第四单元第17课物联数据需采集教学设计2026-2027学年人教版初中信息科技八年级全一册

第 17 课《物联数据需采集》教学设计 2026—2027学年人教版初中信息科技八年级全一册 课　　题 第 17 课　物联数据需采集 教材版本 人教版（2024）八年级全一册 所在单元 第四单元　简易物联系统实践 课　　型 新授课 课　　时 1 课时（40 分钟） 授课对象 八年级学生 一、教学目标 1. 知道数据是物联系统的基础，了解物联数据的主要来源——传感器采集的数据和互联网中的数据，感受物联数据采集在系统运行中的重要价值。【信息意识】 2. 能说出温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器等常见传感器的作用与信号特点，能根据要采集的环境数据选择合适的传感器。【信息意识】 3. 进一步熟悉从互联网获取数据的方法，知道可以利用 API 调用数据，能读懂 API 返回的 JSON 格式数据，初步学会把 JSON 字符串转换为字典结构并解析出所需信息。【计算思维】 4. 知道物联网服务平台在数据存储、转发与可视化中的作用，能按操作指南配置物联网服务平台，完成传感器连接、程序编写与数据上传，体验数字化学习与创新的过程。【数字化学习与创新】 5. 在动手采集与传输数据的过程中，养成规范操作、认真检查的良好习惯，注意保护账号、密钥等数据安全与个人隐私，增强信息社会责任意识。【信息社会责任】 二、教学重点与难点 教学重点：利用传感器获取数据——能根据要采集的环境数据选择合适的传感器；从互联网获取数据——知道用 API 调用数据并解析返回的 JSON 数据；配置物联网服务平台，实现数据的传输与存储。 教学难点：理解数字信号与模拟信号的区别（模拟信号需经模数转换才能被主控板识别）；读懂 API 返回的 JSON 数据结构并解析出所需信息；完成物联网服务平台的配置与数据上传。 三、教学方法与教学准备 教学方法：情境导入法、任务驱动法、演示讲授法、小组合作探究法、项目式学习法。 教学准备：多媒体课件；“物联花盆”“智能气象站”应用场景材料；“常见传感器与用途”对照表；“数据—传感器”匹配表；天气预报 API 调用示例与返回的 JSON 数据样例；“物联花盆”系统核心流程图；物联实验套件（主控板、温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器、连接线、数据线等）；联网环境与物联网服务平台账号、操作指南。 四、教学过程（40 分钟） 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 数据从哪里来 （5 分钟） 回顾上节课为物联系统划分的“感知、传输、存储、控制”等功能模块，提问：“感知模块的核心任务是什么？”接着出示校园“智能气象站”“物联花盆”的应用场景，追问：“这些系统要采集环境温度、土壤湿度、光照强度等数据，数据从哪里来？又是怎样被系统‘收集’起来的？”引导学生猜想数据可能来自传感器和互联网，点明“数据是系统的基础”，引出课题《物联数据需采集》，明确本课的三个任务——用传感器采集环境数据、从互联网获取数据、把数据传输并存储到物联网服务平台。 回顾功能模块划分的成果，说出感知模块的核心任务是采集数据；结合生活经验猜想物联系统中数据的来源；带着“怎样采集数据、怎样取用网络数据、数据存到哪里”的问题进入学习。 从上一课的功能模块出发承上启下，用真实应用场景唤起学生经验、引发认知需求，明确本课“采集—获取—存储”的任务主线，为动手实践作好铺垫。 探究一 利用传感器 获取数据 （10 分钟） 指出利用传感器采集环境数据，是物联系统获取数据最常见的方式，而获取不同的环境数据需要不同的传感器。出示“常见传感器与用途”对照表，逐一讲解并演示：温湿度传感器用来测量环境中的温度和湿度，输出数字信号，主控板可直接读取；土壤湿度传感器用来测量土壤中的水分含量，输出模拟信号，需要经过模数转换后才能被主控板识别（可用土壤干湿与数值大小的实测对比加以说明）；光敏传感器用于感知光线明暗变化（光照强度），同样输出模拟信号，需要模数转换。引导学生在“物联花盆”项目中“对号入座”，完成“数据—传感器”匹配表，并试着为“智慧教室”的自动调光、自动通风、统计人数等需求选择相应传感器。 观看教师演示，理解不同类型传感器的作用与信号特点；在“数据—传感器”匹配表上为空气温湿度、土壤含水量、光照强度分别写出应选用的传感器；小组合作，为“智慧教室”的若干应用需求选择所需采集的数据和可选用的传感器。 以“不同的数据用不同的传感器”为主线，在“对照—匹配—迁移”的过程中帮助学生建立“根据要采集的数据选择传感器”的意识，落实信息意识与数字化学习与创新素养的培养。 探究二 从互联网 获取数据 （9 分钟） 说明物联系统除了采集环境数据，还需要获取互联网中的数据（如天气、时间等），这样才能作出更合理的判断。引导学生思考：“互联网上的天气预报、气温、空气质量等数据，怎样被程序‘取’到自己的系统里？”讲解：可以访问官方的公共数据监测网站查看数据，也可以利用 API（应用程序接口）调用数据；以免费的天气预报 API 为例演示过程——注册并登录数据服务网站，获取 APIKey，确定城市编号（如 CH010100 表示北京），填写 APIKey 并发起网络请求，解析返回结果。出示 API 返回的原始数据（JSON 格式字符串），强调“返回结果是一个字典结构，data 键中包含主要数据，list 键中的列表分别存储当天和第二天的天气预报”，演示用 json.load() 把 JSON 字符串转换为字典结构后再逐层解析出需要的信息。组织学生完成“获取天气数据”的填写任务。 观察教师演示，理解 API 的作用与调用过程；阅读 API 返回的 JSON 数据，找出 data 键与 list 列表，尝试说出第二天的天气是怎样解析出来的；按要求填写城市代码、用于获取数据的信息、代码实现的功能与取数方式。 以真实的天气 API 为载体，让学生经历“取数—解析”的过程，初步体会“互联网中的数据也是物联数据的重要来源”，把抽象的数据格式转换为看得懂的结构，培养计算思维。 探究三 配置物联网服务平台 实现传输与存储数据 （11 分钟） 指出采集到的数据要保存下来、并能被随时查看，就需要物联网服务平台。讲解：物联网服务平台负责数据的存储、转发和可视化，处在物联系统的核心地位，是数据传输和存储的关键节点。结合“物联花盆”系统核心流程图梳理数据传输过程：主控板先连接网络→再连接到物联网服务平台→不停地读取传感器的数据→把数据上传到服务平台；采集到的环境数据通过 MQTT 服务器按主题发布，实现数据的传输与存储。安排小组活动：每组发放一套物联实验套件和一个物联网服务平台账号，按操作指南完成三项任务——①把温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器连接到主控板；②编写简单程序，让主控板读取各传感器数据并通过网络发送到服务平台；③在服务平台上查看并记录接收到的数据。教师巡视指导，最后组织小组代表展示平台接收到的数据，并交流采集与传输中遇到的问题及解决办法。 理解物联网服务平台存储、转发、可视化数据的作用；对照核心流程图说出数据传输的过程；小组动手连接传感器与主控板，编写并烧录程序，把采集到的数据上传到物联网服务平台，在平台上查看并记录数据；派代表展示成果、交流问题与解决方法。 通过“连接—编程—上传—查看”的真实动手实践，让学生亲历数据从采集到传输、存储的完整过程，把方案变成“能干活的系统”，突破平台配置这一难点，培养动手实践与协作交流能力。 课堂小结 与作业 （5 分钟） 师生共同梳理知识结构（依托板书）：物联数据的来源（传感器采集的数据＋互联网中的数据）→ 利用传感器获取数据（温湿度传感器·土壤湿度传感器·光敏传感器，注意数字信号与模拟信号的区别）→ 从互联网获取数据（访问官方网站或用 API 调用，解析 JSON 数据）→ 配置物联网服务平台，实现数据的传输与存储（主控板连网→连接服务平台→读取并上传数据）。强调“感知模块的核心任务就是采集数据：选对传感器、用对接口、接好平台，数据才能采得到、传得走、存得下”。布置课后作业，并预告下一课将学习对采集到的数据进行分析与处理。 回顾本课收获，用一两句话概括“物联系统的数据从哪里来、又存到哪里去”；说出三种传感器的用途和数据传输的过程；记录作业要求。 梳理知识脉络，把本课探究沉淀为“采集—获取—存储”的完整数据链，与上一课的功能模块划分形成知识闭环；以“数据是物联系统的基础”统领本单元，为下一课的数据分析处理明确方向。 五、板书设计 物联数据需采集 一、物联数据的来源：传感器采集的数据 ＋ 互联网中的数据 二、利用传感器获取数据：温湿度传感器（空气温度、湿度，输出数字信号）· 土壤湿度传感器（土壤含水量，输出模拟信号，需模数转换）· 光敏传感器（光照强弱，输出模拟信号，需模数转换）——根据要采集的数据选择合适的传感器 三、从互联网获取数据：访问官方网站查看数据 / 调用 API 接口取数（如免费天气预报 API）；返回 JSON 格式字符串 → 用 json.load() 转换为字典结构 → 解析 data 键中的 list 列表得到所需数据 四、配置物联网服务平台，实现传输与存储数据：物联网服务平台负责数据的存储、转发与可视化，处在物联系统核心地位；主控板先连接网络 → 再连接物联网服务平台 → 读取传感器数据 → 上传到服务平台（通过 MQTT 服务器按主题发布） ★ 核心认识：数据是物联系统的基础；传感器采集的数据和互联网中的数据是物联网数据的主要来源——选对传感器、用对接口、接好平台，数据才能采得到、传得走、存得下 六、作业设计 1. 基础题：用自己的话说说物联数据的主要来源；写出温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器各自的作用，并说明它们输出的是数字信号还是模拟信号。 2. 实践题：结合“物联花盆”系统，整理一份“数据采集与传输记录表”，记录所连接的三类传感器、采集到的数据以及在物联网服务平台上查看数据的过程。 3. 拓展题（选做）：从互联网上找一个免费的公共数据 API（如天气、时间、空气质量等），尝试调用它获取数据，并把返回的 JSON 数据中的关键信息解析出来，说一说你是怎样一步步找到这些信息的。 4. 复习题：用自己的话描述“物联花盆”系统从“传感器采集数据”到“数据上传到物联网服务平台”的完整流程，并说说为什么采集到的数据要存到物联网服务平台，为下一课的数据分析与处理做好准备。 第 页　共 页 学科网（北京）股份有限公司 $