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升级数据传输距离教学设计
课题 升级数据传输距离 单元 物联网数据传输——简易温湿度传输系统 学科 初中信息技术 年级 八年级
教材分析 本课是物联网技术实践中的重要环节，解决远距离数据传输的实际问题。教材通过“智慧大棚”这一现代农业应用场景，引导学生认识到蓝牙技术的距离局限，自然过渡到Wi-Fi技术在物联网中的关键作用——实现从感知层到应用层的数据联通。课程内容结构清晰，包含知识讲解（Wi-Fi模块认知）、硬件连接、编程实践（MQTT通信）以及物联网平台配置，体现了“理论-设计-实践-拓展”的完整学习路径。重点培养学生解决真实问题的能力，并将技术学习置于“网络设置”“平台连接”等具体操作中，强化了工程思维与跨层（感知层、网络层、应用层）系统理解，为后续复杂物联网项目奠定了基础。
学习目标 信息意识：通过智慧大棚远距离数据传输的真实需求，学生能够认识到不同无线技术（蓝牙、Wi-Fi）的适用场景与局限，主动选择Wi-Fi作为物联网远传方案，形成根据实际需求选用信息技术的意识。计算思维：学生能设计并实现“采集—传输—显示”的物联网数据流，通过流程图补充与MQTT编程，将复杂系统分解为传感器感知、网络连接、平台发布等模块，运用抽象与自动化思维解决远距离数据传输问题。数字化学习与创新：学生动手连接硬件、配置Wi-Fi网络与物联网平台，在实践中掌握多设备协同与数据可视化方法，并能尝试迁移搭建家庭Wi-Fi网络，提升利用数字工具创新解决生活与农业实际问题的能力。信息社会责任：在搭建与使用Wi-Fi网络、传输农业环境数据的过程中，学生将认识到网络安全、数据隐私的重要性，形成规范使用网络技术、负责任地管理物联网设备与数据的社会责任感。
重点 引导学生掌握利用Wi-Fi技术构建物联网数据传输通道的核心流程。具体包括：理解Wi-Fi相较于蓝牙在传输距离与接入互联网方面的优势；学会硬件连接并配置主控板接入现有Wi-Fi网络；掌握通过MQTT协议编程，将传感器采集的温湿度数据发布到物联网平台（SIoT）的方法；最终实现从物理感知到网络传输，再到云端应用展示的完整数据链路，体会物联网系统的分层架构与协同工作。
难点 主要集中在技术实践环节：一是主控板的网络配置与MQTT服务的启用流程较为繁琐，学生容易在步骤衔接上出错；二是理解并编写MQTT发布数据的程序代码，涉及物联网通信协议的概念，对学生抽象思维与编程能力要求较高。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 现代农业领域的智慧大棚系统已经实现了借助多种传感器和物联网平台监测环境情况与植物生长情况，以此帮助管理者实现远程的、高效的农作物种植管理。这种距离较远的数据传输需求，蓝牙技术已经不能满足了，需要使用其他数据传输技术来升级数据传输距离。本课我们将通过主控板和物联网平台的连接实现温湿度数据的Wi-Fi传输。 了解本课的学习主题、学习目标、学习路径等。 通过教师简要介绍，让学生知晓本课的学习主题。
讲授新课 一、从蓝牙到Wi-Fi如今，Wi-Fi已经走进千家万户。和蓝牙相比，Wi-Fi在传输距离方面有着更大优势，它可以覆盖百米的范围，如果加强天线或者增设热点，覆盖范围可以更大。Wi-Fi可以直接接入互联网，是当前物联网的网络层首选技术。因此，我们可以利用Wi-Fi把采集到的数据传到物联网平台，实现温湿度数据的Wi-Fi传输。做一做观察下面几个Wi-Fi模块，尝试分辨出每个Wi-Fi模块的型号。和蓝牙功能一样，Wi-Fi功能一般也都会集成在主控板上，主控板上的蓝牙天线同时也是Wi-Fi天线。你能在下图所示的主控板的结构图上找到Wi-Fi模块吗 笔记本电脑和手机里是不是就有这样的Wi-F模块能量加油站Wi-Fi模块加油站市场上的Wi-Fi模块非常丰富。按照功能(组合BT、GPS、FM、NFC等功能)、主芯片、接口、支持的信道带宽、支持的操作系统、生产厂家等许多方面的不同，分为各种不同型号。不同的应用场景对Wi-Fi模块的功能要求通常是不一样的，有的只需要点对点的数据传输，有的需要在线播放视频、音乐或在线互动。购买时要注意查看它的参数情况。下面我们就来设计并实现一个温湿度Wi-Fi远程传输器。二、系统设计与算法规划在当前环境中布设Wi-Fi网络，将主控板连接到该网络，同时启用主控板的物联网服务，在编程平台中编写程序，即可将温湿度数据通过Wi-Fi传输到远端的物联网平台。写一写右图给出了温湿度Wi-Fi远程传输器算法流程图的部分内容，思考空白处的算法，将该算法流程图补充完整。参考：算法己经设计好了：用什么实现温湿度Wi-Fi远程传输器呢？传感器、一块主控板加一个物联网平台就可以实现。三、动手实践与拓展延伸1.准备硬件。将所需硬件设备的数量填写在括号中。主控板(1)个DHT11温湿度传感器(1)个DHT11土壤湿度传感器(1)个连接硬件。3.编写程序。打开编程平台，选择“Python模式”并连接主控板，除了需要添加“主控板”和"DHT11/22温湿度传感器”这两个扩展库之外，还需要在“官方库”中查找MQTT-py库并添加，从而实现物联网Wi-Fi通信。(1)获取并发布数据。首先按照如上页图所示参数连接MQTT(默认参数，可以自行调整，使用默认的“SIoT物联网平台”即可)。编写程序获取实时的土壤湿度及环境温度数据，并通过MQTT发布出去。(2)连接物联网平台。使用传感器获取数据完成的是感知层的工作，通过Wi-Fi传输获取数据是网络层的工作，而Wi-Fi所连接的物联网平台则是实现应用层的功能。通过Wi-Fi实现远距离数据传输，必须知道当前环境的Wi-Fi名称和密码。当主控板连接Wi-Fi后，传感器获得的数据就可以顺畅地传输到物联网平台了。在当前Wi-Fi环境下初次使用主控板，需要先借助网页为它配置Wi-Fi网络。使用电脑连接当前Wi-Fi后，将主控板连接到电脑，登录“10.1.2.3”,在“网络设置”中输入当前Wi-Fi的名称和密码，并记录IP地址(如右图所示),然后便可拔下电脑与主控板的连接线。之后也可以在主控板的“查看网络信息”中看到所连接的网络IP地址。做好上面的准备后，接下来通过Home键进入菜单，启用SIoT物联网平台。在浏览器中输入配置主控板时记录的IP地址，在“应用开关”的页面中点击“打开页面”,即可成功连接物联网平台。这样，感知层和应用层就通过Wi-Fi有效连接起来了。我们可以在这个物联网平台实时查看农业大棚中的环境温度和土壤湿度情况，温湿度的Wi-Fi远程传输由此实现了。拓展家庭Wi-Fi网络是如何搭建出来的呢 要搭建家庭Wi-Fi网络，先要开通家里的宽带或光纤服务，并且配置一个无线路由器，然后按接口连接并进行相关的设置，记住账号和密码。设置好后，家里的Wi-Fi就可以供多个电子设备使用了。请上网查阅具体操作，尝试自主搭建家庭Wi-Fi网络。1.前期准备阶段选择网络服务商：对比电信、联通、移动等运营商套餐；考虑带宽需求；确认覆盖区域和安装条件。2.必备设备清单无线路由器（建议选择Wi-Fi 6标准）光猫（通常由运营商提供）网线（Cat5e或Cat6标准）电源插座和延长线3.设备连接关键步骤物理连接顺序：光纤/网线入户 → 光猫/调制解调器 → 路由器WAN口 → 设备4.路由器接口说明WAN口：连接光猫/入户网线（通常为蓝色）LAN口：连接电脑等有线设备（通常为黄色）电源接口：连接电源适配器复位孔：恢复出厂设置5.配置设置核心要点登录路由器管理界面地址：通常为 192.168.1.1 或 192.168.0.1默认账号/密码：常为 admin/admin 或见路由器底部标签关键设置项目上网方式：选择PPPoE（需输入宽带账号密码）Wi-Fi设置：SSID（网络名称）：建议使用易识别名称；加密方式：选择WPA2/WPA3混合模式；密码：设置强密码（字母+数字+符号，8位以上）；信道选择：建议使用自动或选择1、6、11信道减少干扰。 了解Wi-Fi技术的优势（覆盖范围广、可直接接入互联网）。学习Wi-Fi模块的种类与选型要点。学习“主控板 + Wi-Fi网络 + 物联网平台”的整体架构。补充温湿度Wi-Fi远程传输器的算法流程图。实践程序编写（连接MQTT、发布数据）。学习物联网平台连接与配置（配置Wi-Fi、启用SIoT平台、查看数据）。了解家庭Wi-Fi网络的搭建原理与方法。 对比认知，建立技术理解：通过对比蓝牙和Wi-Fi在传输距离、网络接入能力等方面的差异，帮助学生理解Wi-Fi在物联网中的关键作用。拓展视野：简要介绍Wi-Fi模块的多样性，引导学生关注技术参数与实际应用场景的匹配，培养其工程选型思维。培养系统设计能力：引导学生从整体上把握物联网系统的三层结构（感知层、网络层、应用层），理解各部分的协作关系。训练算法思维：通过补充算法流程图，让学生理解数据从采集、传输到展示的逻辑流程，强化计算思维。强化实践技能：通过具体的编程任务和平台配置操作，让学生亲手实现数据从传感器到云端的完整传输，巩固Wi-Fi通信和MQTT协议的应用能力。贯通“感知-网络-应用”三层体验：让学生在操作中直观感受物联网的数据流，理解技术如何解决真实问题。将技术学习延伸到家庭场景，鼓励学生探究家庭网络的搭建方法，建立技术学习与生活实践的联结，培养迁移应用能力。
课后练习 一、 选择题与蓝牙技术相比，Wi-Fi技术在物联网应用中主要优势是什么？A. 功耗更低B. 传输距离更远，可直接接入互联网C. 连接设备数量更多D. 数据传输速度更慢在本课的实践项目中，主控板将传感器数据发送到物联网平台，主要依靠以下哪种通信协议？A. HTTPB. MQTTC. BluetoothD. TCP/IP在“智慧大棚”系统的分层架构中，Wi-Fi网络主要承担了哪一层的功能？A. 感知层B. 网络层C. 平台层D. 应用层二、 判断题Wi-Fi模块的功能非常单一，所有型号的模块参数和用途都相同。（ ）主控板连接Wi-Fi网络时，必须通过电脑网页进行配置，输入当前环境的Wi-Fi名称和密码。（ ）通过本课项目，我们实现了环境数据从传感器采集（感知层）到物联网平台显示（应用层）的完整远程传输。（ ）三、 解答题请简述在本课“温湿度Wi-Fi远程传输器”项目的实践过程中，从硬件连接到在物联网平台看到数据，主要包括哪几个关键步骤？（提示：可从硬件连接、网络配置、程序编写、服务启用等方面描述）参考答案一、 选择题B 传输距离更远，可直接接入互联网B MQTTB 网络层二、 判断题× （错误。Wi-Fi模块按功能、芯片、接口等分为多种型号，不同场景需求不同。）√ （正确。教材中指出“初次使用主控板，需要先借助网页为它配置Wi-Fi网络”。）√ （正确。这正是本课项目的核心目标，实现了感知层、网络层、应用层的连接。）三、 解答题关键步骤主要包括：硬件连接： 将DHT11温湿度传感器正确连接到主控板上。网络配置： 通过电脑网页登录主控板管理界面（如10.1.2.3），为其配置并连接当前可用的Wi-Fi网络，记录其IP地址。启用服务： 在主控板上启用SIoT物联网平台服务。编程与发布： 在编程平台中编写Python程序，程序需完成：（a）连接已配置的Wi-Fi；（b）使用MQTT协议连接到指定IP的物联网平台；（c）循环读取传感器数据；（d）将数据发布到物联网平台的对应主题。查看数据： 在浏览器中输入主控板的IP地址，访问物联网平台页面，即可实时查看传感器上传的温湿度数据。 结合本课学习内容，独立完成课后练习。 通过课后练习，进一步巩固本课学习的wifi数据传输技术相关的内容。
课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。参考：同学们，今天我们成功为智慧大棚“升级”了数据传输网络。大家从理解Wi-Fi的技术优势开始，到亲手连接硬件、配置网络，最终编写程序将传感器数据通过MQTT协议送到了千里之外的物联网平台。这节课的关键，是大家亲手实践了物联网“感知-传输-应用”的完整链条：传感器是耳目，Wi-Fi是高速公路，而云平台则是智慧大脑。这个过程，正是数字技术赋能现代农业的生动缩影。期待大家在课后继续探索，思考这项技术还能如何改变我们的生活。 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组做补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。
板书 从教师板书上归纳本课学习内容的重点。 通过板书，帮助学生形成本课学习内容思维导图。
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
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