第21课 文物保护新手段 教学课件 2025—2026学年人教版（2024）初中信息技术八年级全一册

第21课　文物保护新手段 第21课　文物保护新手段 01 ---场景分析 1 2 了解物联网在文物保护中的应用。 学习目标 通过博物馆环境监测系统的实践探索，掌握利用物联网解决问题的方法，并能迁移应用于解决其他问题。 第21课 学习目标 华夏民族在漫长的发展历程中，留存下了无数宝贵的历史遗存。守护这些文物，实则是在守护历史的脉络，传承文明的火种。当你走进博物馆参观时，是否留意过那些悄然运作的物联网技术？它们在文物保护工作中，又扮演着怎样的重要角色呢？ 问题情境 第21课 课堂导入 学习内容 一 探索物联网在文物保护中的应用 二 博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 某博物馆中的导览机 第21课 学习内容 一、探索物联网在文物保护中的应用 第21课 学习内容 一、探索物联网在文物保护中的应用 视频来源于科普中国 河南某博物馆馆长对莫高窟的洞内环境监测系统非常感兴趣，想开发一款物联环境监测系统来监测馆内的实时温度变化，你能帮助他吗？ 第21课 学习内容 一、探索物联网在文物保护中的应用 传统的环境监测： 数据不能实时呈现，查看麻烦。 第21课 学习内容 想一想： 配备了物联系统的博物馆环境监测与传统的环境监测有什么区别？ 物联系统环境监测： 数据可以在大屏幕上实时更新，也可以发送到手机和计算机上，查看方便。 一、探索物联网在文物保护中的应用 同学们，你们能利用所学知识，为该博物馆设计物联环境监测系统吗？ 第21课 学习内容 二、博物馆环境监测系统实践 改造前 改造后 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 二、博物馆环境监测系统实践 温度、湿度、光照强度…… 如何实时监测博物馆中的温湿度？ 博物馆环境监测系统 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 探究博物馆环境监测系统的功能实现 你想实时监测博物馆中的哪些环境数据？ 本小组探究的核心问题是： 确定主题： 二、博物馆环境监测系统实践 确定本小组探究的主题：搭建博物馆环境监测系统实时监测博物馆中的温湿度。 如何搭建博物馆环境监测系统呢？ 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 探究博物馆环境监测系统的功能实现 二、博物馆环境监测系统实践 需求环节 功能描述 采集数据 传输与存储数据 分析处理数据 反馈与控制 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 分析博物馆环境监测系统的功能需求 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 需求环节 功能描述 采集数据 实时获取当前环境的温湿度 传输与存储数据 将获取的数据发送到掌控IOT服务平台 分析处理数据 利用物联网服务平台上的数据图表，分析环境数据是否在阈值范围之内 反馈与控制 实时显示温度和湿度，若温湿度超出阈值范围，则执行打开或关闭空调、打开或关闭恒湿器的操作 分析博物馆环境监测系统的功能需求 二、博物馆环境监测系统实践 填一填：各功能的实现需要用到哪些设备、软件及平台？（可以采用文字、简笔画等形式） 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 分析博物馆环境监测系统的功能需求 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 温度传感器、湿度传感器 MQTT 服务器 可视化图表分析 控制风扇 分析博物馆环境监测系统的功能需求 填一填：各功能的实现需要用到哪些设备、软件及平台？（可以采用文字、简笔画等形式） 二、博物馆环境监测系统实践 试一试：根据需求分析和功能实现，拖动右边的模块，完成流程图。 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 获取温度和湿度数据 温度是否在 阈值区间 湿度是否在 阈值区间 上传数据到物联网服务平台 打开风扇 设置网络及物联网服务平台 关闭风扇 分析博物馆环境监测系统的功能需求 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 一、实验原理 传感器采集：DHT11 采集温湿度，光线传感器输出模拟值反映光照； 逻辑控制：温度触发条件判断，控制 GPIO 引脚电平、PWM 输出； MQTT 通信：通过客户端 ID、用户信息连接平台，实现数据上云基础； OLED 显示：实时刷新环境数据，可视化呈现。 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 二、实验器材 硬件：掌控版扩展版、DHT11 温湿度传感器、光线传感器（掌控版自带）、RGB灯（掌控版自带 ） 软件：编程平台（Mpython ）、MQTT 服务器（掌控 IoT 平台 ） 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 三、核心流程图 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 模拟实现博物馆环境监测系统功能 四、 根据实验手册连接掌控版和传感器。 二、博物馆环境监测系统实践 第21课　文物保护新手段 02 ---功能实现 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 五、设置物联网平台 登录物联网服务平台 添加 项目 添加设备、 主题 网络 配置 模拟实现博物馆环境监测系统功能 二、博物馆环境监测系统实践 1.登陆掌控IOT平台，创建3个主题，命名为温度、湿度、光照强度 2.添加设备---命名为掌控版 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 五、设置物联网平台 用数据量化环境影响，提前干预保护文物 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 五、编写程序--依据实验手册 用数据量化环境影响，提前干预保护文物 二、博物馆环境监测系统实践 网络与 MQTT 配置： 填写 Wi-Fi 名称、密码，设置重试次数； 配置 MQTT 客户端信息（client_id、user、password ），建立连接。 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 五、编写程序--依据实验手册 用数据量化环境影响，提前干预保护文物 二、博物馆环境监测系统实践 2.传感器与控制逻辑： 循环读取 DHT11 温度，判断是否＞28℃； 温度超标时：读 P2 模拟值，映射到 0 - 1023 范围，赋值给 speed； 控制 P0 输出 LOW，P1 输出 speed 对应的 PWM； 温度正常时：P0 输出 LOW。 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 五、编写程序--依据实验手册 用数据量化环境影响，提前干预保护文物 2.传感器与控制逻辑： 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 六、编写程序--依据实验手册 用数据量化环境影响，提前干预保护文物 3.OLED 显示设计： 清空显示缓存，依次设置 4 行内容：标题、温度、湿度、光线值； 触发显示生效，实时刷新屏幕。 二、博物馆环境监测系统实践 同学们，你们的设计非常好，分享一下你们的实验现象吧！ 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 现象观察 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 完成实验任务单一 试一试：用传感器获取当前环境的温度与湿度并在掌控板上实时显示，将获取的数据记录在任务单的表格当中。 环境位置 温度 湿度 模拟实现博物馆环境监测系统功能 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 数据实时显示了吗？ 采集数据 试一试：用传感器获取当前环境的温度与湿度和光照强度数据，并在主控板上实时显示，将获取的数据记录在表格中。 二、博物馆环境监测系统实践 物联网服务平台可以查看这些数据呢？采集到的数据被保存在哪里？ 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 模拟实现博物馆环境监测系统功能 保存位置：平台自有数据库 ：大部分物联网服务平台都有自己的数据存储解决方案。 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 传输与存储数据 掌控板：读取传感器数据并通过网络发送给物联网服务平台。 物联网服务平台：数据的存储与转发。 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 传输与存储数据 物联网服务平台实时查看数据 登录掌控IOT服务器，点击相应主题，即可查看数据。 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 实验现象分享 二、博物馆环境监测系统实践 第21课　文物保护新手段 03 -----数据处理 哇，果然能看到数据啦！ 传感器记录的数据能下载吗？如果 想要对一段时间内的数据进行可视化分 析，同学们有什么好的方法吗？ 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 模拟实现博物馆环境监测系统功能 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 1.分析处理数据 试着改变环境状态，看看你们获取的数据有变化吗？说一说你们监测到的环境数据变化情况。 获取的环境数据： 采集数据的环境： 数据分析形式： 　（A．物联网服务平台 B．电子表格 C．Python模块） 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 2.分析处理数据 试着改变环境状态，看看你们获取的数据有变化吗？说一说你们监测到的环境数据变化情况。 获取的环境数据： 采集数据的环境： 数据分析形式： 　（A．物联网服务平台 B．电子表格 C．Python模块） 温度、湿度 文物附近 二、博物馆环境监测系统实践 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 电子表格数据分析 导出查询结果 下载数据 利用电子表格中的图表进行可视化分析 二、博物馆环境监测系统实践 第21课 学习内容 3.可视化处理---方式一 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 Python模块 可以用Python中的绘图库绘制温湿度变化趋势图--参考实验手册。 用plt.plot ( )绘制折线图 用plt.bar( )绘制柱形图 用plt.scatter( )绘制散点图 用plt.title ( )设置标题 用plt.figsize ( )制定画布大小 准备横坐标、纵坐标数据 数据准备 设置画布和标题 绘制图表并显示 二、博物馆环境监测系统实践 4.可视化处理---方式二 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 请老师根据教学实情，展示学生作品成果。 成果展示 二、博物馆环境监测系统实践 查找不同文物的保存环境要求，确定环境数据阈值。 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 反馈与控制 文物类型 适宜温度范围 适宜湿度范围 木器漆 油画、书画、古籍、文献、碑帖 青铜器 织绣 二、博物馆环境监测系统实践 该馆长希望当监测系统监测到环境数据异常的时候，能自动触发相应的保护措施。 第21课 学习内容 实践导入 探究实践一 探究实践二 探究实践三 实践总结 思考：增加自动保护功能。 温度过高或过低 自动打开或关闭空调 湿度过高或过低 自动打开或关闭恒湿器 反馈与控制 二、博物馆环境监测系统实践 　　1．按照采集数据、传输与存储数据、分析处理数据、反馈与控制四个环节分析博物馆环境监测系统的功能需求。 　　2．用温度传感器、湿度传感器实时获取环境中的温湿度；利用继电器模拟空调及恒湿器的开启和关闭；利用主控板将数据实时发送到物联网服务平台，可以实现数据存储及可视化呈现。 　　3．通过阈值探究，设计算法实现反馈与控制。 第21课 课堂总结 1．系统运行一个月后，该博物馆馆长感觉本系统所监测的数据过于单一。你觉得除了为文物营造恒温、恒湿的环境，还有哪些环境因素值得关注？请在本项目的基础上，为为博物馆环境监测系统增加一个新的功能。 第21课 拓展与提升 比如：数据联动与预警： 当光照 / 紫外线强度超过阈值时，系统自动触发预警（声光报警 + 移动端推送），同时联动遮光帘关闭或灯光调暗。 生成日报 / 周报，分析光线变化趋势（如季节、时段对展区光线的影响），辅助制定文物展出周期（如敏感文物定期轮换避光保存）。 Lavf58.20.100 $$