资源简介

(共14张PPT)
第四单元第五课
温湿度的报警
与响应
本节课学习目标
信息意识
理解物联网数据“上行”与“下行”的闭环概念，认识到从“报警”到“响应”是解决实际问题的关键。
计算思维
能设计包含自动与人工干预分支的算法流程图，并编程实现接收平台下行指令的功能。
数字化学习与创新
将单向报警系统升级为具备双向通信能力的完整系统，掌握远程干预的基本方法。
信息社会责任
体会闭环系统在提升农业管理效率、实现精准干预方面的价值，并能分析复杂物联网应用的业务逻辑。
报警是终点吗？
监测与报警
发现问题
关键一步
响应与干预
解决问题
仅靠报警 不能 真正解决问题。本课任务：借助物联网平台，实现“报警”后的“响应”，完成 监测-报警-响应 的完整闭环。
数据的双向旅程
认识“上行”与“下行”
数据上行
设备 → 平台
数据下行
平台 → 设备
数据传输闭环
案例分析：智能门锁的完整闭环
1
上行数据: 门锁采集人脸信息， 上传 至平台。
2
下行数据: 平台将请求 推送 给主人手机APP。
3
上行数据: 主人做决定，该决定 上传 回平台。
4
下行数据: 平台将最终指令 下发 给门锁执行。
规划系统的“大脑”与“手脚”
自动响应
平台根据预设规则，自动发送控制指令。
适用场景: 规则明确、紧急情况。
示例指令: “已开启1号棚顶窗”
人工干预
管理人员通过平台手动发送指令。
适用场景: 情况复杂、需要判断。
示例指令: “请检查A区通风口”
写一写：描绘响应决策路线图
算法步骤
物联网平台收到报警信息A
判断是否自动响应
如果自动响应，进入④，否则进入⑤
平台自动发送响应消息C
平台手动发送响应消息B
主控板显示收到的响应消息
写一写：设计响应措施
物联网平台接收到的报警信息A 物联网平台发送的响应消息B(手动)或C(自动)
示例：温度过高 B: 请检查1号棚通风扇
C: 已开启1号棚顶窗
1. 湿度过低 B: 请检查土壤湿度传感器
C: 已启动喷雾加湿系统
2. 温度过低 B: 请检查保温帘状态
C: 已开启辅助加热设备
3. 土壤湿度过高 B: 请检查排水系统
C: 已暂停灌溉系统
实践1/2：硬件基础
硬件设备
与第4课完全一样，无需新增。
硬件连接
没有变化，继续使用已有线路。
结论：本课重点是 功能升级 与 编程扩展 。
实践3：编程——让系统“听懂”指令
1
设置信息显示窗口
创建文本标签，用于“展示”收到的指令。
2
订阅与监听
让主控板持续“订阅”平台的响应指令主题。
3
处理与显示消息
编写函数，提取消息内容并更新到屏幕。
实践4：系统联调与验证
1. 运行程序
2. 触发报警
3. 平台查看
4. 发送响应
5. 观察验证
成功标准：主控板屏幕成功显示平台发送的指令，如“已通知管理员”，闭环形成！
拓展：共享单车的物联网闭环
1. 找出两个“上行”过程:
- 手机扫码后，车辆ID和用户信息 上传 。
- 关锁后，车辆状态和行程数据 上传 。
2. 找出两个“下行”过程:
- 服务器验证成功，向单车 发送 开锁指令。
- 计费结束，向APP 发送 支付通知。
3. 思考异常:
开锁失败可能是什么环节的问题？未支付订单如何拦截开锁？
核心知识梳理
重点知识
核心概念: “上行”(设备→平台)与“下行”(平台→设备)。
系统设计: 报警后的自动响应与人工干预。
实践技能: 编程实现接收并显示平台的下行指令。
难点突破
概念区分: 准确理解“上行”和“下行”的方向与内容。
程序整合: 将新功能无缝集成到原有程序中。
逻辑抽象: 将具体业务抽象为通用的数据流模型。
从感知到行动
完成物联网的最后一公里
传感器 (感知)
云平台 (分析/决策)
执行器 (行动)
智能，不在于感知世界，而在于如何智慧地回应世界。第四单元第五课：温湿度的报警与响应
一、选择题（共5题）
(容易) 1. 【概念理解】 在物联网系统中，传感器将采集到的温湿度数据发送到物联网平台的过程叫做______；平台向主控板发送“开启通风”指令的过程叫做______。
A. 上行，下行
B. 下行，上行
C. 上传，下载
D. 发送，接收
答案：A
解析：教材“探索”部分明确给出了定义：“传感器采集到的环境数据可以通过Wi-Fi传输到物联网平台。这其实是物联网数据传输的一个过程，称为数据的上行”，“相应地，还有数据的下行，也就是平台或者应用层下发控制指令到设备”。
(容易) 2. 【实践基础】 本课实践环节中，硬件设备的准备和连接与第4课相比，应该是怎样的？
A. 需要增加新的传感器
B. 需要连接执行器（如电机、水泵）
C. 完全一样
D. 需要更换主控板
答案：C
解析：教材“实践”部分开头两个问题直接询问：“本课所用的硬件设备与本单元第4课的一样吗？”“本课硬件设备的连接与本单元第4课相比有变化吗？”，意在引导学生确认硬件基础不变，重点在于功能逻辑与程序的升级。
(中等) 3. 【算法设计】 在补充报警响应算法流程图时，“判断是否自动响应”这一步骤，应该使用哪种流程图符号来表示？
A. 起止框（椭圆形）
B. 处理框（矩形）
C. 判断框（菱形）
D. 输入/输出框（平行四边形）
答案：C
解析：教材“写一写”部分要求“注意规范使用流程图符号”，并在描述中明确指出“其中菱形框表示判断的条件”，因此“判断是否自动响应”应使用菱形判断框。
(中等) 4. 【编程关键】 编程实现响应功能时，在主控板上设置“文本对象”的主要目的是什么？
A. 用于输入Wi-Fi密码
B. 用于显示从物联网平台接收到的下行响应消息
C. 用于设置传感器的采样频率
D. 用于触发声光报警
答案：B
解析：教材“实践-编写程序”部分明确指出：“因为响应消息要显示在主控板上，所以我们需要设置在主控板上显示响应消息的位置，也就是设置文本对象。”这直接对应接收并显示下行消息的功能。
(较难) 5. 【综合应用】 分析共享单车物联网系统：用户扫码后，单车将二维码和车辆状态信息发送至云端服务器；服务器验证通过后，向该单车发送开锁指令。这两个过程依次属于？
A. 上行，下行
B. 下行，上行
C. 上行，上行
D. 下行，下行
答案：A
解析：结合教材“探索”的核心概念与“拓展”的生活实例分析。第一步是设备（单车）向服务器发送数据，属于“上行”；第二步是服务器向设备（单车）发送控制指令，属于“下行”。
二、判断题（共5题）
物联网系统中的“下行”数据只能由平台自动触发和发送，无法进行人工干预。
答案：错
解析：教材“设计”部分明确说明了两种响应机制：“物联网平台可以根据报警信息设定自动的响应控制指令”和“当遇到自动响应故障或场景不适用等情况时，则可以通过物联网平台进行人工干预”。因此下行指令既可自动发送，也可人工发送。
本课所编写的“报警与响应”程序，是在第4课程序基础上，增加了接收并处理来自物联网平台指令的功能模块。
答案：对
解析：教材“实践”部分最后要求：“在本单元第4课的基础上，编写完整的报警与响应程序”，其新增的核心功能就是处理平台下发的响应消息，实现下行数据的接收与响应。
在智能门锁的案例中，门锁采集客人的人脸信息并上传到物联网平台，这一过程是数据“下行”的一个例子。
答案：错
解析：根据教材“探索”部分的定义和案例描述，设备（门锁）采集并上传数据到平台是典型的数据“上行”过程。
一个完整的物联网应用，必须同时包含数据的“上行”和“下行”，才能构成一个有效的闭环。
答案：对
解析：教材“探索”部分明确指出：“数据的上行和下行同时构成了物联网网络层的数据传输闭环。”仅有上行（监测报警）或仅有下行（远程控制）都是不完整的。
在编程实践中，要实现接收下行消息，主控板需要先“订阅”物联网平台的相应主题。
答案：对
解析：这是MQTT协议通信的基本原理。虽然教材“实践”部分没有用“订阅”这个词，但通过“编写物联网平台发送消息的代码指令”和功能描述可知，主控板需要监听（即订阅）特定主题来接收平台下发的消息。这是实现下行通信的必要步骤。教学教案设计
总第 18 课时
课 题 名 称 温湿度的报警与响应
学习目标 （包含学科核心素养） 信息意识：理解物联网系统中数据“上行”（设备到平台）与“下行”（平台到设备）的双向传输概念，认识其构成完整数据闭环的意义。 计算思维：能设计报警响应机制的算法流程图，并能在原有报警程序中编程实现接收下行指令并执行响应显示的功能。 数字化学习与创新：能在上节课的报警系统基础上，创新性地集成下行控制功能，动手完成一个具备“监测-报警-响应”完整闭环的物联网系统。 信息社会责任：理解物联网系统从感知报警到自动或人工响应对解决实际问题（如农业管理）的价值，并思考其在共享单车等复杂场景中的应用逻辑与责任。
问 题 类 型 学生问题 报警响了之后，系统自己能做点什么来解决问题吗？还是只能靠人？ 我们怎么能让物联网平台“告诉”主控板该做什么？这个指令是怎么传下去的？ 像共享单车开锁、关锁、付费，这一连串动作，背后的物联网系统是怎么工作的？
学科问题 什么是物联网数据通信中的“上行”和“下行”？请以智能门锁为例，分别说明其数据流。 在报警响应算法流程图中，如何设计“自动响应”与“人工干预”这两个分支的判断逻辑和执行流程？ 在编程实践上，如何在第4课报警程序的基础上，增加接收并显示来自物联网平台下行消息的功能？这涉及到哪些新的编程指令或对象设置？
教师问题 1.在农业大棚的报警响应设计中，哪些情况适合“自动响应”（如自动开启喷灌），哪些情况又必须“人工干预”来判断和决策？这体现了系统设计中的什么原则？ 2.尝试分析共享单车从“扫码开锁”到“关锁付费”的全过程，画出其中涉及的数据“上行”和“下行”的简要流程图。如果开锁失败，可能涉及系统中哪些环节的问题？
问题系统 （星号标出核心问题） 1.什么是物联网数据通信中的“上行”和“下行”？请以智能门锁为例，分别说明其数据流。 2.在报警响应算法流程图中，如何设计“自动响应”与“人工干预”这两个分支的判断逻辑和执行流程？ 3.在编程实践上，如何在第4课报警程序的基础上，增加接收并显示来自物联网平台下行消息的功能？这涉及到哪些新的编程指令或对象设置？
问题探究流程 导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）
导（问题引导）： 情境创设：教师播放两段对比视频： 家庭烟雾报警器鸣响，但无后续动作，家人慌乱寻找火源。 智慧楼宇烟雾报警器鸣响，同时自动关闭通风系统、打开应急灯、推送信息至物业中控台。 【核心活动】 “聚焦”讨论： 教师提问：“视频一中，报警器完成了它的任务吗？报警的最终目的是什么？” 引导学生回顾第4课：我们实现了监测和报警。但“仅靠报警就能够解决问题吗？” 引出本课核心：报警后的响应（自动或人工干预）才是最终目的。 生活联想：快递柜取件——扫码（上行请求）→ 柜门弹开（下行指令与响应）。这是一个简单的“请求-响应”闭环。 学（自主探究）： 任务驱动：【任务一：“探索”——理解数据的上行与下行】 学生阅读教材“探索”部分前两段，自主提炼关键词。 上行：设备 上传 数据到平台。（例如：传感器数据） 下行：平台 下发 控制指令到设备。 两者构成物联网数据传输的闭环。 “做一做”：分析教材智能门锁案例图。 学生独立观察，尝试将图中编号（①-④）填入对应括号。 答案引导： （①）上行数据（客人信息） （②）下行数据（开锁请求及客人信息） （③）上行数据（开门/拒绝） （④）下行数据（开门/拒绝） 思考：这个过程涉及了几次“上行”和“下行”？（两次上行，两次下行） 【任务二：概念迁移——我们的系统如何形成闭环？】 结合第4课系统，思考并填空： 第4课我们实现了：传感器数据 → （上行） → 物联网平台（报警）。 本课我们将增加：物联网平台 → （下行） → 主控板（响应）。 探（合作探究）： 【项目情境】：“我们是‘智慧大棚响应系统’开发团队，现在需要为上一课完成的报警系统，设计并实现一套完整的响应机制。” 【阶段一：合作“设计”与“写一写”——规划响应逻辑】 分析设计需求：阅读教材“设计”部分，理解自动响应与人工干预两种模式。 合作完成“写一写”任务一（补全算法流程图）： 小组讨论教材第3页的算法步骤①-⑥。 在任务单上，将步骤填入右侧流程图的合适图形中。 关键点：明确判断框（菱形）的内容是“是否自动响应？”，以及两个分支（自动/手动）的走向。 合作完成“写一写”任务二（设计响应措施）： 小组 brainstorm，基于第4课设定的“高温”、“低温”、“高湿”、“干燥”等报警类型，设计至少3条具体的下行响应指令。 填写教材中的表格。例如： 平台接收的报警信息A 平台发送的响应消息B（人工）或C（自动） 温度过高 已自动开启通风扇 土壤干燥 请执行灌溉程序 湿度过低 已启动加湿器 【阶段二：合作“实践”——编程实现响应功能】 硬件确认（实践1、2）：小组确认硬件与连接和上一课完全一致，无需改动。 编程升级（实践3）： 在上一课程序（循环监测、判断、报警）的基础上，增加下行指令接收与显示功能。 关键编程任务分解： A同学：负责在程序初始化部分，设置一个文本显示对象（如label），用于在主控板屏幕上显示收到的消息。 B同学：负责编写 “订阅”物联网平台特定主题 的代码，以便主控板能监听平台下发的消息。 C同学：负责编写 “消息接收回调函数” 。当主控板收到平台消息时，将这个消息内容更新到A同学设置的文本显示对象中。 功能联调测试： 运行程序，触发一次报警（如给传感器加热）。 在SIoT物联网平台上，看到报警信息。 在平台的“消息下发”或对应主题的发布框内，手动输入一条响应指令（如“已通知管理员”）。 观察主控板屏幕，是否成功显示出该指令。 四（课堂检测）： 1.【选择题】 （易）在物联网系统中，温湿度传感器将数据发送到平台的过程称为（ ）；平台向主控板发送“开启风扇”指令的过程称为（ ）。 A. 下行，上行 B. 上行，下行 C. 上传，下载 D. 请求，响应 答案：B 解析：教材“探索”部分明确定义：设备上传数据到平台是“上行”，平台下发控制指令到设备是“下行”。 2.（易）本课硬件连接与第4课相比（ ）。 A. 需要增加新的传感器 B. 需要连接执行机构（如电机） C. 完全一样 D. 需要更换主控板 答案：C 解析：教材“实践”部分的第1、2问直接回答：“本课所用的硬件设备与本单元第4课的一样吗？”“本课硬件设备的连接与本单元第4课相比有变化吗？”，意在强调硬件基础不变，重点是功能与逻辑的升级。 五、拓（知识拓展）： 情境：【拓展任务：我是共享单车系统架构师】 分析复杂场景：阅读教材“拓展”部分，思考共享单车使用中可能的各种情况（正常开锁、欠费、月卡、故障等）。 绘制数据流图： 以“正常扫码开锁”为例，小组合作，在白板或纸上用箭头和方框绘制出完整的数据流。 要求标出至少两个“上行”和两个“下行”过程。 示例思路： 上行1：手机APP扫描二维码，将车辆ID和用户身份上传至云端服务器。 下行1：云端服务器验证通过，向指定单车发送“开锁”指令。 上行2：单车执行开锁，将“开锁成功”状态上报至服务器。 下行2：服务器向手机APP发送“开锁成功，开始计费”的通知。 故障排查讨论： 如果扫码后开锁失败，可能是系统中哪个环节的“上行”或“下行”出了问题？（如：单车信号不好，上行失败；服务器指令下发失败，下行失败；单车锁具故障，无法执行下行指令）。
板 书 设 计 温湿度的报警与响应
温湿度的报警与响应 报警 → 响应（最终目的） ↓ 数据闭环 上行：设备 → 平台 (数据/报警) 下行：平台 → 设备 (指令/响应) ↓ 设计：自动？ / 手动？ ↓ 实践：硬件不变，程序升级 (订阅主题 + 显示消息)
教 学 反 思
“上行/下行”概念理解从抽象到具体的转化是关键。虽然通过智能门锁案例和绘图任务将抽象概念具象化，但在后续系统设计和共享单车分析中，仍发现部分学生存在混淆。未来需在探究环节后，增加更即时的“概念判断小练习”，强化在不同情境下的准确辨识。 在既有程序上“增量开发”的模式效率高，但暴露出编程熟练度差异。本课“在第四课程序上增加功能”的设计，有效突出了教学重点。然而，部分学生对原有程序结构不熟，在定位插入新代码的位置时遇到困难。后续可考虑提供更清晰的“程序结构注释图”或分层任务卡，为不同进度的学生提供支持。
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