2.4 基于物联网的信息系统教学设计-2025-2026学年教科版高中信息技术必修二

该高中信息技术教学设计聚焦物联网信息系统的三层架构及工作过程，以校园绿植养护痛点导入，引导学生将自动监测浇水问题转化为技术问题，结合已有信息系统知识，通过小组画系统草图、传感器与感官连线活动搭建知识支架。 以项目式学习为主线，设计“智慧绿植管家”实践，学生小组合作设计系统方案，编程模拟传感器数据采集和决策，培养计算思维与数字化学习创新能力，真实情境激发信息意识，助力教师突破重难点，提升学生问题解决与创新兴趣。

基于物联网的信息系统 一、教材分析 本节课内容对应教科版必修二《信息系统与社会》 中 “2.4 基于物联网的信息系统”。该节教材以“探究基于物联网技术的图书馆”为例，侧重于对现有物联网系统的分析和体验，引导学生了解RFID、传感器等技术，并通过实例体验物联网的应用。 二、学情分析 在学习“2.4 基于物联网的信息系统”之前，学生已经对信息系统的基本概念有了一定了解，知晓信息系统包含输入、处理、输出等基本环节。日常生活中，学生也或多或少地接触过一些简单的信息技术应用，例如使用电子设备查询信息等。然而，对于物联网这一相对前沿的技术，多数学生可能仅停留在听说过的层面，对其具体内涵和工作原理知之甚少。但是物联网技术是当今科技领域的热点之一，与学生的日常生活密切相关，如智能家居、智能交通等。因此，大多数学生对这部分内容会表现出较高的兴趣。他们渴望了解物联网技术如何改变我们的生活，以及如何利用物联网技术解决实际问题。 三、教学目标 1.能通过生活中用到的传感器来了解和认识其用途 2.能描述物联网信息系统的基本架构及各层功能 3.能认识到传感器是物联网的基础 4.能通过小组合作探究，体验物联网系统中数据采集、传输、处理与反馈控制的基本工作过程。 5.感受物联网技术对生活、学习的积极影响，激发对信息技术创新的兴趣。 四、教学重难点 重点：物联网信息系统三层架构的理解；物联网系统“感知->传输->控制”的工作过程体验。 难点：将实际问题抽象为可由物联网系统解决的模型；理解数据在层层之间的传递与转换逻辑。 五、教学过程设计 一、创设情境，引发思考 （1）发现校园中的“痛点” 师（展示图片）：同学们，这是我们学校公共区域的绿植。大家有没有发现，在假期或周末过后，有些植物会显得无精打采？这说明了什么问题？ 生：讨论并回答。（可能回答：没人浇水、养护不及时等） 师：是的，传统的养护方式依赖人工，存在不确定性。能否利用我们所学的信息技术，让绿植管理变得更智能、更科学？ 师生互动：教师引导学生将“绿植养护”这个实际问题，转化为信息技术可以解决的问题，即“如何自动监测土壤湿度并在需要时自动浇水”。 二、活动引领、知识构建 （2）知识铺垫，构建框架 师：要实现这个想法，我们需要一个“物联网信息系统”。大家回忆或查阅资料，思考这个系统应该由哪几部分组成？它能模拟人的哪些行为？ 生：以小组为单位讨论，尝试画出系统草图。学生可能会提到：需要传感器（代替眼睛看）、控制器（代替大脑想）、浇水装置（代替手操作）、网络（传递信息）、APP（监测数据）。 师：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息按一定规律转换为电信号或其他所需形式，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。（概念引出） 师：传感器的功能与人类五大感觉器官的功能请同学们进行一下连线。 (1)光敏传感器 听觉 (2)声敏传感器 嗅觉 (3)气敏传感器 视觉 (4)化学传感器 触觉 (5)压敏传感器、热敏传感器 味觉 学生根据已有生活经验，进行上述连线教学活动。 师：总结并引出物联网的三层架构模型。 感知层：相当于系统的“感觉器官”，如土壤湿度传感器，负责采集数据。 网络层：相当于系统的“神经系统”，如Wi-Fi、蓝牙，负责传输数据。 应用层：相当于系统的“大脑”，负责处理数据、做出决策（如判断是否浇水），并发出控制指令。 （3）项目立项，设计方案 师发布项目任务：各小组作为“智慧校园项目组”，为班级的绿植区设计并搭建一个“智慧绿植管家”系统原型。 生分组活动：小组合作，利用思维导图工具完成设计方案，内容包括：系统目标、所需硬件清单（传感器、控制器、执行器等）、系统工作流程图。展示学生的流程图，明晰基于传感器的信息系统的工作流程 该系统的工作流程用语言文字进行描述： 从数据采集开始，感知层的各类传感器如土壤湿度传感器、温度传感器等会实时收集绿植区的环境数据。这些数据通过网络层，如Wi-Fi或者蓝牙等无线通信方式，快速且稳定地传输到应用层。在应用层系统会对接收到的数据进行详细分析处理，通过预设的算法和模型判断绿植当前的状态，例如是否缺水、是否需要调节温度等。一旦做出决策，应用层会立即发出控制指令，通过网络层反馈给执行器，像水泵、加热器等，让它们执行相应的操作，从而实现对绿植区的智能化管理。 三、模拟实践、感受设计流程 （4）模拟流程 1.定义阈值，300以下是干燥，300-400是适宜，400以上是潮湿。 师：“土壤湿度传感器传回的数据，比如‘350’，代表什么？是湿度大还是小？” 生：猜测并回忆模拟/数字信号的含义，需要通过编程来定义阈值（如高于500表示干燥）。 2.编程体验 师演示：编写简单的数据读取程序，用input函数模拟数据读取，判断土壤湿度是否符合阈值。 生：回顾程序的顺序、分支结构，提出需要使用“如果…那么…”（if语句）进行判断。 import random def simulate_sensor(): # 模拟湿度传感器读数，范围在 0 到 100 之间 a = random.uniform(0,500) return a def judge(a): if a < 30: return "干燥" elif 300 <= humidity <= 400: return "适宜" else: return "潮湿" if __name__ == "__main__": # 模拟获取湿度值 current_a = simulate_sensor() # 判断湿度情况 status = judge(current_a) print(f"当前模拟的湿度值为: {current_a:.2f}%，湿度情况: {status}") 代码解析： 1.simulate_sensor()函数：模拟湿度传感器的读数。在实际应用中，湿度传感器会通过硬件接口返回真实的湿度数据，而这里我们使用random.uniform(0, 500)生成一个0到500之间的随机浮点数来模拟传感器的读数。 2.judge函数：接收一个湿度值作为参数，用于判断当前的湿度情况。如果湿度值小于300，则返回 "干燥"；如果湿度值在300到400之间（包括300和400），则返回 "适宜"；如果湿度值大于400，则返回 "潮湿"。 用条件的情况下，可以将完整的程序烧录到主控板，进行系统测试。观察是否能在土壤干燥时自动启动浇水。 四、成果展示、评价与反思 师引导讨论： 我们的系统还有哪些局限性？（如：只能测一个点、无法远程查看数据、不能记录历史数据等） 如何改进？（引入物联网平台，实现数据上传和手机APP远程监控） 物联网技术在智慧校园、智能家居等领域还有哪些应用前景？ 生：畅所欲言，将本项目所学知识与更广阔的世界连接起来。 五、教学反思 以项目式学习贯穿始终，成功地将抽象的物联网概念转化为学生可触摸、可实现的实践活动。学生不再是知识的被动接受者，而是项目的设计者和实施者。通过“校园绿植监测”这一真实情境，有效激发了学生的学习内驱力。三层架构的理论知识能被自然理解和吸收，教学重难点得以突破。 课时和设备条件允许下，本堂课和适合对于学有余力的学生，提供拓展任务，如增加光照传感器实现补光联动，或引入物联网平台实现数据可视化。如果有一个可以利用的虚拟仿真平台作为补充，一定能让所有学生都能充分实践。 学科网（北京）股份有限公司 $