物联网的搭建实例教学设计 物联网的搭建实例 教材内容： 4.3 物联网的搭建实例 适应的课程标准： 2.7 掌握物联网的概念及其发展历程，了解与物联网相关的设备及其功能，描述其工作原理。 2.8 体验 物联 网、 “互 联网 ﹢”以 及其 他相 关网 络在 日常 生活 、学 习中 的应 用（ Bluetooth< 蓝 牙 >、 NFC<近距离无线通讯技术>等），探讨创新网络服务对人们未来生活、工作与学习的影响。 教学目标： ● 了解物联网的组建步骤 指向的核心素养： ●信息意识落点在“能够根据解决问题的需要，自 ● 了解前期分析中常见的硬件资源和软件资 源 课程标准 和 教学目标 ● 理解物联网的架构设计 ● 通过体验“家庭远程灯光控制系统”硬件系统 搭建，了解系统组成及工作模式 ● 了解“家庭远程灯光控制系统”的软件开发 流程 觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息。通过 “家庭远程灯光控制系统”的前期设计及系统调试， 理清物联网的软硬件组成，培养学生主动发现信息 的能力，落实信息意识的培养。以小组为单位进行 物联网硬件连接及软件开发，降低了学习的思维难 度，培养学生协作学习、交流分享的意识和能力。 ●计算思维落点在“针对给定的任务进行需求分析， 明确需要解决的关键问题；能提取问题的基本特征， 进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题”。通过 案例分析，培养学生运用、对问题抽象建模，设计 合适的系统结构，并利用程序语言描述算法。 ●数字化学习与创新落点在“通过评估并选用常见 的数字化资源与工具，创造性地解决问题”。通过体 验“家庭远程灯光控制系统”的硬件搭建及软件设计， 培养学生利用数字化资源与工具，创造性的解决问 题的能力。 学习环境：多媒体机房，每台电脑都要确保能够接入互联网, Micro:bit 板及相应教学套件。 建议课时：3 课时 教学活动 设计 教学环节 情境导入 新课 教学过程 导入 1：展示“家庭远程灯光控制系统” 设计意图 展示物联网搭建成果，激发学生的学习积极 性和目的性 一.系统前期分析 提出问题 1：该“家庭远程灯光控制系统”有哪些 组成部分？ 学生观察，并给出答案 硬件资源：传感器模块、硬件中间件、执行器 模块、USB 连接线、无线 AP、服务器、电灯 软件资源：使用 Python 编写的程序 提出问题 2：本系统中各软硬件资源所起的作 通过实例分析，让学生能够更加清晰 地了解物联网的组成，明确搭建一个 物联网所需的软硬件资源。 用是什么？（教师讲解） 二.系统架构设计 分析物联网 C/S 模式结构图，理清“家庭远程灯 光控制系统”工作流程，对系统中的各部件进行 归类。 通过实例分析，帮助学生进一步了解 物联网的组成。 实践体验 1 硬件搭建 教师演示，学生小组实践（两人一组） 1 连接 Micro:bit 与扩展板、OBLOQ 模块、亮 度传感器及继电器进行连接。 2.计算机及网络通信设置 通过实践，让学生对物联网组成及部 件有更具体的理解，初步培养学生搭 建物联网的意识和能力。 实践体验 1 软件编写 1. 介绍利用网站 http://python.microbit.org 网站编写程序的基本过程 2.利用“客户端.py”介绍“家庭远程灯光控制系 通过软件设计，理解系统工作原理 统”客户端程序 3. 利用“服务端.py”介绍“家庭远程灯光控制系 统”服务端程序 实践体验 1 系统调试 问题分享 与讨论 课堂小结 作业布置 学生以小组为单位，测试“家庭远程灯光控制系 统”，解决系统中的软硬件问题。 1.通过 Micro:bit 串口显示器测试传感器数据有 无正确获取，改变传感器环境数据是否会改变 来检查接口是否接正确及程序是否正确。没有 获取传感器数据或者是串口选错等等。如果没 有连接及程序上的错误，串口显示器上应该显 示获得传感器数值。 2.通过 Micro:bit 串口显示器显示有无连接到路 由器、服务器，网络通讯是否联通，控制指令 是否有返回等等。 通过系统调试实践，掌握常用的调试 方法，巩固物联网组成及工作原理 分享硬件搭建、软件编写、系统调试过程中发 现的问题及解决办法 引发学生思考 1、搭建物联网的基本流程 有了实际的体验过程，还需要对知识进行归 2、 纳和总结，纳入原有知识结构，实现知识的 3.“家庭远程灯光控制系统”中各组成部件的作用 升华。 基础作业（面向所有学生） 课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升华 完成教材思考与练习 知识点的有效途径。根据学生的基础和能力 1. 物联网系统的基本组成。 设置不同难度的作业，以满足不同层次的学 2. 搭建简易物联网系统的基本过程。 生需求。 3. 设计一个智慧农业大棚物联网系统，并分析其实现 的主要功能。 教学设计 思路 本模块设计 3 课时：前期分析、架构设计及硬件搭建 1 课时,软件开发 1 课时,系统测试与调试 1 课时，共计 3 课 时。课前准备：相关的硬件模板建议学生人手一套，如果实在条件限制可以小组合作使用一套。这一套件不光在新课 过程当中需要学生用到，在之后复习强化过程当中也是必不可少的，通过搭建物联网实践，给学生更深刻直接的认知 体会。以小组合作学习方式进行活动组织，降低了学习任务的难度，让每个学生生都有完整的实践体验。 本节内容硬件架构的核心模块是 Micro:bit 板，教师先演示关于该模块的控制方式，然后由学生根据要求，对照 提示完成硬件架构的过程。软件开发部分难度较大，让学生自己完成尚有难度，教师就关键性的代码进行分析讲解， 大部分辅助代码直接提供给学生。就本节内容而言，主要是给学生过程性的体验为主，在实践体验中落实核心素养培 养。 信息意识：落点在“能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息。通过“家庭远程灯 光控制系统”的前期设计及系统调试，理清物联网的软硬件组成，培养学生主动发现信息的能力，落实信息意识的培养。 针对 核心素养 培养的 设计考虑 以小组为单位进行物联网硬件连接及软件开发，降低了学习的思维难度，培养学生协作学习、交流分享的意识和能力。 数字化实践与创新：落点在“通过评估并选用常见的数字化资源与工具，创造性地解决问题”。通过体验“家庭远程 灯光控制系统”的硬件搭建及软件设计，培养学生利用数字化资源与工具，创造性的解决问题的能力。 计算思维：落点在“针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题；能提取问题的基本特征，进行抽象 处理，并用形式化的方法表述问题”。通过案例分析，培养学生运用、对问题抽象建模，设计合适的系统结构，并利用 程序语言描述算法。