构建物联网系统原型-教学设计

《物联网与探索》模块第五单元《物联网工作过程》智联万物慧见未来——《5.1构建物联网系统原型》教学设计一、项目简介1.项目主题：物联网（InternetofThings，简称IoT）是指通过各种传感器设备、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时获取声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类网络传输，实现物与物、物与人的连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。本课以《构建物联网系统原型》为主线，从学生身边常见的物联网灯入手，通过设计、开发一个简易物联网系统，体验物联网的数据采集、数据传输和反馈控制，理解物联网的工作过程。2.项目背景：物联网已走入千家万户，它的出现极大地拓展了人们的生活、学习和工作空间，推动了物理世界与数字世界相互融合。但是学生对于物联网的知识了解比较浅显，没有深入思考其中的背后的原理和工作过程。要想让学生真正掌握物联网技术，不仅要分析物联网的工作原理，了解物联网应用，还要提供相关的硬件和平台让学生尝试开发简易物联网系统。本课采用项目式学习方式展开，以一个具体情境的项目案例，引导学生设计、开发一个具体的物联网系统原型。3.课时安排：1课时二、目标分析 1.学情分析

（1）知识基础：已了解物联网基本原理，如数据采集、数据传输和数据使用，但对于物联网的工作过程还不够了解。（2）能力基础：思维敏捷，有一定的理解能力和自学能力，能进行小组协作学习。（3）心理特征：具有强烈的探究欲望，软硬件结合的学习方式有助于完成项目。 2.素养目标

（1）信息意识：通过一个具体的项目，让学生能根据实际问题需要，选择合适的设备（如传感器等）设计或搭建简易物联网系统原型。 （2）计算思维：通过程序，读取传感器数据并反馈控制，培养学生构建物联网系统原型的能力，并能迁移运用于解决类似问题。第1页，共7页《物联网与探索》模块第五单元《物联网工作过程》 （3）数字化学习与创新：利用项目学习平台等数字化资源和工具，进行自主学习和合作学习，培养学生数字化学习与创新能力。 （4）信息社会责任：通过了解物联网自主可控技术的重要作用，引导学生探讨新型物联网应用，增强社会责任意识，体验知识服务社会。3.教学重难点

（1）教学重点：体验物联网系统原型的数据采集、网络传输和反馈控制。（2）教学难点：利用软硬件模拟实现物联网系统原型。三、教学策略采用项目式学习策略，具体内容如下：四、教学资源（附件“项目学习平台介绍.mp4”）1.参考项目方案（详见物联网项目学习平台“方案设计”栏目）项目

名称搭建一款根据环境光强度自动调节亮度的物联网灯项目分工甲（项目负责人）：项目整体规划设计、统筹协调甲：______乙（硬件工程师）：根据需求分析选择合适的设备并连接乙：______丙（软件工程师）：根据功能设计完善程序丙：______丁（产品发言人）：成果汇报丁：______知识学习1、认识掌控板及mPython软件

2、认识光线传感器、LED灯及接口器材清单掌控板及数据线、LED灯及连接线、平板（设置好物联网小程序）实验分三步实验验证(掌控板用数据线连接到电脑上，完善代码，刷入程序)实验记录第2页，共7页《物联网与探索》模块第五单元《物联网工作过程》探究1、采集环境光强度（即光线值）采集光线

值步骤最大值:__

最小值:__2、将光线值通过Wi-Fi传输到物联网小程序中观察左侧

传输光线

值的程序

中少了什

么？_________3、根据光线值大小手动/自动控制LED灯的亮度

（1）将LED灯连接到掌控板___(P13/P15)引脚接口上（注意黑线对准G） 引脚：____（2）代码刷入掌控板后，用物联网小程序发送指令，观察LED灯的变化 数量(指灯 珠个数):__ 请实验验 证后，描1 述左边两 个虚线框 中程序段 的作用。 2 ① __________ __________ ② __________ __________注：设置物联网小程序由老师协助完成，有兴趣的同学可自行探究2.微课（详见物联网项目学习平台“项目支持”栏目）（1）构建物联网系统原型（上）采集光线值（2）构建物联网系统原型（中）传输光线值（3）构建物联网系统原型（下）反馈控制3.代码片段（详见物联网项目学习平台“方案设计”栏目）五、教学准备

第3页，共7页《物联网与探索》模块第五单元《物联网工作过程》项目学习平台（GateFace软件制作）、教学课件、智能手机、智能音箱、智能台灯、掌控板（内含光线传感器）、数据线、LED灯及连接线、Wi-Fi、平板（设置好物联网小程序）、mPython软件。六、教学活动设计项目任务师生活动设计意图情境导入项目选题1、创设真实情境

（1）视频导入，回顾物联网的相关知识；

（2）请学生举例说一说身边的物联网；

（3）老师演示智能手机控制智能台灯的开关及调节亮度；（4）学生和智能音箱人机对话，控制智能台灯。2、介绍物联网项目学习平台

平台有这节课的相关资源，如：“方案设计”栏目有实验探究步骤等，“项目支持”栏目有相关的实验探究微课，针对小组完成的情况有“点赞投票”、“讨论分享”栏目，学有余力的学生可在“拓展应用”和“课外资源”了解更多的知识。3、引导学生进行项目选题

（1）尝试从开发者的角度搭建简易物联网灯；（2）问卷调查进行需求分析；

（3）根据教学目标和学生实际情况，选择真实情境中的实际问题——搭建一款根据环境光线强度自动调节亮度的物联网灯。从身边的物联网入手，回顾相关知识。创设真实情境，激发学生的学习兴趣。引导学生了解物联网项目学习平台，学生可根据学习进度，合理运用资源。引导学生从开发者角度思考问题。物联网灯控制方式很多，通过问卷统计分析学生的实际需求，引导学生根据分析规划及项目可行性确定项目选题。分析规划项目设计1、教师给学生推荐合适的软硬件和平台

（1）硬件：掌控板；

（2）软件：mPython；

（3）可视化控制平台：物联网小程序

2、师生通过问答的方式完成物联网灯的功能设计：[师]需要采集什么数据？[生]采集环境光强度。综合考虑教学目标和学情，给学生推荐合适的软硬件和平台，帮助学生顺利完成项目。第4页，共7页《物联网与探索》模块第五单元《物联网工作过程》[师]使用什么传感器进行采集？[生]光线传感器。[师]物联网小程序如何获得采集的数据？[生]网络传输。[师]掌控板通过Wi-Fi连接手机或平板上的物联网小程序[师]怎样根据采集的数据控制灯的亮度？[生]根据环境光自动调节。[师]物联网小程序可以远程手动调节或根据环境光自动调节物联网灯的亮度

3、项目规划、组内分工、知识准备

甲（项目负责人）：项目整体规划设计、统筹协调

乙（硬件工程师）：根据需求分析选择合适的设备并连接丙（软件工程师）：根据功能设计完善程序

丁（产品发言人）：成果汇报引导学生从开发者的角度思考功能设计。小组分工合作，成员明确各自职责，完善方案设计、观看微课等，提前做好知识准备。梯度任务项目实施1、采集环境光强度（即光线值）：体验数据采集过程学生在此过程了解“循环”语句的作用，并探究掌控板采集光线值的最大值和最小值。2、传输光线值数据到物联网小程序：体验网络传输过程学生再次理解“循环”语句的作用。3、根据光线值自动调节灯带亮度：体验反馈控制过程（1）教师引导学生连接LED灯，注意引脚接口；

（2）学生实验验证，描述两个“如果”选择程序段的作用。项目分三步实施，逐层递进，学生易于理解掌握。提供程序代码片段、配合生动有趣的动画微课，降低学生操作难度。第5页，共7页《物联网与探索》模块第五单元《物联网工作过程》拓展延伸项目应用1、观看视频，启发学生畅想物联网应用场景

增加更多的传感器，或者别的设备联动，实现更加智能化的控制。2、组内讨论交流

引导学生根据想实现的功能，思考需要采集的数据和传输方式，按照物联网的三层结构写出需要的设备。在完成项目的基础上进行拓展延伸，培养学生信息意识和创新思维。展示分享项目评价1、分小组展示创意应用

选用合适的设备拓展产品功能，分享交流创新应用。学生课后可在“讨论分享”栏目进行发帖。2、点赞投票、即时反馈

在项目学习平台“点赞投票”栏目针对小组的各方面表现（如作品的合理性、作品的实用性、小组合作最团结等）进行多维度投票。3、学生总结物联网系统原型4、情感提升

（1）了解我国目前物联网发展现状，认识到自主可控技术的重要性；

（2）观看视频，共同憧憬和探究未来物联世界的奥秘；（3）和学生一起喊出口号：请党放心，强国有我！培养学生分享交流的能力。即时反馈，让学生体会到小组合作的重要性。学生总结物联网系统原型，能迁移解决其它相关问题。增强社会责任意识，提升爱国情感。