资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
教学设计
课程基本信息
学科 信息科技 年级 七年级 学期 春季
课题 第11课 物联网数据的获取
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2024年9月
教学内容与学习对象分析
本课是第三单元第1课，本课内容与上一单元传感器的应用、无线通信技术、物联网协议紧密关联。上一单元基于物联网感知层、网络层、平台层、应用层的各层具体科学原理展开，本课以数据为主线，阐述数据“获取—传输—接收”的过程，同时也为后续数据处理与应用做好准备。 本课内容主要包括“物联网数据获取方式”“物联网数据发送与接收”。本课遵循“数据”“信息处理”两条逻辑主线，响应课程标准中“物联网实践与探索”模块中内容要求3、内容要求4。 “物联网数据获取方式”包含识别技术、传感技术、定位技术等多样化的数据获取方式。“物联网数据发送与接收”应用物联数据中台发送和接收数据。 七年级的学生，观察细节的感受力、辨别事物差异的准确率均在逐渐发展。抽象逻辑思维开始由“经验型”向“理论型”转化。 上一单元，学生了解了传感器、识别技术等相关知识，为本课物联网数据获取方式的选择做好了准备；而通信技术、MQTT协议订阅模型的原理解析，为本课理解和实现“获取、传输、接收数据的过程”打下基础。部分学生体验过手机公交车查询App、汽车导航等生活中的物联网应用，但是因为生活中的物联网系统较为复杂，学生在上一单元分别学习物联网各层的功能原理，但对于物联网数据的获取、发送、传输和接收过程的整体认知尚未形成，对数据流转的分析较为困难。因此学生学习本课知识时，通过实验操作、现实物联应用问题分析来厘清相关知识、运用知识。
教学目标分析（含核心素养导向）
1. 通过选择物联网感知层多样化的感知与识别技术，了解物联网数据的获取方式。 2. 通过物联网数据的获取、发送、传输和接收实验，了解物联网数据传输的原理，体会万物互联的实现过程。 教学重点：物联网感知层多样化的数据读取方式，物联网数据的获取、发送、传输和接收过程。 教学难点：物联网数据的获取、发送、传输和接收过程。
教学过程
（一）感知 活动1：讨论校园农场数据获取方式 【活动描述】 学生小组讨论校园农场数据获取方式。 【学生活动】学生阅读课本p63，并结合本组搭建的物联子系统，两人小组讨论表1问题并记录。 表1 校园农场物联子系统数据获取方式设计表 问题讨论结果这种植物需要什么生长环境？校园农场物联系统能够监测哪些环境数据？ 用什么方式做好记录并保存数据？
代表性小组汇报，其他小组补充。 【教师活动】在学生讨论过程中，关注学生讨论的情况，协助学有困难的学生解决问题。选择 2—3个小组代表以备分享。在学生汇报分享时，邀请典型代表上台分享。强调根据现有实验套盒中的传感器，确定本小组需检测的环境数据。引导学生比较不同数据记录保存方法。 【设计意图】引入真实的问题情境，选择数据获取方式，提升学生的信息鉴别力。通过交流研讨达成共识：确定校园农场物联系统需要采集什么数据，采用哪种传感器获取数据，通过物联数据中台积累数据。 （二）建构 活动2：实现物联网数据发送与接收 【活动描述】 学生使用实验板、物联数据中台获取环境数据，思考数据在物联网中的传输过程。 【学生活动】 1.学生两人一组，观看“平台新建项目主题微课”“实验板发送程序修改参数微课”视频，完成物联数据中台部署、实验板代码修改。（如图1） 图1 物联数据中台部署、实验板关键代码修改 具体步骤如下： （1）新建项目和主题：在物联数据中台上新建项目和主题。 （2）实验板发送数据：打开半成品程序“实验板发布待修改程序.py”，修改参数：useId（用户ID）、projectId（项目ID）、传感器采集数据、主题名。运行平台接收数据。 2. 观察数据，讨论数据传输过程。 （1）两人小组下载平台数据，填写观察发现。 （2）组内讨论：物联网数据是如何传输到平台的？ 3. 三组代表展示观察发现，一组说明数据传输过程，其他组补充。 【教师活动】 在学生活动操作过程中教师巡回指导，对程序调试失败的学生给予针对性指导。 2. 在学生填写观察发现和讨论的过程中，教师巡视，实时了解学生的填写情况，引导学生从时间、内容、硬件现象等多个维度观察梳理，巡视收集不同的小组意见，为下一步的分享做铺垫。 3.请三组代表性学生展示下载的平台数据、分享观察发现，其他小组补充，生成实验改进需求。展示实验板发送数据至物联数据中台示意图，请学生小结物联网数据是如何传输到平台的。 图2 实验板发送数据至物联数据中台示意图 【设计意图】 让学生根据项目需求自主设置项目、主题、修改代码。生成传感器采集、网络发送、平台汇集的技术体验，达成收集数据的工程实现。采集数据的观察分析，为实验项目改进埋下伏笔：数据雷同，需合理设置采集的时间和间隔。 活动3：设计主题发布时间和频次 【活动描述】 两人小组设计温度主题发布的时间和频次。 【学生活动】 小组设计主题发布时间和频次。组内讨论并填写表4。 表4 主题消息最佳发布时间、频次及原因设计表 主题消息最佳的发布时间及原因 （什么时候开始采集数据数据？为什么？）主题消息最佳的发布频次及原因 （间隔多长时间采集一次数据？为什么？）
注：物联平台最多存储500条消息。 两组展示主题消息最佳发布时间、频次及原因，其他组补充。 【教师活动】 1．在学生填写表格时，教师巡视，实时了解学生的表格填写情况，对设计困难的小组给予针对性指导。重点观察哪些学生填写的内容具有“互补性”，挑选有代表性的小组作品备展。 2. 小组汇报展示过程中，引导学生对比不同的发布时间、频率的可操作性和对发现数据规律的作用，结合学生的汇报进行补充和小结。 【设计意图】 主题消息发布时间频次分析，是结合对平台接收到的数据的观测、硬件限制、数据应用需求思考，来合理设置系统参数改进系统。 （三）应用 活动4：生活应用中的数据获取方式、发送接收分析 【活动描述】 学生讨论日常生活信息科技应用中的数据获取方式和数据发送接收过程。 【学生活动】 1.小组选择以下一个问题，讨论数据获取方式和数据发送接收过程： （1）手机上的公交车查询专用App为什么能将车辆的到站信息标记的基本准确？ （2）有些汽车导航系统会提示红绿灯倒计时状况，甚至精确到红灯还剩几秒转绿灯，其中的数据是如何得到的？ （3）餐馆是如何实现多人扫同一个二维码一起点餐的？ 2.每个问题1-2个代表性小组分享观点。 【教师活动】 小组讨论中，聆听学生讨论，引导学生应用发布者、物联平台、订阅者角色模型解析生活中物联网应用，遴选有代表性的观点备展。 小组观点分享时，引导学生开展质疑和对话，形成不同观点的碰撞。结合学生的汇报进行补充和小结。 【设计意图】通过应用“物联网数据的采集、发送接收模型” 剖析生活中的物联网应用，进一步达成了解物联网数据读取方式和数据获取、发送、传输和接收过程的教学重点。培养了应用所学的知识，解析新技术新应用的意识和能力。 （四）梳理 【活动描述】 学生梳理物联网数据获取、发送、传输和接收，在教师的引导下不断完善自己的知识体系。 【学生活动】 围绕问题“数据的获取方式有哪几种？分别是怎样实现的？” 以四人小组分享物联网数据获取方式、发送与接收过程，并对彼此的学习成果进行点评和补充。 两组代表上台分享梳理成果，其他组进行提问和补充。 【教师活动】 提出问题，在学生小组讨论时，教师巡视指导，及时解答学生的疑问，并引导学 生深入思考和总结。 在小组代表分享时，教师认真倾听，对学生的梳理成果进行点评和补充，帮助学生完善知识体系。 【设计意图】 通过对传感器获取数据、平台接收数据、终端订阅接收数据的总结和对比，让知识进一步巩固内化。通过讨论分享，培养学生的合作精神和表达能力，提升学生的学习效果。
中小学教育资源及组卷应用平台
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
学习任务单
课程基本信息
学科 信息科技 年级 七年级 学期 春季
课题 第11课 物联网数据的获取
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2024年9月
学习目标
1. 通过选择物联网感知层多样化的感知与识别技术，了解物联网数据的获取方式。 2. 通过物联网数据的获取、发送、传输和接收实验，了解物联网数据传输的原理，体会万物互联的实现过程。 教学重点：物联网感知层多样化的数据读取方式，物联网数据的获取、发送、传输和接收过程。 教学难点：物联网数据的获取、发送、传输和接收过程。
课前学习任务
完成自动通风物联子系统硬件系统搭建（实验板连接电脑，若需外置传感器则连接实验板）。 分组在课前完成，采用“异质分组”的方法，将学生分为2人小组，组内成员具有不同的学。两位组员使用同一个账号分别登陆中小学信息科技物联数据中台，进入：学科工具→物联网创作。前后两个小组为4人大组，以便进行组间互评。
课上学习任务
【学习任务一】阅读课本p63，结合本组搭建的物联子系统，两人小组讨论下表问题并记录。 问题讨论结果①校园农场物联系统可以监测哪些环境数据？ ②物联网数据有哪些获取方式？ 校园农场采集环境数据使用哪一种方式？③用什么方式做好记录并保存数据？
【学习任务二】两人一组，观看“平台新建项目主题微课”、“实验板发送程序修改参数微课”视频，完成平台部署、实验板代码修改。 操作步骤： （1）新建项目和主题：在物联数据中台上新建项目和主题。 （2）实验板发送数据：打开半成品程序“实验板发布待修改程序.py”，修改参数：userId（用户ID）、projectId（项目ID）、传感器采集数据、主题名。运行平台接收数据。 2. 小组下载平台数据，观察分享发现。 小组发现： 3.说一说：物联网数据是如何传输到平台的？ 小组互评： 2人小组互评表 互评小组 平台能接收到数据。□能 □不能观察数据，填写小组发现。□小组发现填写合理 □填写了小组发现 □未填写能简要说明数据是如何传输到平台的。□能 □不能
【学习任务三】主题发布时间频次设计：四人大组讨论主题消息最佳的发布时间和发布频次，并填写下表。提示：物联平台最多存储500条消息。 “温度”主题消息最佳的发布时间及原因 （什么时候开始采集数据数据？为什么？）“温度”主题消息最佳的发布频次及原因 （间隔多长时间采集一次数据？为什么？）
注：物联平台最多存储500条消息。 大组自评： 2人小组自评表主题发布时间频次设计。□主题发布时间、频次合理，并说明原因 □填写了主题发布时间、频次 □未填写
【学习任务四】四人大组选择以下一个问题，讨论数据获取方式和数据发送接收过程： （1）手机上的公交车查询专用App为什么能将车辆的到站信息标记的基本准确？ （2）有些汽车导航系统会提示红绿灯倒计时状况，甚至精确到红灯还剩几秒转绿灯，其中的数据是如何得到的？ （3）餐馆是如何实现多人扫同一个二维码一起点餐的？ 大组自评： 2人小组自评表能简述数据获取方式和数据发送接收过程。□能 □部分正确 □不能
推荐的学习资源
中小学信息科技学习平台：https://xxkj./ 代码半成品（提供给学生，需要修改的代码）： #校园农场 from npython import * #该句代码作用是导入npython模块中，所有的函数、变量等 ipserver=" " #①设置参数：热点或wifi名称 ippass=" " #①设置参数：热点或wifi密码 ip=wifi.connect(ipserver,ippass) #②连接网络：配置参数，进行连接 oled.print(1,1,"发布IP:"+str(ip),1) #③连接反馈：wifi连接成功提示 server ="121.5.75.157" # ①设置参数：MQTT服务器地址 port =1883 #① 设置参数：MQTT协议的默认端口号是1883，不能修改 userId="4120" #①设置参数：物联网数据中台中，用户ID （需修改） projectId="xT3znmB7OMORVH4y1" # ①设置参数：“宝宝看护”项目ID （需修改） mqtt.config(server,port,projectId=projectId,userId=userId,keepalive=1000) #②配置参数连接：配置MQTT mqtt.connect() #②配置参数连接：连接MQTT服务器 oled.print(1,2,"MQTT连接成功",1) #③连接反馈：MQTT服务器接成功提示 while True: sy=sound.read() #声音(噪音)采集 oled.print(1,3,"板载声音传感器:"+str(sy),1) #实验板屏幕提示信息 mqtt.publish("主题名",str(sy)) #发布主题名数据 （需修改） time.sleep(1) #每隔1秒上传1次数据
中小学教育资源及组卷应用平台
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
作业练习
课程基本信息
学科 信息科技 年级 七年级 学期 春季
课题 第11课 物联网数据的获取
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2024年9月
作业练习
【任务一】阅读课本p63，结合本组搭建的物联子系统，两人小组讨论下表问题并记录。 问题讨论结果①校园农场物联系统可以监测哪些环境数据？ ②物联网数据有哪些获取方式？ 校园农场采集环境数据使用哪一种方式？③用什么方式做好记录并保存数据？
【任务二】两人一组，观看“平台新建项目主题微课”、“实验板发送程序修改参数微课”视频，完成平台部署、实验板代码修改。 操作步骤： （1）新建项目和主题：在物联数据中台上新建项目和主题。 （2）实验板发送数据：打开半成品程序“实验板发布待修改程序.py”，修改参数：userId（用户ID）、projectId（项目ID）、传感器采集数据、主题名。运行平台接收数据。 2. 小组下载平台数据，观察分享发现。 小组发现： 3.说一说：物联网数据是如何传输到平台的？ 【任务三】主题发布时间频次设计：四人大组讨论主题消息最佳的发布时间和发布频次，并填写下表。提示：物联平台最多存储500条消息。 “温度”主题消息最佳的发布时间及原因 （什么时候开始采集数据数据？为什么？）“温度”主题消息最佳的发布频次及原因 （间隔多长时间采集一次数据？为什么？）
注：物联平台最多存储500条消息。 【任务四】四人大组选择以下一个问题，讨论数据获取方式和数据发送接收过程： （1）手机上的公交车查询专用App为什么能将车辆的到站信息标记的基本准确？ （2）有些汽车导航系统会提示红绿灯倒计时状况，甚至精确到红灯还剩几秒转绿灯，其中的数据是如何得到的？ （3）餐馆是如何实现多人扫同一个二维码一起点餐的？ 评价说明： 本课使用实验单作为学习辅助工具，实验单包含实验目的、实验器材平台、实验准备、实验设计、实验过程、实验改进、实验原理迁移六个部分。通过实验单的引导，帮助学生逐步开展实验探究。学生在课前认真阅读实验单，明确实验目的、平台，进行实验准备。在课堂上，结合实验单的内容，进行操作、观察、分析、迁移，确保学生能够全面、系统地掌握相关知识 任务1：讨论校园农场数据获取方式 （1）参考答案 表7 校园农场物联子系统数据获取方式设计表 问题讨论结果①校园农场物联系统可以监测哪些环境数据？温度、湿度、光线、土壤湿度②物联网数据有哪些获取方式？ 校园农场采集环境数据使用哪一种方式？识别技术、传感技术、定位技术 传感技术③用什么方式做好记录并保存数据？通过物联数据中台收集保存数据
（2）评价说明 活动1采用教师评价。三项内容，每项2分，多填少填酌情扣分。①不能将所有环境要素填上去。②参照标准答案。③若填写通过传感器或实验板采集，或者结合手工记录，没有涉及平台的给1分。 任务2：实现物联网数据发送与接收 （1）参考答案 ①实验板发布数据修改参数：userId（用户ID）、projectId（项目ID）、传感器采集数据、主题名，如图3。 图3：实验板发布数据修改参数说明 ②小组发现： 采集的温度/湿度基本相同。温度数值与真实气温不符。实验板运行不稳定。 ③说一说：物联网数据是如何传输到平台的？ 实验板上的温度传感器采集温度数据,通过网络将温度数据传送到物联数据中台的温度主题中。 （2）评价说明 活动2采用两人小组组间互评，前后小组互相评价。至少填写一点观察发现，并简要说明数据传输过程。学生根据小组表现，在互评表中勾选相应的评价。 表8 活动2小组互评表 2人小组互评表 互评小组 平台能接收到数据。□能 □不能观察数据，填写小组发现。□小组发现填写合理 □填写了小组发现 □未填写能简要说明数据是如何传输到平台的。□能 □不能
任务3：发布频次改进、客户端订阅 （1）参考答案 人小组设计主题发布时间和频次填写如表2。 表9 主题消息最佳发布时间、频次及原因设计表 主题消息最佳的发布时间及原因 （什么时候开始采集数据数据？为什么？）主题消息最佳的发布频次及原因 （间隔多长时间采集一次数据？为什么？）可以选择整点的时候去进行发布。可以在白天开始发布。 原因：当多个板采集数据时，整点有利于后期数据的统计整理。白天开始，是因为学生在校有利于操作。每隔3分钟发布一次。 原因：需要24小时的数据—500÷24=20。一小时可以采集20条，所以是3分钟一条比较合适。
注：物联平台最多存储500条消息。 （2）评价说明 活动3采用4人大组组内自评。合理填写主题发布时间、频次，并说明原因；实现 实验板发布数据，平台接收数据；简要说明数据传输过程。学生根据小组表现，在自评表中勾选相应的评价。 表10 活动3大组自评表。 2人小组自评表主题发布时间频次设计。□主题发布时间、频次合理，并说明原因 □填写了主题发布时间、频次 □未填写
任务4：生活应用中的数据获取方式、发送接收分析 （1）参考答案 ①手机上的公交车查询专用App为什么能将车辆的到站信息标记的基本准确？ 每辆公交车的GPS设备进行实时定位，或接收附近的基站信号来确定公交车的位置。数据接口和数据爬取：公交车查询App通常会与当地的公交集团或交通管理部门合作，通过数据接口获取实时数据。算法优化：通过分析历史数据和路况信息，预测公交车到站的时间和站点。 ②有些汽车导航系统会提示红绿灯倒计时状况，甚至精确到红灯还剩几秒转绿灯，其中的数据是如何得到的？ 官方权威数据接入：交通管理部门合作，直接获取某些区域的红绿灯状态和倒计时信息。大数据计算：利用大量普通用户的设备（如智能手机）来收集数据。导航系统利用脱敏的位置服务数据、道路拓扑结构数据。基于历史车流数据挖掘红绿灯颜色切换的时间点。 ③餐馆是如何实现多人扫同一个二维码一起点餐的？ 同一桌的顾客在手机端扫描同一个二维码浏览菜单并点餐，各自手机接入餐馆的物联网系统，通过服务器同步订单信息。服务器处理并管理点餐信息，确保数据实时更新，让多人点餐变得便捷高效。 （2）评价说明 活动4采用四人大组组内自评。学生根据自己的观察和理解，简要说明该生活中的信息科技应用数据获取方式和数据发送接收过程。学生对照集体讨论分享的结果，在自评表中勾选相应的等级。 表11 活动4四人大组自评表 4人大组自评表能简述数据获取方式和数据发送接收过程。□能 □部分正确 □不能
中小学教育资源及组卷应用平台
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑