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第4.2课《数据可视助分析》教学设计
课题 数据可视助分析 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：通过分析物联网系统中的数据反馈，增强对数据采集、处理和可视化的敏感度，提升在生活场景中应用物联网技术的意识。计算思维：深入理解物联网系统中数据处理的流程，了解数据可视化的优势，理解数据可视化的基本原理和工作机制。数字化学习与创新：通过小组讨论，结合物联网数据可视化案例进行分析，探索不同数据展示方式，激发学生的创新思维和实践能力。信息社会责任：引导学生关注物联网系统的数据安全和隐私保护，培养他们在物联网应用中的责任意识，确保系统的安全和可靠运行。
教学重点 理解物联网系统中数据处理的流程，了解数据可视化的优势。
教学难点 掌握可视化的数据分析方法，能根据不同数据的特点选择合适的图表进行展示。
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4.2课 数据可视助分析学习目标：1. 了解数据可视化的优势。 2. 掌握可视化的数据分析方法。3. 能根据不同数据的特点选择合适的图表进行展示。播放视频活动背景：无论是智能农植园控制系统，还是智能家居控制系统，这些系统的背后都有着庞大的数据量作为支撑。数据可以帮助系统进行逻辑判断或是发送指令,具有非常重要的作用。另外传感器采集的大量数据又为我们分析了解事物的变化趋势提供了重要依据。数据有不同的展示方法，下面用图形(图4-2-1)和表格(表4-2-1)两种方式展示了某城市7天的天气数据变化情况。详表请看课件p7页数据可视化是一种处理数据的手段，能以图形化的方式提供清晰、准确和有价值的信息从用户的角度来看，数据可视化可以让用户快速掌握信息的关键点，帮助用户更有效地做出准确判断。 了解学习目标了解活动背景 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：壮壮是智能农植园活动小组的组长，他每天都会记录农植园里的温度数据，并将数据公布在农植园温度栏中。近一段时间，细心的壮壮发现农植园内种植的部分作物出现凋落，于是在农植园温度栏中用文本方式进行了友情提醒(图4-2-2)。但他发现，这条提醒并未能引起同学们的注意。他想了想，然后在温度栏中画了如图4-2-3 所示的温度曲线图，一下就引起了同学们的好奇与关注，起到了很好的提醒作用。二、思考：对同一个内容采用不同的表达方式，效果有何不同 请举例对比分析。数据可视化是物联网中将数据转化为图形或图表的关键技术，它使数据更直观易懂。不同图表有不同用途：折线图展示趋势，柱状图比较类别，散点图探索关系，条形图直观比较，饼图显示比例，热力图展示密度。选择合适的图表能更有效地传达信息，帮助用户快速理解数据背后的模式和趋势。数据呈现方式多种多样，不同的呈现方式对于分析事物有着不同的效果。图表方式与单纯展示数据相比，能更直观地表达出数据之间的关系。图表不仅具有很好的视觉效果，还能将抽象的数据直观化，让平面的数据立体化，方便快速比较数据的差异。小贴士：图表的优点直观呈现数据特征：用图形（如折线、柱形图）清晰展示数据趋势、分布或对比，简化复杂信息。快速突出关键规律：通过视觉元素（颜色、形状）凸显最大值、异常点或关联关系，便于捕捉核心信息。降低信息理解成本：将数据转化为可视化图形，减少文字 / 表格的阅读负担，加速分析决策。增强信息传播效率：图形化表达简洁易懂，适合报告、演示等场景，便于跨群体快速传递数据结论。三、做中学：实验目的:将 SIoT 服务器采集的数据用图表显示。实验要求:通过图表方式展示采集的温度数据。实验器材:如表 4-2-2 所示。序号设备数量1行空板实验平台12温度传感器DHT111实验步骤:步骤一:设备与电路连接。将智能终端温度传感器 DHT11 接入行空板 P21 接口，如图 4-2-4 所示。步骤二:登录服务器端查看数据。(1)登录服务器端。进入“SIoT”应用界面，输入用户名、密码，登录系统。(2)查看数据。进入“siot/ 环境温度”订阅主题，点击“查看消息”，可见图 4-2-5 的数据。四、技术提示：图表与生成它的数据是相连接的，要想让图表中的数据实时发生变化，需要勾选页面中的“自动刷新消息”复选框。鼠标点击页面中的“隐藏/显示图表”按钮，可见图 4-2-6 的数据。五、思考：智能终端采集的数据在 SIoT 服务器平台上实现了图表显示，这些数据也可以在移动终端以图表的形式显示出来吗 请你做简要分析。智能终端采集的数据完全能够在移动终端上以图表形式展示。现代移动设备拥有强大的数据处理能力和良好的网络连接，能够接收服务器传输的数据。通过设计合适的移动应用程序，可以将这些数据以直观的图表形式呈现，便于用户理解和分析。六、做中学：实验目的:移动终端数据图表化显示。实验要求:在移动终端通过图表方式展示温度数据。为了能够更直观地读取温度数据，同时看出温度数据的变化趋势，可以考虑以折线图的方式显示温度数据的变化。小贴士：MatplotlibMatplotlib 是 Python 的 2D 绘图库，能生成折线、柱状等各类高质量图表。它高度自定义，支持多格式输出与多平台，还能与 NumPy、Pandas 等库集成。其 API 简洁且功能丰富，可轻松绘制从基础到复杂的图形，广泛用于数据可视化与分析。实验步骤:步骤一:环境部署。打开编程软件，切换至“Python 模式”，点击“拓展”并选择“用户库”。在搜索地址栏中输入网址(图 4-2-7)，添加 matplotlib 库。步骤二:编写程序。(1)图表初始化设置:从matplotlib 库中拖拽的指令如图 4-2-8所示，完成图表显示字体、窗口分辨率、图表位置、标题等相关设置。(2)定义变量:定义变量i、x、y，分别代表自变量、x轴、y轴对应的数据，其中x、y的数据类型选择为列表方式，如图4-2-9 所示。(3)数据赋值:在主程序中对变量i进行累加，x轴的数据赋值为变量i,y轴的数据赋值为采集的温度数据，如图 4-2-10 所示。(4)图表绘制:设置图表的类型为“折线图”，如图 4-2-11 所示。(5)程序初始化:MQTT初始化部分分为MQTT服务器参数配置、订阅环境温湿度两个主题，如图 4-2-12 所示。(6)温度数据显示、图表参数的定义如图 4-2-13 所示。(7)主程序:实现温度数据的采集及发送，通过列表绘制折线图，如图4-2-14所示。七、技术提示：matplotlib的主要功能是绘图，可生成折线图、散点图、柱形图、条形图等。matplotlib 是Python 的 2D 绘图库，它以各种硬拷贝格式和跨平台的交互式环境生成出版质量级别的图形。八、马上行动：在编程软件中连接行空板，运行程序。随机使用高温的物体接近温度传感器，观察行空板显示的图表并将变化情况记录下来，试做简要分析。在编程软件中连接行空板并运行程序，通过温度传感器监测环境温度变化。将传感器数据实时显示在行空板图表上，随机使用高温物体接近传感器，观察并记录温度变化。图表直观展示了温度的上升和下降趋势，验证了传感器的灵敏度和准确性。九、拓展：在 matplotlib 中，除我们刚才使用的折线图外，还有散点图、柱形图、条形图等样式(图4-2-15 )。请根据采集数据的实际需求，选择合适的图表样式进行显示。折线图:常用来分析数据随时间的变化趋势，也可用来分析多组数据随时间变化的相互作用和影响。散点图:用来显示数据的变化趋势，也可用来描述数据之间的关系。柱形图:用来描述不同时期数据的变化情况，或是比较不同类别数据之间的差异。条形图:用来比较不同类别数据之间的差异。如图 4-2-16 所示。你还知道哪些数据可视化呈现方式 它们的特点各是什么 呈现方式及其特点：数据可视化方式多样，包括折线图、柱状图、饼图等。折线图适合展示数据趋势，柱状图便于比较不同类别的数据，而饼图则直观显示部分与整体的关系。每种图表都有其适用场景，如折线图用于时间序列分析，柱状图用于比较不同群体的数据，饼图用于展示比例关系。十、课堂练习： 完成课件30-31页的课堂练习题十一、拓展延伸：数据可视化作用 数据可视化将复杂数据转为图形，帮人快速理解。如折线图看气温变化趋势，散点图找光照与产量关联，让数据从抽象变直观，辅助农业、气象等场景决策，提升分析效率。物联网协议分类 物联网协议分两类：短距离（如 Wi-Fi、蓝牙，用于设备近距互联，像手机连智能音箱）和长距离（如 MQTT、NB-IoT，适合远距低功耗场景，如野外传感器传数据到云端），按需选择可优化传输效果。智能终端构成智能终端由传感器（采数据，如土壤湿度传感器）、处理器（分析数据，如判断是否需灌溉）、通信模块（传数据，如用 4G 发至服务器）组成。三者协作让设备 “感知 - 思考 - 行动”，实现自动监测与控制。 阅读案例分析一完成思考题阅读小贴士完成做中学实验阅读技术提示完成思考练习题完成做中学实验阅读小贴士阅读技术提示完成马上行动阅读拓展完成课堂练习补充三个额外知识点 通过案例分析一初步了解图表通过思考题清晰认知图表的重要性，同时培养学生独立思考能力了解图表的优点通过实验学会把数据用图表显示了解在SioT中图表和数据相关通过完成练习题初步了解在移动终端显示数据通过完成实验学习在移动终端显示数据了解什么是 Matplotlib进一步了解 Matplotlib通过马上行动学会在编程软件中呈现表格阅读相关知识，补充额外知识点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 数据可视助分析1.进行新知内容2.了解什么是数据可视化分析3.掌握数据可视分析方法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P38页)用当地天气预报一周的温度、湿度、风速模拟数据，选折线图、散点图、柱形图分别呈现，说明选图理由，制图并分析数据变化规律。 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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