3.1 《走进物联网世界》教案 2024-2025学年青岛版（2024）信息技术第五册

九年级第五册信息技术学科教学案 第1课 走进物联网世界 主备人： 授课人： 课型： 总课时数： 时间： ： 【学习目标】 1. 知识目标：了解物联网的概念、特征和基本架构，理解互联网和物联网的区别与联系。 2. 技能目标：通过智能插座体验活动，能提高对物联网系统架构的分析能力。 3.情感、态度与价值观目标：在对物联网探究活动中，感受物联网给生活带来的安全、便捷，树立运用物联网服 社会的意识。 【重点难点】 重点：通过智能插座体验活动，能提高对物联网系统架构的分析能力。 难点：在对物联网探究活动中，感受物联网给生活带来的安全、便捷，树立运用物联网服 社会的意识。 【智慧导入】 我想知道 ：随着互联网技术和传感技术的发展，在日常使用的设备中嵌人传感设备，便可以与物、物与物之间的通信，产生一种全新的动态网络“物联网”。什么是物联网？它有哪些特征?它的基本架构是怎样的? 1.什么是物联网，它与互联网有什么区别和联系? 2.生活中有哪些物联网应用产品? 3.一个完整的物联网应用有哪些部分构成? 【智慧碰撞】 ▲活动一：初识物联网 共享单车是城市绿色出行的一种方式。当你打开手机App使用共享自行车时，扫一扫车上的二维码就能实现单车解锁，骑行时车辆位置可以实时跟踪，还可以通过App查看还车地点信息。这就是物联网在生活中的一种应用，你了解物联网吗? 读一读：物联网(Internet Of Things,简称IoT)即“万物相连的互联网”，通过传感设备，在任何时间、地 点，按约定的协议，将相关物体与网络连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监测、控制和管理等功能。 一点通 物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。它将真实世界中的物体连接到互联网上，使得人与物、物与物之间方便地相互沟通。 想一想：物联网是如何发展起来的？你身边有哪哪些物联网应用？ 议一议 “互联网”和“物联网”虽然有一字之差，但它们两着间有什么区别和联系呢? 想一想 ：物联网技术在社会生产和生活中得到了广泛的应用。想一想:物联网技术给你的生活带来了什么样的变化? ▲活动二：物联网的主要特征 随着社会的发展，人们对智能穿戴的追求不断提高，如智能手表、智慧手环等。它们使用各种传感器记录运动、睡眠等实时数据，将这些数据与手机等设备进行司步，通过数据分析来指导人们健康地生活。这些过程是如何实现的?我们一起来探究物联网的主要特征。 想一想：物联网的主要特征有哪些？ 做一做：观察课本61页图片，写出设备名称并说明它们分别感知哪些类型的信息。 说一说 请根据课本62页图，写出各通信方式的名称并说出它们常用的场景。 议一议：在物联网中，智能处理运用了哪些 智能技术?它的作用是什么? ▲活动三： 物联网的基本架构 随着互联网、数据中心等领域的建设，物联网作为新型基础设施的重要组成部分同样得到快速发展。你知道物联网的基本架构由哪几部分组成吗?下面我们一起探究物联网的基本架构。 说一说 ： 请参考物联网的基本架构图62页图，说出每一层的名称和作用。 【智慧盘点】 议一议 请结合案例理解物联网基本架构中各层之间数据的流向。 做一做 请结合一款物联网产品，分析该产品获取数据、传输数据、提供服务的流程并简单画出流程示意图。 我的收获 思维导图 【智慧达标】 智能插座是物联网在生活中十分有体验意义的应用，可以通过无线远程控制技术实现插座开启和关闭功能。这节课，你获得了哪些知识?请进行梳理。 【智慧反思】 第2课 物联网的关键技术 主备人： 授课人： 课型： 总课时数： 时间： ： 【学习目标】 知识目标：了解物联网感知技术、通信技术，理解物联网控制与反馈的过程。 技能目标：通过电子校微体验活动，能根据控制主体选择正确的控制形式。 情感、态度与价值观目标：通过物联网关键技术的探究，体验物联网技术的强大，树立尊重科学、热爱科学的意识。 【重点难点】 【智慧导入】 物联网技术已经应用到众多领域，它可以为人们提供更加便利和智能化的服务，也为企业和社会带来巨大的价值。未来，随着科技的不断创新和发展，物联网技术也将会越来越成熟和完善。物联网有哪些关键技术?它如何对真实世界进行感知?数据如何进行通信?信息如何进行控制和反馈? 【智慧碰撞】 活动一： 物联网的感知技术 我们通过视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉来感知真实世界。物联网是如何对真实世界进行感知的?下面我们一起探索物联网的感知技术。 读一读 感知技术是物联网的基础技术之一、是自动检测和自动转换技术的总称。 传感器获取数据具有实时性，按照一定的周期采集信息并对数据进行实时更新。传感器由敏感元件、转换元件、信号调节与转换电路3个部分组成。 想一想 生活中哪些设备使用了传感器?它们分别感知哪些类型的信息? 议一议 随着人们健康和安全意识的提高，对食品质量和安全性的要求也越来越高。产品标识在产品追踪、追溯需求等方面起到了十分重要的作用。结合生活中的经验，请谈谈标识技术在物联网中发挥的作用。 读一读 射频识别技术(RFID)是一种非何接触式的自动识别技术，利用无线射频方式，在读写器相电子标签之间进行非接触的双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。 射频识别技术依据标签供电方式可即分为三类，无源 RFID、有源RFID和半有源RFID。 想一想 RFID有哪几部分组成?根据供电方式不同可分为哪几种类型? 议一议 电子标签已经广泛应用在各个领域，谈一谈电子标签的应用场景。 活动二 物联网的通信技术 商品交易通过移动支付来完成，这需要安全可靠的技术进行支持。物联网中“人与物”“物与物”之间的信息传递可以通过哪些技术来实现?下面我们一起探究物联网的通信技术。 读一读 蓝牙技术是一种开放的近距离无线通信技术，广泛应用于智能手机、智能音箱、耳机、智能手环等设备。 做一做 使用智能手机连接带有蓝牙功能的智能手环，并通过App读取手环中的健康数据。 试一试 无线局域网标准经历了几代?目前主流标准应用场景有哪些? 议一议 ZigBee技术可以基本满足我们日常生活的需求。它有什么优缺点? 想一想 NFC有哪些常用模式，它们分别应用于哪些领域? 试一试 比较下列通信技术的优势和劣势。填写课本69页表格。 活动三 物联网的控制与反馈技术 电热水器通过温度传感器检测水的温度，低于设定值时传感器将信息传送到控制器，控制器将指令发送到执行器，执行器开始加热，同时传感器实时检测水温信息反馈给控制器，当水温达到设定值时，实现关闭加热器的操作。下面我们一起探索物联网的控制与反馈技术。 读一读 在物联网中，控制与反馈的过程一般是通过传感器感用外界信息，控制器将获取的信息进行处理，以控制信号的方式传递给执行器，再由执行器要求受控对象执行。当受控对象输出信号时，信号数据同时反馈给传感器，从而对信号的再次输出产生影响，起到制约的作用，以达到预期目的。 想一想 找出智能控制的实例，分析控制流程并画出流程图。 议一议 智能设备如何实现自动控制？ 【智慧盘点】 电子校徽是物联网在智慧校园建设中的重要应用，通过无线射频识别技术实现学生进出校园的统计。这节课，你获得了哪些知识?请进行梳理。 思维导图 【智慧达标】 学生宿舍是生活、休息的场所，为保障学生宿舍生活的安全，提高学校宿舍的科学化管理水平。学校决定设计一套可以统计学生出入宿舍的管理系统。每位学生进出宿舍都会自动被记录。请你利用所学知识，帮助学校完成学生宿舍进出统计的设计方案。 【智慧反思】 第3课 物联网与生活 主备人： 授课人： 课型： 总课时数： 时间： ： 【学习目标】 知识目标: 了解物联网在智能家居、智慧物流和智慧交通中的应用。 技能目标:通过生活中物联网的应用探究，理解物联网给社会发展带来的改变。 情感、态度与价值观目标：通过温度和湿度监测体验活动，认识物联网和生活的紧密联系，学会正确使用物联网提高生活品质。 【重点难点】通过生活中物联网的应用探究，理解物联网给社会发展带来的改变。 【智慧导入】我阅读我思考 在万物互联的时代，“物联网+家居、物流、交通”等新模式、新业态不出现。物联网会让生活起居变得更便捷，可以帮我们完成烦琐的家务，通过联网监保护居家安全。物联网让物流变得更加快捷，自动化物流中心实现了自动化、网化和智能化的物流控制。物联网优化了我们的交通方式，汽车等交通工具、互联和人工智能技术的连接，定制化和个性化的服务，提高了人们的交通体验。 我想知道 1.手机如何控制空调、调节灯光?2.物联网给我们的生活带来哪些改变? 3.物联网的发展前景和趋势又将如何? 【智慧碰撞】 活动一： 物联网在智能家居中的应用 通过物联网技术，我们利用手机能够控制房间的温度，还能根据个人使用习惯，通过定位个人位置信息，实现全自动温控操作，为我们创造一个舒适的宜居环境。下面让我们一起走进智能家居生活。 读一读: 智能家居是将家庭中心各种设备通过物联网技术连接到网络，实现智能安防、灯光控制、 信息家电、 编程控制 功能的信息服务管 理系统。智能家居系统可以为人们营造安全、智能、舒适的生活环境。 想一想 实际生活中哪些家居设备实现了智能化?智能家居安全如何才能保证? 议一议 如果你是物联网工程师，请结合使用体验谈一谈智能家居的发展前景。 想一想 手机除了利用网络控制设备，还有哪些控制设备的方法? 活动二:物联网助力智慧物流 随着物联网的发展，智慧物流已经成为物流行业的重要发展趋势。未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，智慧物流的发展前景将更加广阔。下面让我们一起来了解安全快捷的智慧物流。 读一读 智慧物流以信息技术为支撑，在仓储、包装、运输、配送、流通加工、装卸搬运、信息服务等各个环节实现系统感知、全面分析，实现从源头开始商品被跟踪与管理，信息流同步于实物流，达到货物配送智能化。 想一想 通过生活体验或网络检索，说明智慧物流给生活带来了哪些方面的便捷。 议一议 以“对智慧物流的畅想”为题发表你的见解。 活动三：物联网在智慧交通中的应用 智慧交通以物联网、云计算、大数据、移动互联等技术为基础，通过对交通信息的采集、加工和处理，提供实时、动态的交通情况，如百度推出的“AI智慧交管”。下面，让我们一起来了解保障安全出行的智慧交通吧。 读一读 智慧交通是运用物联网技术，实现交通管理的智能化运输服务系统。通过对行驶车辆、驾驶员、道路3个方面进行信息数据处理，提供全面、准确、及时的交通信息，进而高效地使用公路交通资源。 想一想 城市出行会碰到交通拥堵等问题，请同学们思考我们可以借助哪些技术解决城市交通拥堵问题。 议一议 影响道路交通主要是驾驶者、车辆、道路和周边环境等因素构成。随着物联网和人工智能的发展，请思考并回答:如何才能使交通变得更加智慧，人与车之间变得更加和谐? 【智慧盘点】 思维导图 【智慧达标】 教室温湿度监测是物联网在校园生活中十分有意义的应用，通过监测温湿度信号，创造一个舒适的学习环境。这节课，你获得了哪些知识?请进行梳理。 课外实践活动 随着物联网技术的不断发展和普及，教室环境监测在教育现代化建设中扮演着重要的角色，保障了教室内环境质量。请结合温湿度监测体验，进行教室PM2.5、 PM10、二氧化碳、总挥发性有机化合物、甲醛等检测，完成教室环境监测报告，保障广大师生的健康安全。 【智慧反思】 第4课 城市智能气象站 主备人： 授课人： 课型： 新授 总课时数： 时间： 【学习目标】 1、知识目标：会使用掌控板连接WI-FI网络并获取天气数据，能利用掌控板灵活地呈现天气数据。 2、技能目标：通过城市智能气象站设计活动，学会利用物联网技术获取天气数据的方法，提高利用掌控板解决生活中问题的能力。 3、情感、态度与价值观目标：在探究利用掌控板获取 天气数据的活动中，感受物联网的神奇魅力。 【重点难点】 重点：用掌控板连接WI-FI网络并获取天气数据 难点：用掌控板解决生活中实际问题 【智慧导入】天气与人们的生产、生活息息相关。自古以来，人们发明了各种方法预测天气，以便于合理安排生产劳动和生活。今天，人们通过广播、电视和网络等手段获取天气信息。这些信息常常是由媒体机构统一发布的，难以实现信息定制。怎样设计一款基于物联网的城市智能气象站呢? 【智慧碰撞】掌控板是一款功能强大的开源硬件，在Mind+软件的支持下，它可以从天气服务平台上获取最新的天气数据。怎样通过掌控板连接WI-FI网络？如何通过物联网技术获取城市天气信息呢？ ▲活动一：掌控板连接WI-FI网络 互联网是物联网的核心和基础，设备需要首先连接到互联网，才能够与物联网平台或其他设备互联。 ▲活动二：使用掌控板获取天气信息 在网络上有一类气象服务平台，可提供气象数据服务。掌控板可以通过WI-FI网络连接气象服务平台，获取天气数据。 心知天气是一款用户库扩展，需要在用户库搜索框中搜索“心知天气”，从搜索结果中选择“心知天气”并导入它。 在Mind+的Micro Python模式下，添加“心知天气”扩展。在使用心知天气前需在其网站上注册账号并申请免费API密钥，凭此密钥的私钥获得天气数据。 ▲活动三：优化掌控板获取天气数据的使用体验 掌控板内置的陀螺仪传感器能够感知掌控板的位置变化。在Mind+中，通过“向左倾斜”“向右倾斜”等事件处理程序，同样可以实现不同城市天气便捷切换。 【智慧盘点】 1、会使用掌控板连接WI-FI网络 2、通过物联网技术获取心知天气数据 思维导图 【智慧达标】 为了快速了解多个城市的天气、气温、生活指数等数据，我们可以利用掌控板开发一款城市气象站作品，利用物联网技术获取网络天气数据显示在OLED屏幕上，并且能够非常便捷地切换不同类型的天气信息。 【智慧反思】 第5课 制作简易电子班牌 主备人： 授课人： 课型： 新授 总课时数： 时间： 【学习目标】 1、知识目标：理解MQTT协议，能够通过互联网将掌控板连接到Easy IoT平台上，掌握East IoT平台的数据显示以及指令的发送。 2、技能目标：通过研究制作简易电子班牌，了解技术与生活的关联，并从中运用新知识改造周边物品，提高查阅资料和适应新知识的能力。 3、情感、态度与价值观目标：通过电子班牌项目，提高实际操作能力，体验物联网的乐趣。 【重点难点】 重点：设计制作简易的电子班牌 难点：通过电子班牌项目，提高实际操作能力 【智慧导入】智慧校园越来越普及，在教室里，学生和老师可以通过电子班牌发布当前课程信息、班级活动和学校通知，提供师生交流和校园服务平台。电子班牌的出现，给学校教学和学生生活带来了便捷。让我们探究一下如何使用开源硬件制作一个简易的电子班牌吧。 【智慧碰撞】掌控板连接到物联网上并不是简单的事情，中间经历了很多过程，每一个阶段都是技术发展的结晶，让我们一起去探究一下物联网和掌控板之间的奥秘吧。 ▲活动一： 初识MQTT协议 MQTT协议是一种基于订阅/发布的经量级应用层协议，旨在为资源受限的设备在低带宽、不可靠的网络终端提供可靠的消息服务。 基于发布 /订阅模式的MQTT协议中有3种角色：发布者、代理和订阅者。 ▲活动二： Easy loT初体验 Easy IoT是一款专门针对中小学教学的Wi-Fi物联网平台。Easy IoT界面简单，功能强大，匹配教学需求，易用易上手。教师与学生不需要掌握复杂的搭建物联网基础知识，也能利用Easy IoT实现物联网相关应用。 一、 在Mind+编程平台中增加Easy loT功能。 1.将编程模式切换到“上传模式”，选择“主控板”类型为“掌控板”。 2.在“网络服务”中选择“Wi-Fi”“MQTT”。 3.设置“网络服务”，将“Wi-Fi连接到热点:密码:”和“MQTT初始化参数”拖动到编程界面中。设置 Wi-Fi热点名称和密码。 4.在“MQTT初始化参数”的下拉列表中选择“Easy Iot”并在下方填写 Iot_id、Iot_pwd以及Topic。 二、获取掌控板的光线值，发送到Easy loT平台。 1.在Mind+编辑器中使用光线传感器需要调用“掌控”模块中“板载传感器”下的“读取环境光强度”代码。 2.通过“网络服务”中的“MQTT发送消息”指令将光线值发送到平台上。 3.将代码下载到掌控板，等设备联网以后，打开Easy IoT平台，点击设备中的“查看详情”，观察详情里的变化。 ▲活动三：远程开关灯 使用掌控板和Easy IoT平台可以远程控制的智能灯，让我们来探究如何实现远程控制的智能灯吧。 编写程序实现EasyIoT发送消息并显示在屏幕上。 1.将掌控板联网并连接到EasyIoT平台。 2.编写接收代码，将收到的MQTT信息显示在屏幕上。 3.选择设备，点击“发送消息”指令。 4.在“发送新消息”对话框中，输入“open”并点击发送。 5.观察掌控板的效果。 【智慧盘点】 1、会制作简易的电子班牌 2、通过使用Easy IoT平台，远程控制掌控板 思维导图 【智慧达标】随着智慧校园建设的不断发展，越来越多的数字化设备进入了校园及教室。智能电子班牌能够实时显示课程表、作业、通知公告、天气预报、考勤等信息，大大丰富了学校整体的信息技术环境。电子班牌代替了传统的班级黑板报和墙体宣传，具有时效性强、操作简单等优点，是智慧校园环境下的一个很好的应用载体。 【智慧反思】 第6课 制作智慧大棚 主备人： 授课人： 课型： 新授 总课时数： 时间： 【学习目标】 1.知识目标：学习如何使用物联网技术进行远程监控和管理，理解物联网在智慧大棚中的实际应用。 2.技能目标: 通过研究制作智慧大棚，了解数据采集的方法，提升对数据分析的理解和应用能力。 3.情感、态度与价值观目标: 在制作过程中体验新技术发展给农业生产带来的便利。 【重点难点】 通过研究制作智慧大棚，了解数据采集的方法，提升对数据分析的理解和应用能力。 【智慧导入】 大棚产量受多种因素影响，包括温度、湿度、光照、土壤的湿度和二氧化碳含量等。这些因素需要合理控制，以确保能最大限度地发挥作用。其中湿度的控制可以影响植物的蒸腾作用，二氧化碳含量的调节可以影响植物的光合作用。因此，科学地管理和控制这些因素，对于提高大棚产量具有重要意义。 1.传统的温室大棚管理方式有哪些问题? 2.智慧大棚如何利用物联网设备和传感器监测环境数据? 3.制作智慧大棚需要具备哪些技术知识和技能? 【智慧碰撞】 活动一空气湿度检测 空气湿度主要体现了空气的潮湿程度。我们如何获取这个数据呢? 做一做 采集空气湿度数据并发送到Easy loT平台上。 1.将DHTI1温湿度传感器模块接到掌控宝的P13引脚。 2.按照以下步骤编写代码，完成湿度数据的采集和上传。 开始 接入Wi-Fi MQT初始化并接入 获取混度值并上传到 Easy loT 下载程序到掌控板，打开Easy IoT平台，查看是否接收到数据。 议一议 大棚内湿度过大时，通过哪些方法可以降低湿度值? 试一试 虽然湿度对农作物的生长影响相对较小，但当湿度过高时，容易引发病害。为了及时降低湿度，可以利用风扇来控制。尝试根据湿度值控制风扇运行。 添加风扇模块，连接到掌控板M2端口。（见课本94页） 活动二二氧化碳浓度检测 绿色植物的光合作用是植物生长发育的基础。光合作用离不开二氧化碳。二氧化碳浓度的高低和光合作用的效率紧密相关。我们来尝试获取一下二氧化碳的浓度吧。 读一读 大棚是一个相对封闭的环境，作物温室内不断进行着二氧化碳的吸收与释放过程，温室内的二氧化碳浓度与外界环境中的有明显的差异。温室大棚中二氧化碳的含量直接影响作物的生长，二氧化碳过多或者过少都会对作物产生一定的影响。 试一试 获取环境中二氧化碳的浓度值，发送到Easy IoT进行显示。 1.将“ENS160”连接到掌控宝，并设置模块地址为0x52。 2.在“传感器”中选择“ENS160空气质量传感器”。 3.读取二氧化碳的浓度值，将采集的数据发送到Easy IoT平台。（见课本95页） 试一试 为了更好地促进农作物生长，需要根据二氧化碳的浓度值进行调节。通常情况下，当浓度过高时，我们可以通过开窗来促进空气流动，从而降低二氧化碳的浓度。现在，我们将尝试使用舵机来控制窗户的开关，以实现二氧化碳浓度的自动调节。(提示:舵机接P15接口。) 议一议 当大棚内二氧化碳浓度过低时，我们可以采取哪些方法来增加浓度?你可以在互联网上搜索相关内容。 活动三 土壤湿度检测 严重的水短缺会导致农作物枯萎或枯死，土壤湿度过高会导致土壤通4重恶化，土壤中的微生物的生存活动会受到严重影响，这些情况都会影响农物的质量和产量。我们来探究一下如何及时获取土壤湿度状态，预防不良情的发生。 读一读 在教学中常用的土壤湿度传感器是电阻式的，其工作原理是通过在两个电极之间产生电压差来测量土壤含水量百分比，允许少量电流在电极之间流动并通过计算得到电阻值或电导率值。 做一做 常用的土壤湿度传感器一般接模拟端口，当土壤缺水时，模拟值将减小，反之将增大。（见课本97页） 【智慧盘点】 思维导图 【智慧达标】 温室大棚种植技术摆脱了季节和地理限制，使作物种类更加多样化，质量和产量也更高。然而，温室环境因素的精细调控对工作人员来说是一项繁重的任务。传统的人工方式效率低且成本高，因此建立温室监测与调节系统是必要的。近年来，物联网技术的发展使得温室大棚向智慧化、现代化与信息化发展。我们来尝试制作一个智慧大棚吧。 【智慧反思】 第三单元单元总结与实践活动 经过本单元的学习，你已经学习了物联网及其特征和基本架构，认识了物联网的主要技术，通过掌控板从物联网获取天气数据，通过EasyIoT平台实现制作电子班牌作品，还完成了智慧大棚作品的设计与制作。请你结合下面的思维导图对本单元内容进行归纳总结吧。 初识物联网 ( 第一课走进物联网世界 )物联网的主要特征 物联网的基本架构 体验智能架构 物联网的感知技术 ( 第2课 物联网的关键技术 ) 物联网的通信技术 物联网的控制与反馈技术 探究电子校微原理 物联网在智能家居中的应用 ( 3课 物联网与生活 )物联网助力智慧物流 物联网在智能交通中的应用 探究智能家居盖湿度检测原理 掌控板连接Wi-Fi网络 ( 第4课 城市智能气象站 ) 使用掌控板获取天气信息 优化掌控板获取天气数据的使用体验 制作城市智能气象站 ( 第5课 制作简易电子班牌 )初识MQTT协议 EasyloT初体验 远程开关灯 制作智能电子班牌 空气湿度检测 ( 第6课 制作智慧大棚 )二氧化碳浓度检测 土壤湿度检测 智慧大概项目设计与制作 【智慧盘点】 思维导图 【智慧达标】 1.漫长的寒假中，教室里的花可能会因为无人照顾而枯萎。班长提议通过物联网实现一个班级植物照料系统，希望系统可以实时监测花盆的湿度，一旦发现花盆湿度过低，则开启水泵自动浇水;通过物联网获取次日气温数据，若气温过低则给出报警信息。请根据你所学习的知识，完成这套系统的设计制作。 2.下学期乐乐的班级要进行班委会竞选。老师要求此次竞选班委会通过民主投票方式进行。乐乐提出通过物联网技术开发一套投票系统，他的方案是每位同学都用掌控板连接物联网投票，平台接收到投票数据后在后台进行统计，最终以得票数量决定新班委人选。你能帮助乐乐设计这套系统吗? 【智慧反思】 第 页 有志者事竟成。（励志名言） 学科网（北京）股份有限公司 $$