资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第2.2课《感知物联网中的数据》教学设计
课题 感知物联网中的数据 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：介绍传感器在物联网中的作用，让学生结合生活实例，感知传感器相关信息，提升对信息获取和利用的敏感度。计算思维：通过编程实现传感器数据采集，剖析程序逻辑，理解数据处理流程，锻炼逻辑思维与算法设计能力，培养计算思维。数字化学习与创新：在小组讨论中，利用行空板等平台实践操作，掌握传感器使用与编程技能，鼓励探索创新应用，提升数字化学习与创新素养。信息社会责任：让学生们探讨传感器技术的社会影响，引导学生思考其利弊，培养正确价值观，强化合理运用技术的信息社会责任意识。
教学重点 介绍传感器在物联网中的作用，让学生结合生活实例，感知传感器相关信息，提升对信息获取和利用的敏感度。
教学难点 让学生探讨传感器技术的社会影响，引导学生思考其利弊，培养正确价值观，强化合理运用技术的信息社会责任意识。
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2.2课 物联网的应用与安全学习目标：1. 认识并理解传感器的作用。 2. 能够在具体场景中合理使用传感器。3. 通过实验操作，感知数据的采集方法。活动背景：感知技术是物联网的基础，面对不同的物品及其状态，应该选择相应的感知技术。例如测量温度用温度传感器技术，智能家居中用户获取信息使用基于摄像头的人脸识别技术，快递行业的包裹识别用射频识别技术，共享自行车开关利用二维码技术等。 了解活动目的了解活动背景 帮助学生初步了解本课目标通过活动背景引导学生了解本课内容
讲授新课 新知讲解：思考：请回答:人们都是通过什么方式感知外界信息的 和上述提及的感知技术有何联系 人们感知外界信息的方式：人们主要依靠眼、耳、鼻、舌、身等感官来感知外界。眼睛接收光线感知色彩和形状，耳朵捕捉声音，鼻子辨别气味，舌头品尝味道，身体感受温度、压力等物理刺激，从而获取周围环境的各类信息。与感知技术的联系：感知技术是对人类感官的模仿、拓展与强化。它借鉴感官原理，如摄像头仿眼睛、麦克风仿耳朵；突破感官局限，能感知人无法察觉的信息，如红外线；还能实现高效、精准感知，像物流的射频识别，让信息获取更全面、快速、准确。二、案例分析一温度自动控制系统在农业种植中被广泛应用。当棚内温度高于设定的值时，大棚内部的降温设备就会启动，让棚内温度降到一个合理的区间;反之，当棚内温度低于设定温度时系统也会进行相应的调整。温度控制系统之所以能够感受到外界的温度变化，依靠的是温度传感器。温度传感器可以用来检测环境温度，通过对数据进行处理，转化为人们可以识别的信号。图 2-2-2为温室大棚物联网端界面，我们可在此实时查看温度、湿度数据。小贴士传感器的组成通常由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源构成。敏感元件直接感受被测量，像温度传感器里感受温度变化的部件；转换元件把敏感元件感受的信息转换成电参量；变换电路将电参量转换为便于处理和传输的电量；辅助电源为各部分供电。三、讨论小组讨论常见的传感器类型都有哪些，并深入探究每种类型的传感器对应在什么领域应用较为广泛，将讨论结果填入表 2-2-1。传感器类型应用领域压力传感器汽车（胎压监测 ）、工业制造（监测机械压力 ）、医疗（血压测量 ）、建筑（监测建筑物结构压力 ）位移传感器汽车（监测刹车踏板位移 ）、工业自动化（机械臂定位 ）、航空航天（飞行器部件位移监测 ）加速度传感器智能手机（计步、重力感应 ）、汽车（安全气囊触发 ）、运动设备（监测运动状态 ）四、阅读传感器的概念来自“感觉”一词，人们研究自然现象，仅仅依靠人的五官获取信息是远远不够的，于是发明了能代替或补充人体五官功能的传感器。传感器是一种检测装置，能将获取的信息转换成电信号或其他形式的信息输出，是物联网设备感受外界环境的重要硬件传感器转换和输出信息的能力直接决定了设备与外界环境的交互能力。传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电源四部分组成。敏感元件直接感受外界信息，通过转换元件和信号调理电路转换成电信号输出，其原理如图 2-2-3所示。传感器的种类繁多，常见的传感器有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、加速度传感器等。通常我们会根据测量对象来选择传感器，也可以经过巧妙组合与设计来创新感知技术。五、马上行动查阅资料，将表 2-2-2中传感器的用途和类型补充完整。名称用途类型图片人体热释电红外传感器用于安防报警、智能家居红外传感器触摸传感器应用于触摸屏设备、智能家电物理传感器光线传感器智能手机、照明系统光学传感器声音传感器智能家居、工业噪声监测、音乐设备声学传感器现在我们已经认识很多种传感器了，如何运用它们展开测量呢 下面就让我们用传感器搭建模型来采集环境的温度数据。小贴士：传感器的作用传感器也叫换能器，能接收测量信息，并按规则转换成可用信号输出，像电信号等，用于满足信息的传输、处理等需求。像人体热释电红外传感器能检测到有人进入，自动开启灯光。它相当于人类五感的延伸，帮助人们获取用自身感官难以获取的信息 。 六、做中学实验目的:采集环境温度数据。实验要求:实时采集环境温度数据后实现。本地输出实验器材:如表 2-2-3 所示。序号设备数量1行空板实验平台12数字温湿度传感器1实验步骤:步骤一:设备及电路连接。将行空板通过数据线与计算机 USB 接口相连，数字温湿度传感器连接行空板 P21 接口,如图 2-2-4 所示。步骤二:编写程序实现功能。 (1)环境部署。①打开编程软件，将其切换至“Python 模式”，如图 2-2-5 所示。②鼠标点击左下角“扩展”按钮，在官方库页面中找到并添加“行空板”库，在 pinpong库页面中找到并添加“DHT11/22 温湿度传感器”库(图 2-2-6)。④完整程序如图 2-2-7 所示。(3)烧录运行。①连接行空板，使用数据线连接计算机 USB 接口，等待行空板开机完成后点击 10.1.2.3(如图 2-2-8所示，无线连接时也可输入行空板的IP 地址进行连接)。②连接成功后，编程软件的终端相当于行空板的终端，点击运行，编程软件会将Python代码发送到行空板上运行，运行成功后，终端实时显示感知到的温度值，如图2-2-9所示。小贴士：传感器的特性静态特性：描述传感器在静态输入信号下，输出量和输入量的关系。重要参数有线性度（实际输出与理想直线的接近程度 ）、灵敏度（输出量变化与输入量变化的比值 ）、分辨力（能区分的最小输入变化量 ）、迟滞（正向和反向行程输出-输入特性曲线的差异程度。七、思考请回答:以下两条指令分别适用于哪种类型的传感器 通过这两条指令获得的数据各有什么特点 读取光环境：适用光传感器，如光敏电阻等。其数据具连续性，能反映光照强度渐变；属模拟量，在一定范围连续取值；受环境影响大，天气、时间等变化会导致数据波动。被按下？：适用于按钮传感器这类开关型传感器。数据离散，仅 “按下”“未按下” 两种状态；是事件触发式，按动才产生有效数据；为数字量，以逻辑值呈现。八、讨论如果要同时实现温度和湿度数据的采集(输出效果如图2-2-10所示)，上述程序应如何调整 小组展开讨论，把讨论的结果记录下来并尝试运行。(一)硬件连接 明确温湿度传感器类型（如 DHT11、DHT22 ），将其 VCC 引脚接开发板供电引脚（5V 或 3.3V ），GND 引脚接地，DATA 引脚接数字输入输出引脚。连接后仔细检查，防止线路松动、短路，确保连接稳固。(二)程序修改 导入适配传感器的数据读取库，初始化传感器，设定其型号与开发板连接引脚。编写读取温湿度数据的功能模块，在主程序中调用该模块，实现数据获取、处理与展示或存储。(三)测试排错 将程序上传至开发板运行，观察是否正常显示温湿度数值。若出错，从硬件连接、程序设置、库导入等方面排查，如检查连接是否正确、引脚设置是否对应、库是否导入无误，直至程序能准确采集和呈现数据。通过温湿度传感器采集数据，只是物联网系统中的一个环节。以智能大棚为例，在棚内部署的传感器种类繁多，除了温湿度传感器，还包括监测二氧化碳、光照强度等的传感器。这些传感器收集到的数据要送达物联网终端进行处理，最终才能实现对大棚的智能预警、智能决策、智能分析。九、马上行动利用上述装置和程序完成对水泥地和草地两个不同场景的环境温度测量，并在表2-2-4中记录相关数据。序号时间水泥地环境温度草地环境温度110:0025.5℃24.0℃211:0027.0℃25.0℃314:0030.0℃27.5℃416:0028.5℃26.0℃十、课堂练习： 完成课件32-33页的课堂练习题十一、拓展延伸：传感器播放视频有趣的传感器应用智能手环：集成了加速度传感器、心率传感器等。加速度传感器能监测走路、跑步等运动时的步数；心率传感器可实时监测心率，帮助人们了解自身健康状况 。 扫地机器人：配备了多种传感器。碰撞传感器能让它碰到障碍物时及时避开；悬崖传感器可防止它从楼梯等高处掉落。传感器的发展趋势微型化：随着技术发展，传感器体积越来越小，像现在一些手机里的传感器，小到可以集成在极小的芯片中，不占太多空间，还能实现多种功能 。智能化：传感器不再只是单纯检测和传输数据，还能对数据进行简单分析处理。比如智能温度传感器，不仅能测温度，还能根据设定条件，判断是否需要报警或自动调节设备 。特殊传感器生物传感器：能检测生物体内的物质，像血糖仪，就是利用生物传感器技术，通过检测血液中的葡萄糖浓度，为糖尿病患者提供血糖数据 。光纤传感器：利用光在光纤中传输的特性来检测外界信息，比如检测温度、压力等。它抗干扰能力强，在一些复杂电磁环境或恶劣环境下能稳定工作 。 回答思考问题了解案例分析一补充额外知识进行讨论完成表格完成阅读知识，了解传感器的组成成分完成传感器相关表格。补充传感器额外知识根据要求完成实验回答思考问题在小组合作的情况下完成讨论完成温度记录表完成课堂练习播放视频介绍传感器有关知识 通过回答问题了解感知技术的存在和意义，锻炼学生独立思考能力让学生了解温度控制系统的操作原理让学生明白传感器的组成培养学生团结合作能力，并完成传感器表格为学生补充额外知识锻炼学生总结能力和查询资料能力，完成传感器相关表格。为学生补充额外知识锻炼学生自主动手能力，完成实验相关要求根据思考题来总结传感器锻炼学生交流能力和总结能力，完成温度和湿度的数据采集让学生明白装置和程序应该如何使用培养学生独立思考能力，了解学生本节课吸收情况补充学生课外知识补充学生课外知识
课堂小结 感知物联网中的数据1.进行新知内容2.了解并认识传感器3.学会使用部分传感器4.完成课题练习5.进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 完成相关填空题传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电源四部分组成。温度自动控制系统依靠温度传感器感受外界温度变化。采集环境温度数据实验中，数字温湿度传感器连接行空板p21接口。从功能角度看，“读取环境光强度” 指令适用于光传感器。请同学们通过上网查询等途径，再多了解几个传感器，明确其作用，并做好记录，之后与同学们分享你的收获。 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）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑