构建物联网系统原型-教学设计.docx

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(Internet of Things,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4 .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。5 .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C（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。6 .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：项目选题项目规划项目项目实施/支持依据教学目标分析项目目标反复测试验证项目相关知识贴近学生实际完善方案设计逐步优化调整多种资源支持项目拓展延伸应用创新思维四、教学资源（附件“项目学习平台介绍.mp4”）L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甲（项目负责人）：项目整体规划设计、统筹协调甲：项目乙（硬件工程师）：根据需求分析选择合适的设备并连接乙：分工丙（软件工程师）：根据功能设计完善程序丙：T （产品发言人）：成果汇报T ：知识 学习Is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Is采集环境光强度（即光线值）采集光 线但初始化图表列标题w3a最大值：_ 最小值：_国打印雌到图表5(S21、将光线值通过Wi-Fi传输到物联I网小程序中观察左侧 传输光线 值的程序连接Wi-Fi名称雷 /J选择掌控板应用J136965048661y¾ST183.230.40.39设备ID产品ID800601170221628中少了什 么？产品APlKesVgtvmFL4fhGF3Fo30XapNVHHjc=%|向小程 k序发送数据流名称, “题1，探究步骤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： 数量（指灯灯带初始化名掰向引*name手动调节珠个数）:_ 证后，描 线框 酢用。i Ili（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name自动调节注:;网项目学习平台“项目支持”栏目）联网系统原型±r采集兆线值（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； C 1©U 需求分析假设构建原型(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； 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。师使用什么传感器进行采集？引导学生从开发生光线传感器。者的角度思考功师物联网小程序如何获得采集的数据？ 生网络传输。能设计。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、知识准备小组分工合作，成甲（项目负责人）：项目整体规划设计、统筹协调员明确各自职责，乙（硬件工程师）：根据需求分析选择合适的设备并连接完善方案设计、观丙（软件工程师）：根据功能设计完善程序看微课等，提前做丁（产品发言人）：成果汇报好知识准备。1、采集环境光强度（即光线值）：体验数据采集过程学项目分三步实施，生在此过程了解“循环”语句的作用，并探究掌控板采集逐层递进，学生易光线值的最大值和最小值。于理解掌握。全面感知通过光线传感器，Bfi时第池米集汴境光燃值数热梯度任务项目实施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。"数据传输"阶段”珞网络传输通过网络,把采集的数据实 时、液确地传输.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。"数据采集”阶段4睇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 拓展延伸的控制。项目应用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。对接收到的数据分析处理, 实现苦能化控制1智能处理、通过Wi-Fi,把采集的数据 实时、准确地传输应用层。网绮售输 网络层A构建物联网系统原型学生总结物联网 系统原型，能迁 移解决其它相关 问题。感知层I as蜘$ea, HBjwt.仝西感知j采It环境光或值数据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！增强社会责任意 识，提升爱国情 感。在学生心中 播下一颗种子， 期待他们之中有 未来科技的人 才。七、教学反思 亮点1 ：搭建项目式学习平台，提供丰富的学习资源和评价方式。O亮点2 :软硬件结合学习方式，学生能更直观地体验物联网工作过程，既容易激发 学生兴趣，也有利于项目完成。× 不足：项目学习时间紧张，搭建的平台功能很多，但是有些互动环节没时间展不O