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第4.1课《数据输出多样化》教学设计
课题 数据输出多样化 单元 第四单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：了解不同需求对应的不同数据反馈方式，熟悉物联网中的数据流程。计算思维：理解数据输出流程，能够编写程序实现反馈多样化，运用计算思维分解问题，设计算法与模型，逻辑推理求解。数字化学习与创新：借助数字工具与平台，开展在线协作、虚拟实验，创作数字作品，推动个性化学习与创新实践。信息社会责任：遵守网络规范，保护数据隐私，抵制不良信息，传播正能量，以实际行动践行信息时代的公民责任。
教学重点 了解不同需求对应的不同数据反馈方式，熟悉物联网中的数据流程。
教学难点 理解数据输出流程，能够编写程序实现反馈多样化
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4.1课 手动控制灌溉单元导入： 控制系统通过传感器采集数据，用户通过移动终端实现对系统的控制，这些功能的实现均依靠物联网将数据传输到服务器数据处理中心进行控制计算。本主题中，我们将进一步运用物联网中的数据，借助强大的物联网服务平台搭建一套功能更丰富的智能农植园系统，以提供更智能化、更高效化的农业管理解决方案。学习目标：1. 了解不同需求对应的不同数据反馈方式。 2. 熟悉物联网中的数据流程。3. 能够编写程序实现反馈多样化。播放视频活动背景：物联网系统中可以提供给移动终端用户输出的反馈类型是多样的。例如，将我们日常生活中使用的智能手机与家庭中的各种智能终端电器关联(图4-1-1)，就可以实时接收来自这些电器的数据。不在家时，我们仍可接收到家庭中智能设备状态改变的信息，可以查阅文字消息，也可以让移动终端振动提醒或发出语音提醒。 单元导入了解学习目标了解活动背景 了解本单元的学习内容帮助学生初步了解本课学习任务通过活动背景引导学生了解本课基本内容
讲授新课 新知讲解：一、案例分析一：为了便于监控农作物的生长环境，智能农植园通常会将土壤湿度、环境温湿度数据都上传到物联网服务器中。当农植园中的温度超标时,温度控制系统自动控制启动风扇进行降温此时若需要将执行器风扇的状态变动信息发送给移动终端用户进行提醒，可通过彩灯闪亮蜂鸣器发声等多种形式提醒(图 4-1-2)。小贴士：物联网服务器是物联网系统的数据枢纽，负责收集和处理来自传感器和智能设备的信息。它存储数据，执行分析，并根据分析结果或用户指令发送控制信号到设备。服务器确保设备间的有效通信，支持远程监控和管理，是实现智能家居和自动化控制的关键。二、思考：当土壤湿度过低时，农植园的自动灌溉系统会打开水泵及时灌溉。假如你是智能农植园的管理员，此时你最希望得到什么样的系统反馈 大胆设想一下控制系统状态发生变化时数据输出的表达方式。作为智能农植园管理员，土壤湿度过低触发自动灌溉时，系统多维度反馈。声光、图标显启动，仪表盘、曲线追湿度与用水，故障弹窗、AR 巡检排异常。结合气象多模态展示，借设备健康可视化、虚拟仿真做预测维护，保灌溉精准，提管理效率 。智能终端发送数据到数据服务器，数据服务器再将处理好的数据发送到移动终端，移动终端接收到对应的控制信号后通过执行器输出。例如，智能终端发送温度超过设定值的数据到数据服务器，数据服务器又将此数据计算处理后传送给移动终端，移动终端接收到数据服务器发送的控制信号后，启动执行器(彩灯、蜂鸣器)给用户发提醒信息，具体流程如图4-1-3 所示。不难发现，上述控制系统都是自动控制。它们通过人体热释电红外传感器“看”见人通过声音传感器“听”见声音、通过土壤湿度传感器“感知”土壤湿度……这些控制系统都有若干个环节，这些环节按一定的规则组合流程。例如，声控灯先感知声音，然后判定检测到的音量是否满足条件，若满足则发送信号给电灯，由电灯来执行照明的功能。在这个声控灯系统中，其工作过程分为输入、计算、输出三个环节(图3-1-2)。任何控制系统都有输入与输出，输入与输出一一对应。三、阅 读：智能终端:连接多种传感器与执行器，用于采集数据，发送数据到数据服务器，或接收来自移动终端的控制指令，控制执行器完成相关指令。数据服务器:作为智能终端与移动终端的纽带，实现智能终端与移动终端双向的数据通信。移动终端:接收来自智能终端的感知数据并提供给用户，用户在应用界面发送指令操控智能终端。智能农植园系统中，其物联网硬件架构如图 4-1-4所示。四、做中学：实验目的:接收来自服务器的数据，并形成多样输出。实验要求:实时接收服务器端的环境温度、空气湿度、光线强度、土壤湿度数据及通风窗状态;本地设备能读取并显示相关数据。实验器材:如表 4-1-1所示。序号设备数量1行空板实验平台12RGBled13蜂鸣器1实验步骤:步骤一:设备与电路连接。连接好行空板等设备。移动终端为RGBled，蜂鸣器为板载设备。步骤二: 编写程序。显示接收到的数据、LED 服务器的温度值。(1)环境部署。①打开编程软件后，将其工作台切换至“Python 模式”，如图 4-1-5 所示。②鼠标点击左下角“扩展”按钮，在官方库页面中添加“行空板”和“MQTT-py”库在 pinpong 库页面中添加“WS2812 RGB 灯”，如图 4-1-6 所示。⑤显示接收数据、高温提醒:这两项处理都是在 MQTT 接收到 MQTT 消息后进行，具体见图 4-1-7。其他主题的接收显示与之类似，请自行补充完整。(3)烧录运行。连接行空板，烧录程序。烧录成功后，移动终端会实时显示来自服务器的各项环境数据如图 4-1-8 所示。五、马上行动：物联网控制系统已经实现了智能终端采集数据并发送到服务器，移动终端查看服务器数据，并附带彩灯闪烁等提醒功能。请编写程序完成以下功能:修改主要程序，实现彩灯闪烁和蜂鸣器报警的功能。编写主要程序，实现移动终端发送指令，控制智能终端风扇开关的功能。六、课堂练习： 完成课件23-24页的课堂练习题七、拓展延伸：执行器 执行器是物联网系统中接收指令并执行相应动作的设备。它们可以是电机、阀门或任何可以远程控制的机械装置。执行器通过接收来自服务器或智能终端的信号，执行如开关灯光、调节温度等任务，实现自动化控制。这些设备使得物联网系统能够自动响应环境变化或用户指令，提高效率和便利性。数据反馈 数据反馈是物联网中信息流通的重要环节。系统通过传感器收集环境数据，如温度、湿度等，并将这些数据发送到服务器。服务器处理后，向移动终端发送控制指令，实现对智能设备的远程监控和控制，确保系统根据环境变化自动调整。移动终端控制移动终端控制允许用户通过智能手机或平板电脑等设备远程操作物联网中的智能设备。用户可以发送指令来控制设备状态，如开关灯光、调节温度等。这种控制方式提高了设备的灵活性和用户的便利性，使得管理家庭或工作场所的设备更加容易。 阅读案例分析一阅读小贴士完成思考练习题完成阅读完成做中学完成马上行动完成课堂练习补充三个额外知识点 通过阅读案例分析一了解智能农智园的运作原理为学生补充关于物联网服务器相关知识点通过完成思考练习题锻炼学生自主学习能力，培养学生独立思考意识完成阅读了解智能终端等相关知识通过做中学理解数据的多样输出完成马上行动相关习题，培养学生编程能力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
课堂小结 数据输出多样化1.进行新知内容2.了解数据输出的多样化形式3.熟悉物联网中的数据流程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(详情请看课件P30页)利用手边的材料或模拟软件，设计一个简单的智能家居系统中的一小部分。 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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