第四单元 探索1 物联系统原型的搭建 教学设计2025-2026学年苏科版（2023）初中信息科技八年级下册

课时编号 002 备课时间 上课时间 课　　题 探索1 物联系统原型的搭建 教学目标 信息意识： 1、能识别生活中智能照明应用场景，对比传统照明，明确智能照明优势，感知物联网在其中的应用价值。 2、理解智能路灯系统工作原理及数据传输、处理过程，增强对物联网数据信息的敏感度。 计算思维： 1、能拆解智能路灯物联系统搭建任务，分析系统各组成部分功能及数据流向，建立系统思维。 2、针对不同实验环节，运用算法思维制定合理的控制策略，如设置路灯开关阈值。 数字化学习与创新： 1、借助开源硬件、物联网实验平台及编程软件，自主探究智能路灯物联系统搭建方法，提升实践操作能力。 2、尝试对搭建方案和控制策略进行创新优化，培养创新意识和解决实际问题的能力。 信息社会责任： 1、认识到智能路灯系统对校园节能、便捷生活的积极意义，树立正确的信息技术应用观。 2、了解物联网数据安全的重要性，在实验过程中遵循规范，保护数据隐私和设备安全。 教学重点 1、深入理解物联网系统原型结构，特别是智能路灯系统中感知层、网络层、应用层的具体实现。 2、掌握利用智能开发板、传感器等硬件搭建物联系统原型的方法，以及数据采集、传输和处理过程。 3、熟悉基于 MQTT 协议的 SloT 物联网实验平台的使用，实现对路灯的本地及远程控制。 教学难点 1、剖析数据在智能路灯物联系统中的驱动机制，根据实际需求精准制定数据处理和控制策略。 2、解决搭建和调试过程中的技术问题，如硬件故障排查、程序优化及网络连接异常处理。 教学方法 1、讲授法：系统讲解智能路灯物联系统相关概念、原理和操作方法，确保学生掌握基础知识。 2、实践法：安排学生亲自动手搭建硬件、编写程序、调试系统，在实践中深化对知识的理解和应用。 3、小组合作法：组织学生分组完成实验任务，促进学生间的交流合作，培养团队协作精神。 4、案例分析法：通过展示实际生活中的智能路灯案例，引导学生分析其技术要点和应用优势。 教学准备 1、硬件设备：智能开发板（如 Arduino 板）、光线传感器、LED 灯模块、数据线、Wi-Fi 模块、电源等，确保每组学生一套。 2、软件工具：Arduino IDE 编程软件、SloT 物联网实验平台软件、MQTT 协议相关工具软件。 3、教学资料：制作精美的 PPT 课件，包含智能路灯原理动画、操作演示视频、案例图片；准备实验任务单、评价量表等纸质资料。 教　学　过　程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入（5 分钟） 1. 展示一段校园夜晚智能路灯自动调节亮度的视频，提问：“同学们，视频里的路灯和普通路灯有什么不同？” 2. 列举生活中其他智能照明场景，如商场、智能家居中的照明系统，引导学生思考智能照明的优势。 1. 认真观看视频，积极回答问题，指出智能路灯能自动调节亮度等特点。 2. 结合生活经验，思考并分享智能照明在节能、便捷等方面的优势。 通过直观视频和生活实例，引发学生兴趣，快速引入本节课主题，让学生对智能路灯有初步感性认识。 知识讲解（10 分钟） 1. 智能路灯系统原理讲解： 结合 PPT 和动画，以智能路灯系统为例，详细讲解物联网系统原型的三层结构。 感知层：举例说明光线传感器如何感知环境光线，类比人体通过皮肤感知温度，让学生理解感知层的功能。 网络层：介绍 Wi-Fi 等无线通信方式在数据传输中的作用，可比喻为快递运输，将数据从一个地方送到另一个地方。 应用层：讲解应用层如何根据感知层数据实现路灯开关和亮度调节，如根据时间和光线强度自动控制，类似手机根据设置自动调整屏幕亮度。 2. MQTT 协议简介： 以生活中的订阅报纸为例，解释 MQTT 协议 “客户端 - 服务器” 的消息发布 / 订阅模式。说明在智能路灯系统中，如何通过该协议实现设备间的通信和控制。 1. 认真倾听讲解，通过类比理解物联网系统原型结构和 MQTT 协议原理。 2. 积极回应教师提问，加深对知识的理解。 系统传授智能路灯物联系统核心知识，通过生动类比帮助学生理解抽象概念，为后续实践操作奠定理论基础。 实验演示（10 分钟） 1. 本地控制单盏路灯系统演示： 连接智能开发板、光线传感器和 LED 灯模块，展示硬件连接方式。 打开编程软件，编写程序，设置光线阈值，演示如何根据光线强度控制 LED 灯亮灭。 操作过程中，详细讲解每一步的目的和原理，如传感器数据读取、程序逻辑判断等。 2. 远程控制单盏路灯系统演示： 将智能开发板接入 Wi - Fi 网络，配置 SloT 物联网实验平台参数，建立设备与平台连接。 编写程序，实现智能开发板向实验平台发送光线数据，以及接收平台控制指令。 演示通过实验平台远程控制 LED 灯的开关，强调网络通信和平台控制的关键环节。 1. 仔细观察教师的硬件连接和编程操作，理解本地和远程控制的实现过程。 2. 记录关键步骤和要点，如有疑问及时提问。 通过直观演示，让学生清晰了解智能路灯物联系统本地和远程控制的操作流程和技术要点，为学生自主实践提供清晰范例。 小组实践（15 分钟） 1. 将学生分成小组，发放实验任务单和硬件设备。任务单包括本地控制单盏路灯、远程控制单盏路灯两个任务。 2. 巡视各小组，观察学生操作情况，及时给予指导和帮助。如小组在硬件连接或程序调试遇到问题，引导学生检查线路、排查程序错误。 1. 小组内分工协作，根据任务单要求进行硬件连接和程序编写。 2. 积极尝试解决遇到的问题，如参考教材、同学间交流或向教师请教。 培养学生团队合作精神和动手实践能力，让学生在实践中巩固知识，提升解决实际问题的能力。 成果展示与交流（10 分钟） 1. 组织各小组依次展示实验成果，包括硬件连接实物、程序代码和控制效果演示。 2. 引导其他小组认真观看，提出问题和建议，教师进行点评和总结。点评时，肯定小组的努力和成果，指出存在的问题和改进方向，如程序优化空间、硬件连接合理性等。 1. 小组代表上台展示实验成果，介绍实践过程和遇到的问题及解决方法。 2. 其他小组成员认真倾听，提出问题和建设性意见，思考自身小组的改进方向。 锻炼学生的表达能力和展示能力，促进小组间的交流与学习，通过教师点评引导学生进一步完善实验成果，培养学生的批判性思维。 拓展思考（5 分钟） 1. 提出问题：“如何进一步优化智能路灯系统，使其更节能、更智能？” 2. 引导学生结合所学知识和生活经验，思考新的功能和应用场景，如结合人体红外传感器实现有人靠近时路灯自动变亮。 1. 认真思考问题，积极发言，分享自己的想法和创意。 2. 听取其他同学的观点，拓展思维，激发创新意识。 启发学生思考智能路灯系统的优化方向和创新应用，培养学生的创新思维和对信息技术的探索精神。 教学反思 在知识讲解环节，尽管使用了类比法帮助学生理解抽象概念，但部分学生理解仍有困难。后续可增加更多互动环节，如让学生举例说明物联网系统结构在生活中的类似场景，加深理解。 小组实践过程中，发现部分小组分工不合理，导致实践进度缓慢。在今后教学中，应加强对小组分工的指导，确保每个学生都能充分参与并发挥作用。 从学生成果展示来看，部分小组在程序优化和创新功能实现上存在不足。后续教学可提供更多拓展案例和资料，引导学生进行更深入的思考和实践。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$