资源简介

项目3 管理班级设备用网关
——物联网传输设备
教学设计
一、项目分析
本项目继续关注学生身边最熟悉的教室场景，利用本单元学习的物联网通信技术，将一些传统的电器设备接入物联网，使班级管理更加智能和便捷，打造智慧班级。其中有些设备已经联网，有些需要添加一些物联网控制设备，而这些设备的品牌不一样、使用的通信协议也不一样，需要一个关键设备——物联网网关来进行统一管理。
二、学情分析
通过前面两节的学习，学生对于物联网通信技术、通信协议，以及物联网数据的传输，有了较深入的认识，为本课的学习打下了良好的基础。学生对于物联网网关比较陌生，对于如何改造传统电器设备也不清楚；学生对于智能家居有所接触，家里可能有智能音箱、智能门锁等设备，也可以通过手机 APP 进行管理，但学生对于传统设备如何接入物联网，物联网网关在其中起着什么样的作用等问题的答案并不清楚。学生对于功能强大的物联网智能控制设备非常感兴趣，会从网上找一些智能产品，了解它们的功能，并希望能够使用它们进行有意思的创造。因此，本项目内容虽然充满挑战，但实用性很强，学生积极性也很高。
三、教学目标
1．素养目标
理解物联网数据汇集转换设备在物联网系统中的作用， 了解网关在物联网应用系统中的作用，能够利用物联网网关统一管理物联网设备。
2．项目目标
利用物联网网关等设备对教室的电扇开关、空调插座、“班班通”设备开关等进行管理。
四、教学重难点
1．教学重点
（1）理解物联网数据汇集转换设备在物联网系统中的作用。
（2）能够利用物联网网关统一管理物联网设备。
2．教学难点
了解网关在物联网应用系统中的作用，利用物联网网关统一管理班级智能设备。
五、教学策略
本项目实践性比较强，所用到的设备学生不熟悉，实际操作有一定的难度。学校采购了部分设备，满足学生分组动手操作的需要。项目从学生熟悉的班级场景入手，寻找设备管理存在的问题与“痛点”， 由此引出班级智能化改造的话题。在此基础上学习智能网关的相关知识，然后再选择器材、搭建系统、实现统一管理。
六、教学准备
本项目需要使用的物联网实验设备比较多，教师根据实际情况，准备如下实验器材和设备，也可以与学生一起在教学中选购。
器材/工具 数量 作用/功能
路由器 1台 用于连接到互联网，连接一些有线设备，如计算机
物联网网关 1台 用于连接并统一管理各种物联网设备
物联网开关 N个 用于改造传统电器设备，使其能够连接到物联网
传感器 若干 根据需要选择，如温湿度传感器、防盗报警器等
七、教学评价设计
1．过程性评价
本项目由于设备数量和班级网络环境的因素，不能做到每个学生都动手实践，大部分学生设计、构思、观察和思考多一些。因此在评价时，应更关注学生在项目过程中的收获和体会 。让学生经历提出问题、分析问题、规划设计、解决问题的过程；关注学生在解决实际问题的过程中应具备的规划意识、成本意识、 自主可控意识，在实施改造过程中的规范意识、安全意识等。
2．总结性评价
受设备条件影响，本项目教学效果差异较大，在没有设备的情况下，能够根据小组提出的问题，提出改造方案，能描述规划系统结构，选择设备及连接方式，即可达到合格水平；在有少量设备的时候，能够实现简单的控制，如开灯、关电脑电源等，即可达到良好的水平；能够用物联网网关连接不同协议的设备，实现联动控制和场景设置的，即为优秀水平。
八、学习方法
1．做中学
本项目实践性很强，学生经历发现问题、分析问题、选择设备、实施改造、解决问题这一完整的过程，学生需要不断实践探索、试错、总结，在此过程中提升动手实践能力和问题解决能力。
2 ．悟中学
本项目介绍的物联网网关比较抽象，学生需要与互联网路由器进行比较，借鉴互联网组成相关原理，感悟它们的区别与联系，体会物联网网关和智能设备的重要性，并在新的场景中选择使用它们。
九、学习过程
环节 师生活动 设计意图
项 目 准 备 1. 情境引入，发现问题 情境：随着物联网的发展，智慧校园设备越来越先进。教室里不仅有空调、电灯、电扇等传统电器设备，还有“班班通”智慧大屏设备，为同学们营造更加智能、温馨的学习环境。 讨论：这些设备也给班级的管理提出了新的挑战，比如偶尔会有放学忘记关空调、智慧大屏常亮的情况，造成资源浪费，产生安全隐患等问题。 引出课题：管理班级设备用网关——物联网传输设备。 2. 提出班级设备管理新需求 思考：前两节课学习的物联网通信技术，可以使得物与物之间能够传输数据，方便人们进行远程监测和管理。我们的班级设备能不能连上物联网进行统一管理呢？ 调查：收集目前班级设备管理存在的问题，提出智慧管理设想。教室有哪些电器？是如何管理的，存在哪些问题呢？在下面写一写，小组长按设备分类汇总。 设备目前存在的问题智慧管理设想 电灯电脑门口空调过度使用 , 不能按班级计费口大屏电脑忘记关 , 耗电 、易坏 口白天有时开灯 , 造成浪费 值日生经常忘记锁门口空调自动记录用电量 口远程查看班级大屏电脑是否未关 口根据光照强度 , 自动开关灯口
3. 构思班级设备管理系统组成活动 1：认识物联网网关 学习微视频：物联网网关属于物联网网络传输层的重要设备，它能在物联网和互联网之间建立桥梁，将不同类型的通信设备连接起来，使其能够连接到服务器。 对比路由器：回忆七年级学习的互联网知识，思考路由器是如何在不同网络和设备之间起到桥梁作用的，判断下面的设备是否能够接入互联网路由器。 以学生熟悉的教 室为情境，引导 学生寻找身边的 问题，并尝试用 物联网的思路解 决，激发学生兴 趣，培养学生的 信息意识与创新 精神。 学生提出的问题 比较宽泛，通过 表格进行聚焦， 便于结合物联网 知识进行分析。 关注知识构建的 过程。学生对于 物联网网关比较 陌生，教师提供 学习支架，通过 微视频帮助学生 了解 其基本 功 能；并与互联网 中的路由器进行 对比，帮助学生 建立物联网网关 的概念。
(
温度湿度计
wi-Fi
智能开关
计量插座
zigBee
智能插座
)
环节 师生活动 设计意图
项 目 准 备 活动 2：绘制班级物联网结构图 班级电器设备比较多，有些像电扇、电灯等传统设备无法直接连接到物联网，要想通过网络统一管理，需要一个能够帮助它们联网的设备，再将它们合并连接到物联网网关上。班级物联网管理结构图如下，请同学们补充完整。 学习了物联网网 关的功能与特点 之后，并不急于 选购、安装，而 是先绘制班级物 联网结构图，让 学生对改造后的 智慧班级有一个 整体的认知，增 强学生 规 划 意 识，建立系统观。
项 目 实 施 1. 选择搭建系统设备器材 活动 1：选择物联网网关 思考：选购物联网网关应该要注意哪些？需要支持哪些协议？计划连接多少个设备？预算有多少？ 选购：各小组根据前面规划的功能需求，访问购物网站，选择不同的网关产品，记录它们的技术参数，为班级选择合适的物联网网关。 活动 2：选择物联网控制设备 只有网关也无法将传统设备连接到物联网，需要智能开关、智能插座、计量插座等对普通电器电源进行改造和管理。根据班级管理的需求，为班级的传统设备加装物联网控制设备，使其能够接入物联网。
这里的选购只是 访问网站，了解 参数。在教师引 导下，选择已经 准备好的物联网 网关。 让学生选购是帮 助学生了解真实 情境中问题解决 的过程，从大量 富有创新的产品 中寻找灵感，激 发改造班级设备 管 理方式的 热 情。 选择物联网传输 设备重点需要关 注通信协议，是 否能够被网关支 持，是否方便接 入和控制。
环节 师生活动 设计意图
项 目 实 施 (
智能网关 路由器
)2．搭建班级设备管理系统 活动 1：安装网关和智能设备 以空调改造为例，先把网关接通电源并连接到教室的无线路由器上，再请专业电工把传统的开关插座更换为智能开关、计量插座等智能设备。安装时要注意规范要求，安全操作。 (
注意事项
口
使用无线信号时
,
距离
wi
-
Fi
路由器2
~
6米
;
口
周围避免出现金属遮挡物
;
口
尽量安装在教室中心位置。
) 智能设备 活动 2：添加智能设备，设置“场景联动” 演示：安装 APP。智能网关一般会自带 APP，用手机扫描网关背面的二维码即可下载、安装并注册。 操作：添加智能设备。打开网关 APP，根据说明，将各种物联网设备添加到网关中，并设置它们的名称，方便统一管理。 创新：设置控制命令。根据班级设备管理的需求，可以在 APP 中设置“场景联动”效果，让一系列关联的设备同时执行相关命令。例如，当感应到没有人在教室 的时候，关闭教室电脑、空调和电灯。 (
打开电灯+打开电脑+打开空调
)上课模式 (
关闭电灯+关闭电脑+关闭窗帘
)午休模式 关闭电灯+关闭电脑+打开窗帘+打开安防报警 离校模式 3．统一管理班级智能设备 查看：在物联网网关的 APP 上，可以查看设备的状态，如电灯的开关，大屏电 脑是否在工作，空调插座当前的用电量等。 安装过程虽然简 单，但教师应强 调施工安全、技 术规范，特别是 强弱电安装相关 规范。 帮助学生建立技 术规范意识，适 当渗透自主可控 意识。 教师应有意识地 将不同品牌、不 同协议的设备添 加到同一台网关 上，通过设置联 动控制，结合前 面 绘制 的结 构 图，帮助学生在 真实场景中感知 物联网；在构思 场景应用方案的 过程中，激发创 意，畅想未来智 慧生活。 通过查看、控制、 管理三个层次的 任务，让学生理 解物联网提供服 务的方式。
环节 师生活动 设计意图
项 目 实 施 控制：通过网关的 APP 端，可以控制智能开关，实现远程关闭电灯、空调等电器。最简单的控制过程如下。 考虑不同层次、 不同条件的学校 在实施项目中的 限制，可以有选 择性地实现其中 部分功能。
(
指令
)开关 (
wi-Fi
)电路
手机 智能开关 电灯 管理：根据小组设置的“场景联动”模式，测试上课、午休及放学等场景，观察物联网网关的控制效果，在下表中记录。 场景功能控制效果上课开空调 、开窗帘 、开灯 、开大屏电脑等午休关窗帘 、关电脑 、关灯等放学关灯 、关空调 、关大屏电脑 、锁门等
总结拓展 1．总结：物联网网关与互联网路由器的区别 在互联网中，路由器是组建网络的核心设备，在物联网中，其核心设备则是物联网网关，思考一下它们之间有什么区别和联系，在表中填一填。 项目物联网网关互联网路由器通信有线 口蓝牙 口zigBee有线 口蓝牙 口zigBee技术口wi-Fi 口5G 口4G 口wi-Fi 口5G 口4G 连接的对象电脑 平板 口传感器口耳机 口智能开关 口空调 口电灯 口电表 口 电脑 平板 口传感器口耳机 口智能开关 口空调 电灯 电表 口 传输的延时口延时较低 口延时较高口延时较低 口延时较高连接设 备数量口数量较多 口数量较少口数量较多 口数量较少
2. 拓展：应用物联网传输设备打造智能家居 根据物联网网关统一管理班级智能设备的思路，给家里添置物联网设备和物联网网关，轻松搭建自己的智能家居。例如，拉开窗帘后，自动打开台灯，并可通过APP 查看它们的状态。 用表格勾选的方 式，从通信技术、 连接对象、数量、 传输时效性等多 个方面，对比物 联网网关和互联 网路由器，帮助 学生深入理解网 关 的 特 点和 作 用。 拓展任务让学生 将课堂中学习到 的技术和方法迁 移 到新的 场景 中，解决新的问 题，培养创新精 神，鼓励设计改 造数字社会的意 识。
(
状态
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)
十、自我评价量表
以小组为单位，请你对本项目的学习情况和完成情况进行评价，在图中填一填。
通过对本项目的学习，你掌握了哪些知识内容？ 你能够根据项目需要，选择合适的物联网设备吗？ □ 没有掌握 □ 基本掌握 □ 完全掌握你学会物联网网关的设备管理了吗？ □ 没有掌握 □ 基本掌握 □ 完全掌握 在完成本项目时，网关连接了哪些不同协议的设备？ □ 蓝牙 □ Wi-Fi □ ZigBee □5G 你还能为教室的智能设备添加哪些智能应用，如何实现？
简要谈谈你在完成项目过程中的心得体会。 体会：
十一、板书设计
十二、教学反思
本项目需要硬件设备的支持，实施有一定挑战性。教学中进行了一定的简化，通过外接智能插座，配合传感器数据实现对台灯的控制，实现了部分统一管理的功能，重点是帮助学生理解物联网网关的功能，以及通过网关等智能设备对传统电器进行改造的思路和方法。从教学效果来看，学生对于智能设备很感兴趣，在这些设备的启发下，学生有许多创意，项目实施的效果也较好。学生经历了发现问题、分析问题、规划设计、整合实施、解决问题的过程，加深了对物联网系统的整体认识，提升了数字素养。由于硬件的限制，无法让每个学生体验改造的动手实践环节，一定程度上影响了学生的参与度和积极性。

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