構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型-教學(xué)設(shè)計

《物聯(lián)網(wǎng)與探索》模塊第五單元《物聯(lián)網(wǎng)工作過程》智聯(lián)萬物慧見未來——《5.1構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型》教學(xué)設(shè)計一、項目簡介1.項目主題：物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，簡稱IoT）是指通過各種傳感器設(shè)備、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實時獲取聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過各類網(wǎng)絡(luò)傳輸，實現(xiàn)物與物、物與人的連接，實現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理。本課以《構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型》為主線，從學(xué)生身邊常見的物聯(lián)網(wǎng)燈入手，通過設(shè)計、開發(fā)一個簡易物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，體驗物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和反饋控制，理解物聯(lián)網(wǎng)的工作過程。2.項目背景：物聯(lián)網(wǎng)已走入千家萬戶，它的出現(xiàn)極大地拓展了人們的生活、學(xué)習(xí)和工作空間，推動了物理世界與數(shù)字世界相互融合。但是學(xué)生對于物聯(lián)網(wǎng)的知識了解比較淺顯，沒有深入思考其中的背后的原理和工作過程。要想讓學(xué)生真正掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅要分析物聯(lián)網(wǎng)的工作原理，了解物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，還要提供相關(guān)的硬件和平臺讓學(xué)生嘗試開發(fā)簡易物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。本課采用項目式學(xué)習(xí)方式展開，以一個具體情境的項目案例，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計、開發(fā)一個具體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型。3.課時安排：1課時二、目標(biāo)分析 1.學(xué)情分析

（1）知識基礎(chǔ)：已了解物聯(lián)網(wǎng)基本原理，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)使用，但對于物聯(lián)網(wǎng)的工作過程還不夠了解。（2）能力基礎(chǔ)：思維敏捷，有一定的理解能力和自學(xué)能力，能進行小組協(xié)作學(xué)習(xí)。（3）心理特征：具有強烈的探究欲望，軟硬件結(jié)合的學(xué)習(xí)方式有助于完成項目。 2.素養(yǎng)目標(biāo)

（1）信息意識：通過一個具體的項目，讓學(xué)生能根據(jù)實際問題需要，選擇合適的設(shè)備（如傳感器等）設(shè)計或搭建簡易物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型。 （2）計算思維：通過程序，讀取傳感器數(shù)據(jù)并反饋控制，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型的能力，并能遷移運用于解決類似問題。第1頁，共7頁《物聯(lián)網(wǎng)與探索》模塊第五單元《物聯(lián)網(wǎng)工作過程》 （3）數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：利用項目學(xué)習(xí)平臺等數(shù)字化資源和工具，進行自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。 （4）信息社會責(zé)任：通過了解物聯(lián)網(wǎng)自主可控技術(shù)的重要作用，引導(dǎo)學(xué)生探討新型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，增強社會責(zé)任意識，體驗知識服務(wù)社會。3.教學(xué)重難點

（1）教學(xué)重點：體驗物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型的數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和反饋控制。（2）教學(xué)難點：利用軟硬件模擬實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型。三、教學(xué)策略采用項目式學(xué)習(xí)策略，具體內(nèi)容如下：四、教學(xué)資源（附件“項目學(xué)習(xí)平臺介紹.mp4”）1.參考項目方案（詳見物聯(lián)網(wǎng)項目學(xué)習(xí)平臺“方案設(shè)計”欄目）項目

名稱搭建一款根據(jù)環(huán)境光強度自動調(diào)節(jié)亮度的物聯(lián)網(wǎng)燈項目分工甲（項目負責(zé)人）：項目整體規(guī)劃設(shè)計、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)甲：______乙（硬件工程師）：根據(jù)需求分析選擇合適的設(shè)備并連接乙：______丙（軟件工程師）：根據(jù)功能設(shè)計完善程序丙：______?。óa(chǎn)品發(fā)言人）：成果匯報丁：______知識學(xué)習(xí)1、認識掌控板及mPython軟件

2、認識光線傳感器、LED燈及接口器材清單掌控板及數(shù)據(jù)線、LED燈及連接線、平板（設(shè)置好物聯(lián)網(wǎng)小程序）實驗分三步實驗驗證(掌控板用數(shù)據(jù)線連接到電腦上，完善代碼，刷入程序)實驗記錄第2頁，共7頁《物聯(lián)網(wǎng)與探索》模塊第五單元《物聯(lián)網(wǎng)工作過程》探究1、采集環(huán)境光強度（即光線值）采集光線

值步驟最大值:__

最小值:__2、將光線值通過Wi-Fi傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)小程序中觀察左側(cè)

傳輸光線

值的程序

中少了什

么？_________3、根據(jù)光線值大小手動/自動控制LED燈的亮度

（1）將LED燈連接到掌控板___(P13/P15)引腳接口上（注意黑線對準(zhǔn)G） 引腳：____（2）代碼刷入掌控板后，用物聯(lián)網(wǎng)小程序發(fā)送指令，觀察LED燈的變化 數(shù)量(指燈 珠個數(shù)):__ 請實驗驗 證后，描1 述左邊兩 個虛線框 中程序段 的作用。 2 ① __________ __________ ② __________ __________注：設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)小程序由老師協(xié)助完成，有興趣的同學(xué)可自行探究2.微課（詳見物聯(lián)網(wǎng)項目學(xué)習(xí)平臺“項目支持”欄目）（1）構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型（上）采集光線值（2）構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型（中）傳輸光線值（3）構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型（下）反饋控制3.代碼片段（詳見物聯(lián)網(wǎng)項目學(xué)習(xí)平臺“方案設(shè)計”欄目）五、教學(xué)準(zhǔn)備

第3頁，共7頁《物聯(lián)網(wǎng)與探索》模塊第五單元《物聯(lián)網(wǎng)工作過程》項目學(xué)習(xí)平臺（GateFace軟件制作）、教學(xué)課件、智能手機、智能音箱、智能臺燈、掌控板（內(nèi)含光線傳感器）、數(shù)據(jù)線、LED燈及連接線、Wi-Fi、平板（設(shè)置好物聯(lián)網(wǎng)小程序）、mPython軟件。六、教學(xué)活動設(shè)計項目任務(wù)師生活動設(shè)計意圖情境導(dǎo)入項目選題1、創(chuàng)設(shè)真實情境

（1）視頻導(dǎo)入，回顧物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)知識；

（2）請學(xué)生舉例說一說身邊的物聯(lián)網(wǎng)；

（3）老師演示智能手機控制智能臺燈的開關(guān)及調(diào)節(jié)亮度；（4）學(xué)生和智能音箱人機對話，控制智能臺燈。2、介紹物聯(lián)網(wǎng)項目學(xué)習(xí)平臺

平臺有這節(jié)課的相關(guān)資源，如：“方案設(shè)計”欄目有實驗探究步驟等，“項目支持”欄目有相關(guān)的實驗探究微課，針對小組完成的情況有“點贊投票”、“討論分享”欄目，學(xué)有余力的學(xué)生可在“拓展應(yīng)用”和“課外資源”了解更多的知識。3、引導(dǎo)學(xué)生進行項目選題

（1）嘗試從開發(fā)者的角度搭建簡易物聯(lián)網(wǎng)燈；（2）問卷調(diào)查進行需求分析；

（3）根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生實際情況，選擇真實情境中的實際問題——搭建一款根據(jù)環(huán)境光線強度自動調(diào)節(jié)亮度的物聯(lián)網(wǎng)燈。從身邊的物聯(lián)網(wǎng)入手，回顧相關(guān)知識。創(chuàng)設(shè)真實情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。引導(dǎo)學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)項目學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生可根據(jù)學(xué)習(xí)進度，合理運用資源。引導(dǎo)學(xué)生從開發(fā)者角度思考問題。物聯(lián)網(wǎng)燈控制方式很多，通過問卷統(tǒng)計分析學(xué)生的實際需求，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)分析規(guī)劃及項目可行性確定項目選題。分析規(guī)劃項目設(shè)計1、教師給學(xué)生推薦合適的軟硬件和平臺

（1）硬件：掌控板；

（2）軟件：mPython；

（3）可視化控制平臺：物聯(lián)網(wǎng)小程序

2、師生通過問答的方式完成物聯(lián)網(wǎng)燈的功能設(shè)計：[師]需要采集什么數(shù)據(jù)？[生]采集環(huán)境光強度。綜合考慮教學(xué)目標(biāo)和學(xué)情，給學(xué)生推薦合適的軟硬件和平臺，幫助學(xué)生順利完成項目。第4頁，共7頁《物聯(lián)網(wǎng)與探索》模塊第五單元《物聯(lián)網(wǎng)工作過程》[師]使用什么傳感器進行采集？[生]光線傳感器。[師]物聯(lián)網(wǎng)小程序如何獲得采集的數(shù)據(jù)？[生]網(wǎng)絡(luò)傳輸。[師]掌控板通過Wi-Fi連接手機或平板上的物聯(lián)網(wǎng)小程序[師]怎樣根據(jù)采集的數(shù)據(jù)控制燈的亮度？[生]根據(jù)環(huán)境光自動調(diào)節(jié)。[師]物聯(lián)網(wǎng)小程序可以遠程手動調(diào)節(jié)或根據(jù)環(huán)境光自動調(diào)節(jié)物聯(lián)網(wǎng)燈的亮度

3、項目規(guī)劃、組內(nèi)分工、知識準(zhǔn)備

甲（項目負責(zé)人）：項目整體規(guī)劃設(shè)計、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)

乙（硬件工程師）：根據(jù)需求分析選擇合適的設(shè)備并連接丙（軟件工程師）：根據(jù)功能設(shè)計完善程序

?。óa(chǎn)品發(fā)言人）：成果匯報引導(dǎo)學(xué)生從開發(fā)者的角度思考功能設(shè)計。小組分工合作，成員明確各自職責(zé)，完善方案設(shè)計、觀看微課等，提前做好知識準(zhǔn)備。梯度任務(wù)項目實施1、采集環(huán)境光強度（即光線值）：體驗數(shù)據(jù)采集過程學(xué)生在此過程了解“循環(huán)”語句的作用，并探究掌控板采集光線值的最大值和最小值。2、傳輸光線值數(shù)據(jù)到物聯(lián)網(wǎng)小程序：體驗網(wǎng)絡(luò)傳輸過程學(xué)生再次理解“循環(huán)”語句的作用。3、根據(jù)光線值自動調(diào)節(jié)燈帶亮度：體驗反饋控制過程（1）教師引導(dǎo)學(xué)生連接LED燈，注意引腳接口；

（2）學(xué)生實驗驗證，描述兩個“如果”選擇程序段的作用。項目分三步實施，逐層遞進，學(xué)生易于理解掌握。提供程序代碼片段、配合生動有趣的動畫微課，降低學(xué)生操作難度。第5頁，共7頁《物聯(lián)網(wǎng)與探索》模塊第五單元《物聯(lián)網(wǎng)工作過程》拓展延伸項目應(yīng)用1、觀看視頻，啟發(fā)學(xué)生暢想物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景

增加更多的傳感器，或者別的設(shè)備聯(lián)動，實現(xiàn)更加智能化的控制。2、組內(nèi)討論交流

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)想實現(xiàn)的功能，思考需要采集的數(shù)據(jù)和傳輸方式，按照物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)寫出需要的設(shè)備。在完成項目的基礎(chǔ)上進行拓展延伸，培養(yǎng)學(xué)生信息意識和創(chuàng)新思維。展示分享項目評價1、分小組展示創(chuàng)意應(yīng)用

選用合適的設(shè)備拓展產(chǎn)品功能，分享交流創(chuàng)新應(yīng)用。學(xué)生課后可在“討論分享”欄目進行發(fā)帖。2、點贊投票、即時反饋

在項目學(xué)習(xí)平臺“點贊投票”欄目針對小組的各方面表現(xiàn)（如作品的合理性、作品的實用性、小組合作最團結(jié)等）進行多維度投票。3、學(xué)生總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型4、情感提升

（1）了解我國目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，認識到自主可控技術(shù)的重要性；

（2）觀看視頻，共同憧憬和探究未來物聯(lián)世界的奧秘；（3）和學(xué)生一起喊出口號：請黨放心，強國有我！培養(yǎng)學(xué)生分享交流的能力。即時反饋，讓學(xué)生體會到小組合作的重要性。學(xué)生總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型，能遷移解決其它相關(guān)問題。增強社會責(zé)任意識，提升愛國情感。