资源简介

项目2 搭建商品溯源系统——物联网原型系统搭建
教学设计
一、内容分析
本课程旨在通过实际操作，让学生了解物联网和RFID技术的基本概念。重点在于通过硬件搭建、编程和数据存储等实践活动，帮助学生理解商品溯源系统的应用。学生将学会如何使用RFID识别商品信息，并通过TinyWebDB存储数据，从而建立一个简单的物联网系统。课程内容简洁、直观，适合八年级学生的认知水平，能有效降低技术学习的难度，同时激发学生的实践兴趣。
二、学情分析
八年级学生的认知能力正处于快速发展阶段，具备一定的逻辑思维能力，但对编程和硬件搭建的经验较少。通过完成系统硬件搭建和简单的编程任务，学生能够在实践过程中理解物联网的基本工作原理。小组合作学习增强了学生的互动和团队协作能力，而任务的可操作性和实用性能够激发学生的兴趣和好奇心，促使他们更积极地参与学习。尽管本项目有一定的技术难度，但通过教师的适时引导，学生能在实践中有效克服困难并获得成就感。
三、教学目标
1．素养目标
能根据需求搭建物联网原型系统，解决实际问题，并解释其工作机制，提升学生的计算思维。
2．项目目标
完成模拟商品溯源系统的实验设备组建，并编写程序进行验证。
四、教学重难点
1．教学重点
完成模拟商品溯源系统的实验设备组建，并编写程序进行验证。
2．教学难点
能根据商品溯源系统的工作机制，合理搭建系统和编程实现。
五、教学策略
在本课程教学中，采用任务驱动和实验操作相结合的策略，通过具体的实验任务引导学生完成商品溯源系统的搭建和应用。在每个实验环节中明确任务目标，学生动手操作，从而加深对RFID技术和数据库应用的理解。小组合作策略将鼓励学生分工协作，共同完成实验任务，如硬件搭建和程序调试，提升学生的团队合作和沟通能力。教师通过分层次教学，根据学生的基础差异提供个性化指导，确保每个学生都能顺利完成任务并获得提高。
在实验过程中，教师通过即时反馈、及时帮助学生解决操作问题，确保实验进程顺利。实验结束后，反思与总结环节将帮助学生巩固知识，讨论遇到的困难与解决方法，提升学生解决问题的能力。这些教学策略，不仅能培养学生动手操作的能力，更能培养学生的创新思维、合作能力及解决问题的能力。
六、教学准备
软件/资源 作用/功能
电脑 用于编写代码、上传程序至主控板、与主控板和数据库进行数据交互
主控板 执行编写的程序，控制RFID 阅读器等外部设备，并通过Wi-Fi 或其他网络将数据上传到云端数据库（如TinyWebDB）
RFID 阅读器 读取RFID电子标签上的信息，识别商品或物品的唯一编号
RFID 电子标签 存储商品或物品的唯一识别信息（如编号、名称等）， 用于商品或物品的标识和溯源
数据线 将编写好的程序从电脑传输到主控板
七、教学评价设计
1．过程性评价
教师通过观察学生的实验操作，查看学生是否按步骤正确搭建硬件设备、编写程序，并及时解决操作中的问题。此外，任务单的填写情况能反映学生对实验要求的理解和执行情况。小组讨论则考察学生团队合作与解决问题的能力，通过相互协作与交流，提升学习效果。这一阶段的评价重在实验过程中的反馈与指导，帮助学生在实践中不断调整与规范自己的操作。
2．总结性评价
通过学生提交的实验报告，教师可以评估学生的数据分析和问题总结能力及其对实验知识的理解程度。实验成果展示环节则检验学生是否能够成功搭建商品溯源系统并展示商品信息的上传与查询功能。最终的评分基于实验报告、成果展示以及任务完成情况，反映学生的综合能力和知识应用水平，帮助教师了解学生对相关知识的掌握情况，并为后续学习提供改进方向。
评价指标 评价标准 评价结果
小组合作 学生在小组中能够有效合作，分工合理，沟通顺畅，积极解决问题，共同完成任务。 ☆☆☆☆☆
信息意识 学生能理解RFID 技术与数据库在物联网系统中的作用，意识到信息采集、传输和存储的实时性与准确性对溯源系统的重要性。 ☆☆☆☆☆
计算思维 学生能够拆解实验任务，设计合适的操作流程，调试系统程序并解决数据传输中的问题，展示出解决实际问题的能力。 ☆☆☆☆☆
数字化学习与创新 学生能熟练使用TinyWebDB 服务器与RFID 技术，提出创新的解决方案或对系统进行优化，增强系统的效率或功能。 ☆☆☆☆☆
信息社会责任 学生能认识到数据隐私和信息安全的相关问题，理解物联网技术应用中的社会责任，并在实验中展现出对数据保护的基本认识。 ☆☆☆☆☆
八、学习方法
本项目将采用探究式、小组合作和任务驱动相结合的学习方法。学生通过亲自操作，积极参与商品溯源系统的搭建与调试，逐步掌握RFID技术与数据库的应用。小组合作有利于团队协作与经验共享，增强了学生的沟通与协作能力。通过任务单引导，学生能够明确实验目标，逐步解决问题，提升自主学习能力。同时，学生在实验后进行反思总结，不断优化操作和技术应用，培养创新思维和解决实际问题的能力。
九、学习过程
教学环节 师生活动 设计意图
导入项目明确目标 （1）教师通过互动问答的方式，引导学生思考日常生活中如何对商品进行溯源。例如，超市如何知道商品的生产日期、手机如何通过扫描QR 码（quick response code，快速响应码）获取信息等。这种方式可让学生意识到物联网技术已经被广泛应用于日常生活。然后播放视频，介绍物联网技术如何影响商品的生产、运输和销售过程。 （2）引出本项目主题：搭建商品溯源系统——物联网原型系统搭建。 通过互动问答和视频引导学生了解物联网在商品溯源中的应用，激发学生学习兴趣并明确本项目学习目标。
项目实施开展实验 实验一：硬件连接与RFID标签识别 【实验情境】 教师设计“寻宝”游戏。教室里教师准备了几件商品，它们具有隐藏自己编号的本领，通过肉眼我们根本无法查看到它们的编号。通过侦察到的信息，我们了解到可以使用一种名叫“RFID”的技术找出这些商品的编号。现在需要同学们齐心协力，搭建出能够识别RFID 的装置，找出商品的编号。 【实验准备】 （ 1 ）为高效完成目标任务，学生分小组进行。 （2）电脑。 （3）主控板。 （4）数据线。 （5）RFID 阅读器。 （6）教师准备具有 RFID电子标签的物品若干。 【实验步骤】 （ 1 ）教师提供硬件连接图和简易指导，确保每组学生都能完成硬件连接并进行识别测试。 RFID 技 术 识 别商 品 的 特 点，激发学生探究RFID 原 理 的 需求。 通过提供硬件连接图和简易指导，帮助学生顺利完成硬件搭建，确保他们能够快速理解和操作RFID 识 别 系统，培养他们的动手能力，并为后续测试和调试打下基础。 通过小组合作进行RFID 硬 件 连接与测试，培养学生的团队协作和动手能力。
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RFID
阅读器
RFID
电子标签
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（2）学生分小组进行RFID 硬件连接与测试。 （3）每组学生用 RFID 阅读器扫描一个标签，识别并记录任务标签的信息。任务是通过RFID技术识别不同商品（例如，书籍、食品等）的标签，并思考如何将其信息存储到数据库中。
教学环节 师生活动 设计意图
项目实施开展实验 （4）在实验过程中进行小组讨论并完成任务单的填写。 实验操作实验所需器材采集数据□主控板 □ RFID 阅读器 □ RFID 电子标签 □其他传输数据□数据线 □ Wi-Fi □其他存储数据□在线数据库系统 □其他
我采集的编号记录： 小结：在本实验中，我们成功搭建了商品溯源系统的硬件设备，并通过RFID扫描成功识别了商品的编号。通过测试，我们发现RFID阅读器能稳定读取标签信息，硬件设备连接正确、工作正常，为后续的数据上传和查询打下了基础。 板书：搭建溯源系统硬件设备。 通过任务单的填写，鼓励学生反思实验过程，加强对硬件功能作用和实验原理的理解。 通过小结回顾实验，帮助学生理解RFID 技 术 的应用和硬件连接的重要性，为后续的数据上传奠定基础。
项目实施开展实验 实验二：获取并操作云端数据库——调试网络数据库功能 【实验情境】 你们的系统能够通过RFID读取商品信息，但现在面临一个问题：如何将这些商品信息实时更新到云端数据库（TinyWebDB）中？首先，需要获取并创建一个云端数据库，并了解如何操作它；然后通过RFID扫描商品信息，并把它们存储在云端数据库中。 教师提出问题：如何通过云端数据库存储商品信息，并且在每次扫描时都能实时更新？ 【实验准备】 （ 1 ）已搭建好的溯源系统硬件环境。 （2）计算机。 （3）互联网（用于与云端数据库通信）。 （4）任务单。 【实验过程】 （ 1 ）教师讲解数据库访问路径。 （2）访问 TinyWebDB 网站。 （3）注册新用户。 （4）记录用户账号和登录密码。 数据库地址用户账号登录密码
通过提问引导学生思考如何将商品信息实时更新到云端数据库，帮助他们理解云端数据库的操作，为后续实验打下基础。 明确学习内容，学生不绕弯路。 及时记录信息，为后面的编程做准备。
教学环节 师生活动 设计意图
项目实施开展实验 （5）登录完成后，测试增加、删除、更新、查询数据，并记录必选操作内容。 必选参数必选参数值用户名（user）密钥（secret）操作（action）
使用TinyWebDB 变更数据的过程中，遇到了哪些问题？ 填写问题描述及解决方案： 师生小结：在使用网络数据库的过程中，通过用不同的参数，我们可以实现随时随地访问或修改数据库中的内容，从而达到万物互联的目的。 板书：调试网络数据库功能。 实验三：万物溯源——编写程序上传 【实验情境】 通过RFID技术，我们能够准确识别每件商品的唯一编号；借助网络数据库，我们可以实时访问和更新商品信息。而物联网设备则充当了连接硬件与云端系统的桥梁，使得数据的采集与传输更加高效便捷。然而，要让物联网设备充分发挥作用，还需要通过编程实现设备与数据库之间的互动，确保数据能够顺利传输与更新。 【实验准备】 （ 1 ）已搭建好的溯源系统硬件环境（实验一已完成）。 （2）注册好TinyWebDB 账号和记录的API（application programming interface，应用程序编程接口）。 （3）教师提前准备好几件商品（如课本、笔记本、文具、礼品等），每件商品底部贴有 RFID 标签，标签上存储有编号信息。 【实验步骤】 （ 1 ）回顾实验一：硬件连接与 RFID 标签识别。 学生在此阶段将确认RFID 阅读器是否能正常工作，RFID 标签能否被正确扫描。 教师说明：首先，简要回顾RFID 技术和TinyWebDB 的基本概念，提醒学生每次扫描商品时将产生一个编号信息。 （2）打开主控板程序。 学生打开主控板程序，参照学习手册，完成图形化编程的内容替换，如将记录的TinyWebDB API地址、用户账号、登录密码、追加内容等填写到图形界面中。 了解学情，及时反馈。 帮助学生理解网络数据库的灵活性，强调数据库在物联网中的作用。 承上启下，将三个环节贯穿成一个系统。 通 过 回 顾RFID 技 术 和TinyWebDB 的 基本概念，帮助学生理解扫描过程中的编号信息，确保实验顺利进行。
教学环节 师生活动 设计意图
项目实施开展实验 （3）上传并运行程序。 将主控板连接到电脑，上传编写好的程序至主控板并运行，通过RFID 电子标签采集模拟商品信息。 （4）查询商品信息。 登录TinyWebDB 数据库，参照学习手册，查找实验模拟商品的相关数据信息。 标签：值： 查询 （任意字符可以使用 %）标签： 请确认！ 删除 标签：值： 修改 引导学生反思上传数据成功的原因及遇到的技术问题，帮助他们巩固学习内容。启发学生思考物联网技术在实际生活中的应用，促进他们将理论与实际相结合。
ID 标签 值（双击可修改） 时间
21 1035073674 长沙 2023.10.4 16:13:45
6 659122074 广东—南京—合肥—超市 2023.10.4 16:18:16
学生讨论实验中的发现和问题，如如何确保数据上传的准确性，如何提高物联网系统的实时性等。 【实验总结】 上传数据成功的原因是什么？ 遇到的技术问题是什么？如何解决的？ 物联网系统在日常生活中的应用场景有哪些？ 小结：通过本实验，我们实现了对商品信息的修改和实时更新。修改后的商品数据通过编程再次上传至TinyWebDB，并成功存储在数据库中。通过这一实验，我们进一步掌握了如何将物联网设备与数据库进行互动，使得系统能够高效地管理商品信息。 板书：编写程序上传。
巩固知识拓展提升 1．物联网原型系统的搭建 （ 1 ）搭建硬件系统。回顾物联网的工作原理以及RFID技术在商品溯源中的应用。总结主控板连接RFID 设备实现的过程。 （2）调试数据库。强调TinyWebDB 数据库在物联网系统中的作用，复习如何通过编程实现数据的上传与读取。 （3）编程与调试要点：回顾学生在构建系统时常见的编程错误及其解决方法，帮助学生掌握调试技巧。 2．实验总结与应用拓展 引导学生在实验中学习如何搭建物联网原型系统，掌握数据从硬件采集到云端存储的全过程。通过实时上传和查询商品信息，学生对物联网设备与云端数据库的协同应用有了清晰的认识。 帮助学生深入理解物联网技术的基本原理，尤其是RFID 识 别 与云端数据库的协同应用。
教学环节 师生活动 设计意图
巩固知识拓展提升 3. 组织学生完成评价 学生通过操作与编程，掌握物联网设备与数据库的连接与数据传输过程，增强对物联网系统应用的理解，培养他们解决实际问题的能力。
（1）通过对本项目的学习，你掌握了哪些知识内容？ □完成模拟商品溯源系统的实验设备组建 □了解 HTTP 的特点 □能对编写的程序进行运行和调试 □其他
（2）简要谈谈你在完成项目过程中的心得体会。 体会：
十、板书设计
十一、教学反思
本项目内容涉及数据库相关知识，难度相对较大，需要学生有一定的预备知识。教学过程中，教师应尽量留出更多时间让学生动手操作，提供视频、操作图示和任务单等支架工具辅助学生理解，并以小组合作的形式高效完成各个环节。在实际教学中，若没有提前提供数据库相关的预习材料，学生可能会在理解上遇到困难。因此，教师应在课程开始前，发放一些关于数据库的预习视频，以帮助学生提前建立基础知识，从而减轻课堂中的学习压力，确保他们能够更顺利地理解和掌握相关内容。

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