第16课 模块功能先划分 教案 2025-2026学年人教版初中信息科技八年级全一册

第16课《模块功能先划分》教案 课程名称：第16课 模块功能先划分 年级：八年级 课时：45分钟 一、教学目标分析 知识与技能 1.能够了解物联网系统的基本工作环节。 2.能够确定简易物联系统的功能需求。 3.能够根据实际需要划分简易物联系统的功能模块。 过程与方法 1.通过实践操作，分析了解物联网系统的工作环节。 2.通过实践操作，掌握功能模块的划分方法。 3.通过小组讨论，培养学生的创新思维和团队合作能力。 情感态度价值观 1.通过物联网系统的学习，激发学生对物联网技术的兴趣，培养科技探索精神。 2.通过小组合作和实践操作，培养学生的团队协作精神和创新意识。 二、教学内容及重点 教学重点 物联网系统的基本工作流程及其功能需求分析；物联网系统功能模块的划分。 教学难点 如何根据实际需求合理划分物联网系统的功能模块；理解物联网系统中各模块的功能。 三、教学过程设计 教学过程 教学内容 教学方法 情景导入 （2分钟） 师：同学们，随着科技的发展，物联网技术已经广泛应用于我们的生活中。比如物联音响、共享单车等。同学们还能想到什么例子呢？ 生：智能家居，智能门锁。 师：大家有没有想过，这些物联网系统是如何工作的呢？它们是如何通过采集数据、传输数据、分析数据来实现功能的呢？带着这些问题，本节课老师就带着大家一起来学习了解物联网系统的工作环节，确定物联系统的功能需求和学习划分物联网系统的功能模块。 问题导向学习 新课教学 知识点一：了解物联系统的工作环节 （5分钟） 师：首先，请同学们思考两个问题：物联系统的一般工作环节有哪些？物联系统的功能模块如何划分？通过本节课的学习，我们将找出问题答案。 师：我们先来了解一下物联系统的工作环节。物联系统会根据任务目标，采集周围环境数据，对数据进行传输、存储、分析处理，再设计算法，通过执行器对现实世界采取行动。不同的物联系统在功能、软硬件组成上各有不同，但工作环节类似。物联系统的工作环节如图。 讲授法 师生互动 合作探究 （实践操作）（5分钟） 师：我们已经初步了解了物联系统的工作环节，接下来让我们选择生活中常见的一两个物联系统，通过小组合作，实践操作完成学习活动1：分析系统的工作环节。 师：生活中常见的物联系统有智能门锁，无人机，智慧花盆，共享单车等，同学们任选一两个即可。 实验过程：选择生活中常见的物联系统，填写物联系统工作环节分析表。 1. 第一步：填写物联系统名称。 1. 第二步：填写采集数据。 1. 第三步：填写传输与存储数据。 1. 第四步：填写分析处理数据。 1. 第五步：填写反馈与控制。 师：我们先看一下以共享单车为例的示范图表，大家待会可以模仿示例图表尝试填写自己的物联系统工作分析表。 师：现在大家可以选择常见的物联系统，尝试填写物联系统工作分析表了。 生：小组讨论，按照实践操作过程填写分析表。 讨论法 合作学习 实践操作 新课教学 知识点二：确定物联系统的功能需求 （8分钟） 师：我们已经了解了物联系统的工作环节，接下来我们继续学习确定物联系统的功能需求。在搭建物联系统前，我们首先需要去明确物联系统建设的目标，期望利用该系统来达到什么样的目的或解决什么样的问题，进而得出物联系统需要实现的功能。 师：学校种植了一些绿色植物，为了解学校不同区域的实时环境，决定搭建一个物联花盆系统。出于综合成本开发难度和实际意义等因素考虑，同学们思考一下还有没有其他物联系统可以选择呢？ 生：智能照明系统；空气质量监测与控制系统；智能灌溉系统。 师：接下来让我们按照要求来讨论一下物联花盆系统。同学们可以自由分组，共同讨论学习。 师：我首先明确一下，物联花盆系统有四个环节，即采集数据、传输与存储数据、分析处理数据、反馈与控制四个环节。 1. 分组讨论，明确物联花盆系统的基本功能，形成物联花盆系统功能需求表。功能需求表包括环节和功能描述。 师：同学们思考一下完成这些环节需要实现哪些功能呢？大家可以小组讨论思考问题。 生：采集数据：实时获取温度、土壤湿度、光照强度等数据，可通过网络获取天气预报数据；传输与储存数据；可通过网络将数据传输给物联网服务平台，分析处理数据可从物联网服务平台获取历史数据，可对数据进行初步分析处理，得到简单的数据统计结果和可视化图表；反馈与控制：可视动态显示土壤湿度情况，可根据温度、土壤湿度、天气预报数据，实现自动灌溉。 1. 对功能需求进行可行性评估形成物联系统各环节的实现方案。 (1)采集数据。根据项目任务确定需要采集的环境数据，再根据具体使用场景和要求选择合适的传感器。例如，要实时获取空气温度、土壤湿度、光照强度等环境数据，可以利用温湿度传感器、土壤湿度传感器和光敏传感器实现;要获取天气预报数据，可通过API获得当地天气预报数据。 (2)传输与存储数据。通过网络将数据传输并存储在物联网服务平台。 (3)分析处理数据。可从物联网服务平台获取历史数据，并对数据进行简单分析处理，得到简单的数据统计结果和可视化图表，动态显示温度、土壤湿度、光照强度等数据。 (4)反馈与控制。可根据土壤湿度、天气预报等数据设计算法，实现自动灌溉。例如，土壤湿度大的时候不灌溉，土壤湿度小且预报第二天下雨的时候不灌溉，在光照强度大的时候适当提高土壤湿度设定值等。 师：我来提示一下，在选择技术方案时我们可以参考他人曾实现过的技术方案也可以从网上查找合适的技术方案。 师：在前面的讨论中我们提到了可视化图表。即把数据用可视化图表的形式展现。数据可视化是数据分析处理的重要内容，例如物联手环将步数、跑步距离、游泳圈数等数据运动数据以进度条、柱状图或折线图等形式展示，激励用户达成运动目标。这种直观的展示不仅提高了用户体验，还有助于更好的理解和管理日常生活中的各种数据。总的来说，数据可视化使复杂信息更易于理解和使用，从而提高了物联系统的实用性和用户友好性。 讲授法 合作学习 师生互动 合作探究 （实践操作）（5分钟） 我们已经学习了如何确定物联系统的工作需求，接下来让我们进行实践操作，完成学习活动2：围绕生活中某一实际问题，设计一个物联系统，完成功能需求分析。让我们一起动手操作，小组合作学习。 实践过程： 1. 第一步：分组讨论，决定设计什么样的物联系统，明确该物联系统的基本功能，并填写物联系统功能需求表。 1. 第二步：小组讨论，对功能需求进行可行性评估。 师：同学们可以交换看一下其他小组同学写的功能需求表，大家相互学习。 讨论法 合作学习 实践操作 新课教学 知识点三：划分物联系统的功能模块 （7分钟） 师：前面我们已经从工作环节、功能需求两个方面介绍物联系统，下面我们从模块划分的方面来继续学习。为了降低难度，需要把物联系统分解为多个功能模块，并明确每个功能模块负责的任务以及模块之间的关系。我们前面学习的物联花盆系统可以分为环境感知模块、网络通信模块、服务平台模块和执行模块。 师：让我们以此来认识一下这四个模块。首先，环境感知模块由传感器和主控板组成，传感器负责采集环境数据，主控板负责接收传感器的数据，并将这些数据通过网络通信模块发送到服务平台模块。 师：而网络通信模块负责实现数据通信。不同的物联系统，其网络通信的实现方式也有所不同，包括移动通信网络，近距离无线通讯技术和有线传输等。 师：服务平台模块则主要负责数据的汇总处理。 师：最后的执行模块包括主控板和执行器，执行器的主要任务是根据指控板发出的指令产生相应的动作，从而实现物联系统对现实世界的反馈。对数据进行可视化呈现也是一种反馈方式，因此，也可以把数据可视化功能归于执行模块。如对LED灯的亮灭进行控制，对水泵的开启或关闭进行控制等。 师：设备不是只归属于单个功能模块，在物联网系统功能模块的划分中，有一些设备会涉及多个功能模块。例如，在物联花盆系统中，作为控制器的主控板既是环境感知模块中的一部分，也是执行模块中的一部分，而且由于主控板提供了联网功能，因此也是网络通信模块的一部分。 讲授法 师生互动 合作探究 （实践操作）（5分钟） 师：接下来让我们在学习活动2的基础上，进行学习活动3，完善物联项目设计。物联项目设计应包含物联系统环节、各环节功能需求、功能模块划分等。同学们自由分组，小组实践操作完成任务。让我们一起动手试试吧。 实验过程： 1. 分析物联系统环节。 1. 分析各环节功能需求。 1. 对系统进行功能模块划分。 师：同学们都成功完成设计了吗？ 讨论法 合作学习 实践操作 拓展深化，回归生活 （5分钟） 师：我们本节课学习了物联系统的功能模块划分，那么结合本节课的知识，请同学们思考一下以下问题，大家可以相互讨论：1.高铁上安装了烟雾报警系统，任何区域有烟雾，列车长和司机都可以第一时间收到报警信息。结合物联系统的工作环节，说一说高铁烟雾报警系统的每个工作环节可能使用了哪些硬件？ 生：在高铁烟雾报警系统中，各车厢内设置的烟雾报警器是传感 器，负责环境数据采集;通过有线或者无线的方式传输数据;服 务器负责分析处理这些数据;烟雾报警会使列车紧急制动，从而 实现反馈与控制。 2.如今，城市的公交系统越来越智能化。人们通过智能终端可以实时查询公交车的位置。尝试分析物联公交系统的功能模块。 生：物联公交系统的功能模块： 环境感知模块:利用北斗车载定位终端等获得实时位置 网络通信模块:通过窄带物联网连接互联网。 服务平台模块:在公交公司数据中心部署了物联网服务平台 执行模块:智能终端应用软件查询公交车的位置。 问题导向学习 讨论法 实践操作 课后作业（1分钟） 师：请同学们结合本节课的知识，在课后为自己家设计一套智能安防物联系统，要完成以下任务：明确功能需求；规划工作环节；划分功能模块；可行性评估。 课堂小结与评价 （2分钟） 师：通过本节课的学习我们明晰了物联系统工作环节，掌握了功能需求确定方法，学会了功能模块划分技巧。 教学反思 1.反思点：课程是否达到了预期的教学目标？学生是否能够理解物联网系统的工作流程及其功能模块的划分方法？学生是否能够通过案例分析掌握物联网系统的设计思路？ 2.改进措施：在教学过程中，学生对物联网系统的功能模块划分部分理解较为困难，后续教学可以增加更多实际案例，帮助学生更好地掌握知识。 学科网（北京）股份有限公司 $