资源简介

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温湿度的报警与响应教学设计
课题 温湿度的报警与响应 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 本课是物联网单元的核心深化环节，从第4课的环境监测报警延伸至“报警-响应”闭环的实现。教材从物联网“上行数据”与“下行数据”的双向传输原理入手，以智能门锁等生活化案例解释概念，降低理解难度。重点在于引导学生理解：物联网不仅能够采集与上报数据，更应通过平台下发指令（自动或人工）进行响应控制，从而体现物联网系统的完整性与实用性。课程设计上，通过填写流程图、设计响应措施、编程实践等环节，逐步培养学生从概念理解到动手实现的能力。尤其是在已有监测程序基础上添加下行消息接收与显示功能，体现了软硬件结合的迭代开发思想。最后拓展部分引导学生联系共享单车等现实场景，分析复杂情境下的物联网流程，有助于提升其系统思维与问题解决能力。整体上，本课实现了从感知报警到决策响应的能力跨越，为构建完整的物联网应用奠定了重要基础。
学习目标 信息意识：理解物联网系统中上行与下行数据构成的双向传输闭环，认识数据从感知报警到人工或自动响应控制的完整流程与价值。计算思维：能够运用算法流程图设计报警响应逻辑，并通过编程实践在主控板与物联网平台间实现指令与数据的双向收发。数字化学习与创新：能在上节课监测报警项目基础上进行迭代开发，整合新功能，创新性地构建一个完整的“监测-报警-响应”应用系统。信息社会责任：思考物联网自动响应与人工干预的应用场景，关注技术在解决实际问题时对效率、安全与社会生活的影响。
重点 本课的教学重点在于引导学生理解物联网数据双向传输（上行与下行）的完整闭环，掌握从报警触发到平台响应的基本原理。通过分析智能门锁等案例，明确响应机制的必要性。在实践环节，重点在于指导学生在已有监测程序基础上，编程实现接收并显示平台下发的响应指令，从而构建一个完整的“感知-报警-响应”物联网应用系统。
难点 教学难点主要集中在学生对“下行数据”这一抽象概念的理解，以及如何在编程实践中将平台指令与硬件响应准确关联。具体体现为：理解自动与人工响应两种模式的选择逻辑，并能在流程图设计中清晰表达；在代码层面，正确配置主控板以接收、解析并执行来自物联网平台的不同控制命令。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 在本单元第4课，我们实现了应用物联网对植物生长环境情况的监测和报警，但仅仅报警就能够解决问题吗 报警后的自动响应或人工响应才是监测和报警的最终目的。本课我们借助物联网平台传输指令数据，实现温湿度的报警与响应。 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、概念建立与案例分析们已经知道，在物联网系统中，传感器感知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，可以称为数据的上行，也就是设备上传数据信息到平台。相应地，其实还有数据的下行，也就是平台或者应用层下发命令数据到设备。数据的上行和下行同时构成了物联网的网络层数据传输闭环。以智能门锁为例，当有人拜访时，门锁终端采集客人数据(如人脸信息)发送到物联网平台，房间主人收到数据后通过终端设备选择“开门”后，房门随即打开，客人就可以进入房间。做一做根据关于智能门锁案例的介绍，阅读下图，将图中的编号填写在对应的括号中。( )上行数据(客人信息)( )下行数据(开锁请求及客人信息)( )上行数据(开门/拒绝)( )下行数据(开门/拒绝)理解了物联网数据传输的数据上行和数据下行的概念，本课我们就可以对温湿度监测报警情况做出更进一步的响应，也就是通过物联网平台发送下行数据，实现对所出现问题的干预或纠正。二、流程设计与方案规划一般情况下，物联网平台可以根据报警信息设定自动的响应控制命令，在收到报警信息时自动发送下行数据控制相关设备。除此之外，遇到自动响应故障或不适合自动响应处理等情况时，可以通过物联网平台人为发送消息来实现人工响应。例如，面对“高温”的报警，可以发送“开启喷灌”或“开窗”等命令，控制农业大棚中的相关设备进行工作。写一写阅读下面的温湿度报警响应算法，将算法流程图补充完整，注意规范使用流程图符号。①物联网平台收到报警信息A②判断是否自动响应③如果自动响应，进入第4步算法，否则进入第5步算法④物联网平台自动发送响应消息C“已自动响应”到主控板⑤物联网平台手动发送响应消息B到主控板⑥主控板显示收到的响应消息按照第4课的报警情况设计，你会设定哪些响应措施呢 请至少列举三个例子填写到下表中。温湿度监测报警系统中的上下行数据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或C三、编程实践与系统实现1.准备硬件。本课所用的硬件设备与本单元第4课的一样吗 2.连接硬件。本课硬件设备的连接与本单元第4课相比有变化吗 3.编写程序。编程实现应用物联网平台发送响应时，需要用到发送消息的代码指令。因为发送的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。接下来，通过编写物联网平台发送消息的代码指令，就可以实现“在SIoT物联网平台发送处理报警问题的响应消息，主控板接收并显示响应消息”这一功能。比如，当SIoT物联网平台收到“干燥”报警时，人工发送“浇水”的响应消息，主控板即可显示“请浇水”,表示已经收到了“浇水”的消息。在本单元第4课的基础上，编写完整的报警与响应程序，调试并运行。观察物联网平台收到的报警信息，按照上面响应消息的设计，在物联网平台中发送响应消息，观察物联网平台和主控板的变化，实现上行数据传输和下行数据传输的完整过程。拓展共享单车是生活中很常见的一种物联网应用。请结合自己使用共享单车的经验，使用自然语言或算法流程图，尝试描述从请求开锁到开锁响应再到关锁付费这一物联网应用的完整过程。注意考虑可能出现的问题。例如，上一次骑行未付费，请先付费再请求开锁；使用月卡，不用单次付费；单车故障，不能正常开锁；等等。参考：使用共享单车时，我先打开APP扫描车锁二维码。系统会先检查账户状态：若上次骑行未结费，会提示“请先支付上笔订单”；若持有月卡则直接验证通过。随后APP将开锁请求（含车辆编号、用户信息）经移动网络发送至物联网平台。平台向智能锁发送开锁指令，车锁内置通信模块接收后启动电磁锁。若遇到单车故障（如GPS异常、电池耗尽），车锁无法响应，APP会提示“车辆故障，请换一辆”。开锁成功后，APP开始计时计费。骑行结束手动关锁，锁内传感器检测到物理锁舌闭合，自动向平台发送关锁信号。平台停止计费，并根据用户账户类型结算：月卡直接扣减次数，非月卡则从余额或支付渠道扣款，并推送账单明细。整个过程依赖物联网的实时通信与状态同步。单元总结与评价单元作品展示与交流1.以个人或小组为单位，对本单元完成的“简易温湿度传输系统”作品进行功能介绍和效果演示。2.填写作品评价表，对本单元完成的作品进行评价。作品评价表学生自评()分同学互评()分教师评价()分评价维度评价标准分值得分主题作品紧扣“简易温湿度传输系统”任务主题，功能设计完备，效果丰富，使用体验良好5能实现报警功能，有过程性数据呈现，使用体验流畅4能实现报警功能，但未呈现过程性数据，效果单一3未实现报警功能，程序或硬件连接有多处错误2技术硬件连接正确，程序代码逻辑清晰，简洁规范5硬件连接正确，程序代码正确，但效率有待提高4硬件连接正确，程序关键代码正确，细节需修改3硬件连接混乱，代码编写待完成2创意作品运行的各个环节呈现效果新颖、独特5过程性数据的显示和报警有一定的创意4过程性数据的显示和报警较为单调，创意体现不足3没有体现过程性数据，运行效果较为单一2合作小组成员分工明确，任务分配合理，作品展示效果好5小组成员有分工，能完成分配的任务，作品展示顺利4小组成员分工不明确，任务分配不太合理，作品展示效果一般3小组成员分工不合理，有成员未参与，作品展示效果不好2单元内容小结与概念图1.在本单元中，我们学习了物联网网络层的概念、作用和传输技术，重点学习和实践了蓝牙传输技术、Wi-Fi传输技术，并运用这些知识模拟实现了一个简易温湿度远程监测报警系统，同时进行报警响应。2.根据在本单元项目实践中学到的知识，将下页的知识概念图补充完整。实践项目本单元的课程主题其实是当前智慧农业领域的一个缩影，除了温室大棚，花卉蔬菜种植基地、草地牧场、科学试验场等场所都在使用智慧手段提高种植效率。另外，节水农业灌溉也是现代农业的一大课题。我们知道，水资源十分珍贵，而农作物生长又离不开水资源，利用智慧化手段来监测土壤含水量可以精确控制对农作物的浇水频率和浇水量，保证农业生产需要，同时充分节约水资源。请尝试设计一个简易物联网控制系统来满足这样的应用需要。设计思路参考：1. 感知层（数据采集）土壤水分传感器：部署在农田关键位置，实时监测土壤体积含水量气象传感器：采集温度、湿度、光照强度、降雨量等环境数据作物生长监测摄像头：可视化管理作物生长状态水位/流量传感器：监测灌溉管道水流量和蓄水池水位2. 传输层（通信网络）短距离通信：LoRa或Zigbee用于田间传感器组网远程传输：4G/5G或NB-IoT将数据上传至云平台网关设备：边缘计算网关进行本地数据处理和协议转换3. 平台层（数据处理与存储）云服务平台：接收、存储和处理传感器数据数据分析模块：土壤含水量趋势分析作物需水量模型（结合气象数据和作物生长阶段）灌溉决策算法数据库：时序数据库存储传感器数据，关系数据库存储农田信息4. 应用层（控制与交互）智能灌溉决策系统：阈值自动灌溉：设置土壤湿度阈值触发灌溉智能预测灌溉：基于天气预报和作物需水模型预测性灌溉远程控制终端：移动APP：实时查看数据、手动/自动控制切换Web管理平台：农田分区管理、灌溉计划设置自动执行设备：电动阀门控制器水泵控制模块滴灌/喷灌系统 阅读分析：阅读智能门锁案例，在流程图中标注数据上行与下行的路径。讨论交流：结合生活经验（如共享单车、智能家居），讨论并列举其他物联网应用中数据双向流动的例子。流程图绘制：根据文字描述，补充完成温湿度报警响应的算法流程图。方案规划：结合上节课的报警类型，设计至少三种具体的响应措施（如“高温”→“开启风扇”），并填入表格，说明上行报警信息与下行响应指令的对应关系。硬件确认：检查硬件连接。编程调试：编写代码，设置文本显示对象，并添加接收物联网平台下行消息的功能指令。功能测试：运行程序，在物联网平台模拟发送不同的响应指令（如“浇水”），观察主控板是否正确接收并显示，完成“报警-响应”全流程测试。作品展示与答辩：以个人或小组形式，现场演示“简易温湿度传输系统”功能，讲解设计思路与技术实现。多维评价与反思：依据评价表进行自评、互评，听取教师点评，从主题、技术、创意、合作等维度全面反思作品。知识结构化：补充完成物联网网络层知识概念图，建立“传输技术-系统架构-应用场景”的认知体系。项目迁移设计：基于智慧农业背景，设计一个“智能节水灌溉控制系统”，明确系统组成、数据传输方式与控制逻辑，完成简易方案构思。 帮助学生理解物联网应用从单向报警到双向响应控制的必要性，建立“上行数据”与“下行数据”的完整概念模型。通过智能门锁等生活化案例，将抽象的数据流向具体化，为后续设计与实践奠定理论基础。引导学生将“响应”这一抽象需求转化为具体的、可执行的方案。通过补充算法流程图和填写响应措施表格，培养学生的计算思维与系统设计能力，明确自动与人工响应的逻辑差异，并思考不同报警情景下的具体应对措施。让学生在动手实践中巩固概念、落实设计。通过在第4课程序基础上迭代开发，增加接收和显示下行指令的功能，亲身体验从数据感知到控制执行的完整物联网闭环。在实践中深化对双向通信和系统集成的理解。通过展示交流与多维评价，引导学生系统梳理本单元物联网知识，巩固蓝牙/Wi-Fi传输技术应用。通过概念图构建与实践项目迁移，促进学生知识结构化与能力进阶，培养其利用物联网思维解决真实问题的创新意识与系统设计能力。
课后练习 一、 选择题在物联网系统中，智能花盆的土壤湿度传感器检测到“干燥”并将此信息上传到云平台，这个过程属于（ ）。A. 数据下行B. 数据上行C. 数据处理D. 数据存储当物联网平台收到“温度过高”的报警后，根据预设规则自动向大棚的风扇控制器发送“开启”指令。这个过程主要体现了（ ）。A. 人工响应B. 上行数据传输C. 自动响应D. 数据采集在温湿度报警响应系统中，主控板上显示“已收到浇水指令”这条消息，它最直接的来源是（ ）。A. 本地湿度传感器实时读数B. 物联网平台下发的下行数据C. 预先存储在程序里的固定文本D. 其他传感器上传的数据二、 判断题物联网的数据下行仅指平台向设备发送控制指令，不包括平台向用户手机App推送报警信息。 （ ）一个完整的物联网应用闭环通常包括：感知、上传（上行）、分析/决策、下发（下行）、执行。 （ ）在本课实践中，我们只需要编写接收并显示平台响应消息的代码，不需要考虑物联网平台如何发送消息。 （ ）三、 解答题请结合共享单车案例，描述从用户扫码请求开锁到骑行结束关锁付费的完整过程。要求：明确指出其中至少一处数据上行和一处数据下行，并简要说明如果遇到“账户余额不足”的问题，系统应如何响应。参考答案一、 选择题B （解析：传感器将数据发送到平台是数据上行。）C （解析：平台根据规则自动发送指令，属于自动响应。）B （解析：主控板显示来自平台的消息，是接收下行数据的结果。）二、 判断题× （解析：数据下行泛指从平台到终端设备的数据流，包括向用户App推送信息。）√ （解析：这五个环节构成了物联网从感知到控制的完整闭环。）× （解析：需要理解平台发送消息的机制和格式，才能正确编写接收和解析代码。）三、 解答题示例流程与说明：上行数据：用户使用手机App扫描单车二维码，该开锁请求（包含单车ID和用户ID）上传至服务器。平台决策：服务器验证用户身份和账户状态。下行数据：若验证通过，服务器向指定单车的智能锁下发“开锁”指令。执行与结束：车锁打开，开始计费。用户骑行结束手动关锁，锁具将“已关锁”状态（又一次上行） 上报服务器，服务器停止计费并生成账单。问题响应：如果在步骤2验证时发现“账户余额不足”，系统不会执行下行“开锁”指令，而是通过App（下行）向用户发送“请先充值”的提示消息，请求开锁的流程在此中断。这体现了基于上行数据的判断后，通过下行数据进行人工（用户）干预的响应逻辑。 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温湿度的报警与响应相关的内容。
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，今天我们构建了从“报警”到“响应”的物联网应用闭环。关键在于理解：数据不仅要从设备“上行”到平台，更要从平台“下行”回设备，完成双向通信。我们通过流程图设计明确了自动与人工两种响应逻辑，并编程实现了主控板接收和显示平台指令。希望大家能将这种“感知-决策-控制”的系统思维，应用到更多解决实际问题的创新设计中。 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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