第五单元 物联网的综合应用—组建智能阅览室简易物联系统　探索2 简易物联系统的搭建　教学设计　2024—2025学年苏科版（2023）初中信息技术八年级下册

主备人 实施人 实施时间 总第 课时 课　　题 探索2 简易物联系统的搭建 教 学 目 标 1、知识与技能目标 学生能够深入了解智能阅览室简易物联系统搭建所需的硬件设备（如传感器、执行器、智能开发板等）的功能、特点及相互连接方式。 熟练掌握利用编程软件（如 Mind+）进行编程，实现智能阅览室各功能模块（如环境监测、人数统计、设备控制等）的数据采集、传输与控制功能。 学会使用物联网平台（如 SIoT）进行数据管理和系统配置，能够将智能阅览室的相关数据上传至平台，并通过平台实现远程监控和管理。 2、过程与方法目标 通过实际搭建智能阅览室简易物联系统，培养学生的动手实践能力、问题解决能力以及创新思维，使其能够在实践中灵活运用所学知识解决遇到的各种问题。 借助小组合作的方式，提升学生的团队协作能力和沟通交流能力，让学生学会在团队中发挥自身优势，共同完成复杂的系统搭建任务。 3、情感态度与价值观目标 进一步激发学生对物联网技术的浓厚兴趣和探索欲望，让学生体会到物联网技术在改善学习和生活环境方面的巨大潜力，增强学生对信息技术的认同感和责任感。 培养学生严谨认真的科学态度和勇于挑战的精神，鼓励学生在面对困难时积极思考、勇于尝试，不断提升自己的综合素质。 教学重点 1、熟练掌握智能阅览室简易物联系统硬件设备的连接与配置方法，确保硬件系统能够正常工作。 2、学会运用编程软件实现系统各功能模块的数据采集、传输和控制功能，理解编程逻辑和数据处理流程。 3、掌握物联网平台的基本使用方法，能够将智能阅览室的数据与平台进行有效对接，实现远程监控和管理。 教学难点 1、解决在硬件连接和软件编程过程中出现的各种问题，如硬件兼容性问题、通信故障、程序错误等，确保系统的稳定性和可靠性。 2、理解物联网系统中数据的流动和处理机制，以及各设备之间的通信协议和接口规范，能够根据实际需求进行系统优化和扩展。 教学方法 1. 讲授法：系统讲解智能阅览室简易物联系统搭建所需的硬件知识、编程原理和物联网平台的使用方法，为学生搭建起完整的知识框架。 2、演示法：通过实际操作演示，让学生更直观地学习硬件连接、软件编程和平台配置的关键步骤和技巧，加深学生的理解和记忆。 3、实践法：安排学生亲自动手进行智能阅览室简易物联系统的搭建，让学生在实践中巩固知识、提升技能，培养学生的动手能力和创新思维。 4、小组合作法：将学生分成小组，共同完成智能阅览室简易物联系统的搭建任务。在小组合作中，学生可以相互交流、相互学习、相互帮助，共同解决遇到的问题，培养学生的团队协作能力和沟通交流能力。 5问题驱动法：在教学过程中，提出一系列具有启发性的问题，引导学生思考和探索，激发学生的学习兴趣和求知欲，培养学生分析问题和解决问题的能力。 教学准备 1、硬件准备：足量的智能开发板（如掌控板或行空板 M10），确保每个小组至少有一块；多种传感器，包括温湿度传感器、光线传感器、人体红外传感器、声音传感器等，用于采集智能阅览室的环境信息和人员活动情况；执行器，如舵机、继电器、风扇、LED 灯等，用于实现对智能阅览室设备的控制；实验套件，包括连接线、电源、面包板等，方便学生进行硬件连接；性能良好的计算机，每小组一台，且已安装 Mind + 编程软件；稳定的网络设备，如路由器，保证网络连接畅通；物联网平台（如 SIoT），提前进行配置和测试，确保平台能够正常使用。 2、软件准备：Mind + 编程软件安装包，并提前在计算机上进行安装和测试，确保软件能够正常运行；物联网平台（如 SIoT）的相关配置说明文档和使用教程，方便学生学习和使用。 3、教学资料准备：制作内容丰富、生动形象的教学课件，包含智能阅览室简易物联系统的硬件连接图、软件编程代码示例、物联网平台操作界面截图等，以辅助教学；准备详细的学习资料，如硬件使用手册、编程教程、物联网平台使用指南等，方便学生在学习过程中查阅；为每个小组准备一张大白纸和马克笔，用于小组讨论和绘制系统搭建思维导图。 教　学　过　程 二次备课 （一）趣味导入（5 分钟） 1、展示一段智能阅览室的实际应用视频，视频中展示学生在智能阅览室中轻松借阅书籍，灯光根据环境光线自动调节亮度，空调维持室内舒适的温度，当室内人数达到一定数量时系统会发出提示，并且读者可以通过手机 APP 远程查询阅览室的座位使用情况和图书资源等。 2、提问引导：“同学们，在刚才的视频中，我们看到了一个非常智能、便捷的阅览室。大家想一想，如果让你们来搭建这样一个智能阅览室简易物联系统，你们会从哪些方面入手呢？需要用到哪些设备和技术呢？” 鼓励学生积极思考、大胆发言，分享自己的想法。 3、由此引出本节课的主题 —— 组建智能阅览室简易物联系统之简易物联系统的搭建，激发学生的学习兴趣和探索欲望，让学生对即将学习的内容充满期待。 （二）知识回顾与讲解（10 分钟） 1、知识回顾 与学生一起回顾上节课关于智能阅览室简易物联系统设计的内容，包括系统的功能需求分析（如环境监测与调控、人员进出管理与统计、图书借阅与查询管理等）和模块功能划分（如传感器模块、数据传输模块、数据分析与处理模块、执行器模块等）。 通过提问的方式，检查学生对上节课知识的掌握情况，如 “智能阅览室简易物联系统的主要功能有哪些？”“环境监测与调控功能可以划分为哪些模块？” 等，引导学生积极参与回顾，巩固所学知识。 2、搭建知识讲解 讲解智能阅览室简易物联系统搭建的整体流程，从硬件设备的选择和连接，到软件编程实现功能，再到物联网平台的配置和数据对接，让学生对搭建过程有一个全面的了解。 重点介绍搭建所需的硬件设备，展示温湿度传感器、光线传感器、人体红外传感器、声音传感器、舵机、继电器、智能开发板等硬件设备，详细讲解它们的功能、特点和在智能阅览室中的作用。例如，温湿度传感器用于实时监测室内的温度和湿度，为空调和加湿器等设备的控制提供数据依据；人体红外传感器用于检测人员的进出，实现人员数量的统计和门禁控制等功能。 介绍软件编程方面的知识，强调 Mind + 编程软件在实现智能阅览室功能中的重要作用，讲解如何使用 Mind + 进行编程，包括添加扩展库、编写代码实现数据采集、传输和控制等功能。同时，简单介绍物联网平台（如 SIoT）的基本概念和作用，让学生了解物联网平台在智能阅览室系统中的数据管理和远程监控方面的重要性。 （三）硬件搭建实践（15 分钟） 1、硬件连接演示 教师在讲台上进行硬件连接的现场演示，使用智能开发板、温湿度传感器、光线传感器、人体红外传感器等硬件设备，按照正确的连接方式进行连接。在演示过程中，边操作边强调注意事项，如接口连接要稳固，避免因接触不良导致数据传输异常；连接时要注意接口的方向，防止插反而损坏设备；不同传感器的电源线和数据线要正确连接到智能开发板的相应接口等。 例如，将温湿度传感器的数据线连接到智能开发板的模拟输入接口，电源线连接到对应的电源接口；将人体红外传感器的信号线连接到智能开发板的数字输入接口，确保传感器能够正常工作并将检测到的信号传输给智能开发板。 2、学生动手操作 学生以小组为单位，根据教师的演示和讲解，开始动手进行硬件连接。小组成员之间相互协作、相互检查，确保硬件连接的正确性。教师在教室里巡视各小组，密切关注学生的操作情况，及时解答学生遇到的问题。对于连接过程中出现硬件无法识别、连接后无反应等问题的小组，教师引导学生从硬件连接是否正确、设备是否损坏、驱动程序是否安装等方面进行排查和解决。 鼓励学生在连接过程中积极思考，尝试理解每个硬件设备的作用和连接方式，培养学生的动手能力和探索精神。 （四）软件编程实现（20 分钟） 1、编程环境介绍 打开 Mind + 编程软件，向学生详细介绍软件的界面布局，包括指令区、代码编辑区、舞台区等各个区域的功能和用途。例如，指令区提供了丰富的编程指令积木，学生可以通过拖拽这些积木来编写程序；代码编辑区用于显示和编辑程序代码，学生可以在这个区域对程序进行修改和优化；舞台区可以实时显示程序的运行效果，方便学生进行调试和测试。 演示如何在 Mind + 中添加扩展库，为后续与智能开发板和物联网平台进行通信做准备。重点讲解添加 “行空板” 和 “MQTT-py” 库的步骤和注意事项，让学生明白扩展库的作用是扩展软件的功能，使其能够支持更多的硬件设备和通信协议。 2、数据采集编程 使用 Mind + 的积木编程方式，逐步演示如何编写代码实现各种传感器的数据采集功能。例如，使用 “读取模拟值” 积木读取温湿度传感器连接的模拟输入接口的值，将其转换为实际的温度和湿度数据；使用 “读取数字值” 积木读取人体红外传感器连接的数字输入接口的值，判断是否有人经过。 在编写过程中，详细解释每一个积木的功能和作用，以及它们之间的逻辑关系。鼓励学生积极提问，对于学生不理解的地方，及时进行解答和演示，确保每个学生都能跟上编程思路。 3、数据传输编程 讲解如何使用 MQTT 协议将采集到的数据传输到物联网平台（如 SIoT）。在 Mind + 中配置 SIoT 平台的服务器地址、端口号、用户名和密码，建立与平台的连接。 使用 “发布消息” 积木将采集到的传感器数据按照指定的主题发布到 SIoT 平台上。例如，将温度数据发布到 “siot/temperature” 主题，湿度数据发布到 “siot/humidity” 主题，让学生理解数据传输的过程和原理。 4、设备控制编程 根据智能阅览室的功能需求，编写代码实现对执行器的控制。例如，当温度超过设定的阈值时，通过 “设置数字输出” 积木控制继电器打开，启动空调进行降温；当检测到有人进入阅览室时，通过 “控制舵机角度” 积木控制舵机转动，打开门禁。 引导学生思考如何根据不同的条件和需求编写合理的控制代码，培养学生的逻辑思维能力和编程实践能力。 （五）物联网平台配置与系统测试（10 分钟） 1、平台配置指导 指导学生登录物联网平台（如 SIoT），介绍平台的基本功能和操作界面。讲解如何在平台上创建设备、添加主题、查看数据等操作。 帮助学生将智能开发板与物联网平台进行绑定，确保平台能够正确接收智能开发板上传的数据。例如，在平台上创建一个名为 “SmartReadingRoom” 的设备，将智能开发板的设备 ID 与该设备进行关联，然后在平台上添加相应的主题，如 “siot/temperature”“siot/humidity” 等，用于接收和展示传感器数据。 2、系统测试 指导学生进行系统测试，检查智能阅览室简易物联系统的各项功能是否正常实现。例如，遮挡光线传感器，观察平台上显示的光线强度数据是否相应变化；模拟人员进出阅览室，查看平台上的人员数量统计是否准确，门禁控制是否正常；调节室内温度，检查空调是否能够根据设定的阈值自动启动和停止。 如果出现问题，引导学生从硬件连接、软件编程、网络连接和平台配置等方面进行全面排查和调试。例如，若数据无法上传到平台，检查 MQTT 参数配置是否正确，网络连接是否稳定；若执行器无法正常工作，检查控制代码是否有误，硬件连接是否松动等。 鼓励学生在测试过程中积极发现问题、解决问题，培养学生的问题解决能力和实践操作能力。 （六）总结与拓展（5 分钟） 1、总结回顾 与学生一起回顾本节课的主要内容，包括智能阅览室简易物联系统的硬件搭建过程、软件编程实现方法以及物联网平台的配置和系统测试要点。强调重点和难点知识，帮助学生巩固所学内容。 邀请学生分享在本节课中的收获和体会，以及在搭建过程中遇到的问题和解决方法，促进学生之间的交流和学习。 2、拓展思考 引导学生思考如何进一步优化智能阅览室简易物联系统，激发学生的创新思维。例如，提出问题：“除了现有的功能，还可以增加哪些功能，使智能阅览室更加智能化和人性化？” 鼓励学生大胆想象，提出自己的创意和想法，如增加智能推荐图书功能、利用人脸识别技术实现快速借阅等。 布置课后拓展任务，让学生查阅相关资料，了解更多物联网技术在图书馆领域的应用案例和前沿技术，尝试对自己小组搭建的智能阅览室简易物联系统进行优化和完善，下节课进行分享和交流 。 板书设计 教学反思 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$