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第2.5课《学习探究新工具》教学设计
课题 学习探究新工具 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能通过实验案例识别物联网数据的价值，如用传感器替代人工记录；关注气象数据对比及设备漏洞可能导致的隐私泄露风险。计算思维：能将实验分解为数据采集、传输、分析模块，理解传感器校准与阈值判断逻辑，完善物联网系统流程图。数字化学习与创新：会用mPython编写传感器代码，利用平台生成图表，提出数据异常报警等优化方案。信息社会责任：设计弱势群体物联网应用时，考虑数据安全与伦理，如语音避障系统的密码防护与数据脱敏处理。
教学重点 掌握利用物联网传感器自动采集、传输并分析实验数据（如重力与质量关系）的方法，理解技术优化实验的价值。
教学难点 准确设计物联网系统功能模块（如校准、阈值判断），并兼顾数据安全与伦理（如隐私防护）的实际应用逻辑。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.5课 学习探究新工具数学课上，老师利用距离传感器帮助同学们理解距离、半径、直径等概念；物理课上老师利用加速度传感器帮助同学们加深对速度的理解。物联网技术让许多抽象的概念变得具象化，为学习带来了诸多便利。想一想：传统测重力实验有什么不足？人工加砝码时要同时看测力计刻度，容易读数不准或记录错数据。思考：物联网对实验数据存储有什么帮助？以前手写表格可能弄丢或抄错，现在数据直接存在云端，随时用电脑或手机调取分析，还能分享给同学一起讨论，实验效率提高了。传统测重力实验中人工读数的误差，在力传感器自动上传数据并生成线性图表的系统中被显著降低。物联网平台的云端存储功能，让实验数据可随时调取分析，避免了手写表格丢失或抄错的风险。播放视频《？》 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解智慧校园具有的功能。通过问题导入引发学生思考。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、讨论三人一组进行交谈，结合自己的经历，说一说你在学习上曾经遇到过哪些令人难以理解的概念或内容。将这些问题记录下来并展开讨论，看看它们能否通过物联网技术解决。小组成员问题记录：小明：数学课上的“速度-时间图像”看不懂，总想不通为什么曲线是那样画的。小红：生物课的“种子发芽实验”结果不稳定，自己每天手动记录总出错。小刚：地理课的“气候类型”死记硬背，搞不清真实数据怎么对应。讨论解决思路（物联网技术）：小明的问题：用物联网测速小车，自动生成速度变化曲线图。小红的问题：用温湿度传感器+摄像头监控种子，平台自动记录发芽天数、环境数据，省去手写表格。小刚的问题：用物联网气象站对比不同地区温湿度数据（比如海南和内蒙古），直接看平台图表区分气候类型。二、思考探究“重力的大小跟质量的关系”是一个科学实验，实验者需要在实验过程中记录不同质量的物体所受的重力大小。实验结束后，还需要对实验数据进行处理和分析，探讨物体所受重力大小与质量的关系。能否利用物联网技术开展这一探究实验呢 请你思考以下问题：1.该科学实验涉及哪些实验量？哪些实验量可以通过物联网技术获得？需要测量的量：质量（用砝码）、重力大小（用传感器测）。物联网能直接获取的量：重力大小（通过力传感器自动测量）、时间（数据上传时间自动记录）。例子：传统实验要一边加砝码一边盯着测力计读数，手忙脚乱；用物联网的话，加砝码后数据自动生成曲线图，还能标出哪次测量可能有问题，超省心！2.与传统的实验方法相比，利用物联网技术探究“重力的大小跟质量的关系”实验有哪些优势？自动记录数据：传感器测完重力直接传到电脑或手机，不用手写表格，避免抄错。实时看结果：比如加一个砝码，图表立刻显示重力变化，能马上发现“质量越大，重力越大的规律”。数据存云端：实验后随时登录平台查看，还能分享给同学一起分析。减少人为误差：传感器比弹簧测力计更精准，不会因“看刻度不准”出错。三、探究请以小组合作的方式，分析“重力的大小跟质量的关系”实验探究系统的基本功能需求完成以下任务。1.需求分析及功能实现。在实验过程中，如何利用该系统测量不同质量物体的重力，以及分析重力的大小与质量的关系？请分析各个环节的功能需求及用到的实验设备、平台，并填写在横线上，完成图2-5-1。采集数据环节：通过 重力传感器 采集数据传输与存储环节：将获取的数据发送并存储在 云 平台上分析处理数据环节：利用 云 平台上的数据，分析 线性关系2.算法分析及流程图完善。将图2-5-2中空缺的部分补充完整，并从中选择合适的图形在右边绘制出完整的流程图。开始设置网络及物联网络服务平台获取 传感器 数据上传数据到 云 平台数据 是否在阈值区间结束四、小贴士力传感器是用于测量力的大小的I2C通信类设备（见图2-5-3）。力传感器中间按钮为置零按钮，测量数据前需按下置零按钮进行校准。测量时，需要将物体水平放置在圆盘上。五、做中学模拟搭建“重力的大小跟质量的关系”实验探究系统。1.硬件清单：主控板x1、力传感器x1、4Pin线x1、Type-C数据线x1、砝码多个带有热点功能的计算机x1。2.连接设备。用4Pin线将主控板和相关传感器连接起来（见图2-5-4），并通过Type-C数据线接入计算机。3.程序编写。（1）进入物联网服务平台，添加项目及设备，完成各项配置。（2）打开mPython软件，添加网络应用，编写程序。①将重力测量值显示在OLED屏上，代码如图2-5-5所示。②发送数据至物联网服务平台，完整代码如图2-5-6所示。4.程序测试。①运行程序，查看结果，如图2-5-7所示。②逐级增加砝码，将显示屏上的数据记录在表2-5-1中。5.分析处理数据从物联网服务平台生成的可视化图表（见图2-5-8 ）可知，当质量逐渐增加时，重力一段一段地变大。6.实验结论。综上可知：物体受到的重力大小与其质量成正比，但实验中因传感器或设备反应延迟，重力显示为阶段性增大（质量增加时，重力先变大，停一会儿，再继续变大）。这说明重力大小确实与质量有关，但测量设备可能存在微小误差。六、讨论基于物联网技术开展学习探究活动，你能否总结出相关的操作步骤或方法？谈谈你对“物联网技术是一种支持学习探究活动的新型工具”的理解。操作步骤：①连设备（传感器+主控板+电脑）→ ②绑设备（物联网平台配置）→ ③写代码测重力并传数据 → ④加砝码看图表 → ⑤分析“质量越大，重力越大”。物联网技术的作用：能自动记录数据、生成曲线图（比如“重力一段段变大”），还能用手机远程看实验，像给科学课装了个“智能小助手”，让学习更省事、更有趣！七、任务拓展物联网技术还可以应用在哪些科学实验中呢？请选择其中一个，提出你的实践思路。选主题：挑个你关心的，如家里植物或房间温度。找设备：找个能测数据的小物联网设备。连设备：把设备连手机或电脑，看实时数据。观数据：看数据变化，想它意味着什么。得结论：根据数据，简单说出你的发现。分享它：告诉家人朋友你的发现。物联网技术像小魔法，让东西能“说话”。用它来探究，就像有个小助手帮你“看”。看看数据，学学新东西，学习更好玩。八、小节九、拓展在我们温馨的社会大家庭中，每一位成员都值得被关怀与呵护，尤其是那些在生活中面临诸多不便的弱势群体。以小组为单位，设计一款物联网创意应用，以科技之光点亮他们的日常。例如：针对肢体行动不便的群体，可以设计智能环境监测系统;为便利视障人士安全出行，可以设计语音避障系统……扩展延伸：物联网数据安全挑战设备漏洞：智能设备存在安全缺陷时，可能被远程操控泄露信息。数据拦截：传输中的物联网数据可能被黑客中途窃取或篡改。密码风险：简单密码易被破解，导致设备控制权丢失。隐私泄露：联网设备可能收集家庭作息等敏感数据并外泄。网络攻击：黑客攻击可能让城市物联网系统（如电网）瘫痪。数据倒卖：部分企业非法交易用户数据牟利，侵犯个人权益。 小组讨论说一说你在学习上曾经遇到过哪些令人难以理解的概念或内容。完成思考题。小组合作的方式，分析“重力的大小跟质量的关系”实验探究系统的基本功能需求完成任务。完成模拟搭建“重力的大小跟质量的关系”实验探究系统。开展基于物联网技术开展学习探究活动。完成拓展任务。了解物联网数据安全挑战。 引导学生讨论问题，引入课程内容。帮助学生巩固知识点。培养学生分析解决问题的能力。培养学生的动手能力。通过讨论研究巩固所学知识。加强对知识的理解。拓展学生的知识点。
课堂小结 学习探究新工具1.进行新知引入2.了解实验原理3.掌握实验需求与流程4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 根据本课内容，绘制“重力的大小跟质量的关系”实验探究系统的流程图。学完本节课，和同学们讨论“重力的大小跟质量的关系”实验数据。完成PPT39-40页的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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