填写情况，对设计困难的小组给予针对性指导。重点观察哪些学生填写的内容具有“互补性”，挑选有代表性的小组作品备展。 2. 小组汇报展示过程中，引导学生对比不同的发布时间、频率的可操作性和对发现数据规律的作用，结合学生的汇报进行补充和小结。 【设计意图】 主题消息发布时间频次分析，是结合对平台接收到的数据的观测、硬件限制、数据应用需求思考，来合理设置系统参数改进系统。 （三）应用 活动4：生活应用中的数据获取方式、发送接收分析 【活动描述】 学生讨论日常生活信息科技应用中的数据获取方式和数据发送接收过程。 【学生活动】 1.小组选择以下一个问题，讨论数据获取方式和数据发送接收过程： （1）手机上的公交车查询专用App为什么能将车辆的到站信息标记的基本准确？ （2）有些汽车导航系统会提示红绿灯倒计时状况，甚至精确到红灯还剩几秒转绿灯，其中的数据是如何得到的？ （3）餐馆是如何实现多人扫同一个二维码一起点餐的？ 2.每个问题1-2个代表性小组分享观点。 【教师活动】 1. 小组讨论中，聆听学生讨论，引导学生应用发布者、物联平台、订阅者角色模型解析生活中物联网应用，遴选有代表性的观点备展。 2. 小组观点分享时，引导学生开展质疑和对话，形成不同观点的碰撞。结合学生的汇报进行补充和小结。 【设计意图】通过应用“物联网数据的采集、发送接收模型” 剖析生活中的物联网应用，进一步达成了解物联网数据读取方式和数据获取、发送、传输和接收过程的教学重点。培养了应用所学的知识，解析新技术新应用的意识和能力。 （四）梳理 【活动描述】 学生梳理物联网数据获取、发送、传输和接收，在教师的引导下不断完善自己的知识体系。 【学生活动】 1. 围绕问题“数据的获取方式有哪几种？分别是怎样实现的？” 以四人小组分享物联网数据获取方式、发送与接收过程，并对彼此的学习成果进行点评和补充。 2. 两组代表上台分享梳理成果，其他组进行提问和补充。 【教师活动】 1. 提出问题，在学生小组讨论时，教师巡视指导，及时解答学生的疑问，并引导学 生深入思考和总结。 2. 在小组代表分享时，教师认真倾听，对学生的梳理成果进行点评和补充，帮助学生完善知识体系。 【设计意图】 通过对传感器获取数据、平台接收数据、终端订阅接收数据的总结和对比，让知识进一步巩固内化。通过讨论分享，培养学生的合作精神和表达能力，提升学生的学习效果。 备注：教学设计应至少含教学内容与学习对象分析、教学目标分析（含核心素养导向）、教学过程等三个部分，如有其它内容，可自行补充增加。文档字体请使用“黑色，宋体，五号”。 学科网（北京）股份有限公司 $$