资源简介

项目3 使用智能手表安全出行——物联网系统组成
教学设计
一、内容分析
“ 体验日常智慧出行”模块是本单元的最后一节，学习本课前，学生已经认识物联网的逻辑架构，且对物联网的工作过程有了初步认识。智能手表是一种常见穿戴设备，学生在日常生活中已经有一些经验，学习起来并不困难。教学中，教师要注重引导学生通过智能手表来理解物联网系统由哪些部分组成、各部分功能实现的条件、物联网的特征有哪些，从而了解物联网系统各组成部分是如何实现数据采集、传输和处理的。
二、学情分析
本节课的学习主体是八年级的学生，他们好奇心旺盛，观察力、分析力及自主学习能力初具规模，对生活中的实际情境兴趣浓厚，乐于从真实问题入手进行学习和探究。智能手表是学生常见却并未系统了解的设备，通过前面的学习，他们能够判断出智能手表属于物联网应用，并能够进行更高层次的思考和解决问题。
三、教学目标
1．素养目标
（1）理解物联网各组成部分如何实现数据采集、传输和处理。
（2）能运用物联网中感知、传输和应用三层逻辑结构， 了解物联网系统工作过程。
2 ．实验目标
通过实验学习， 了解物联网系统由哪些部分组成。
四、教学重难点
1．教学重点
（1）了解物联网系统有哪些部分。
（2）能运用物联网中感知、传输和应用三层逻辑结构， 了解物联网系统工作过程。
2．教学难点
通过实验探究，让学生理解物联网系统实现数据采集、传输、处理的作用及特点。
五、教学策略
以大单元教学方式贯穿整个单元，继上节课老师骑行共享单车家访后，本节情境为老师来到学生家中了解到学生奶奶生病，父母需要照顾奶奶无法接送学生，以此为契机引入智能手表，展开教学。学习环节中，引导学生对生活中实际存在的安全问题进行思考，针对性地解决问题，并开展实验探究、验证。同时，创设数字化的学习环境，教学过程中，数字化的评价方式为即时评价提供了可能性，教师根据学生提交的评价数据，及时调整教学节奏，针对性讲解，节省出更多课堂时间给学生自主学习。
六、教学准备
本项目教学活动，教师可以准备如下表所示的实验器材，其中智能手机可以使用教师手机，让学生参与体验。
器材/工具 数量 作用/功能
智能手表 4 只 用于探究实验
智能手机 4 部 用于呈现手表 APP 反馈数据
连接互联网的计算机 30~60 台 用于信息查询
器材/工具 数量 作用/功能
智慧平板 4 台 小组答题、评价
纸质任务单 60 份 用于记录实验数据
投屏设备 1台 用于活动演示
七、评价建议
1．过程性评价
借助智慧课堂环境，为学生过程性评价提供及时的反馈信息。重点关注功能实现和小组合作，本次过程性评价侧重于培养学生分析问题和解决问题的能力。评价过程中，根据学生提交的反馈情况，及时调整教学节奏。
2．总结性评价
在智慧课堂的教学环境中，过程性评价负责全过程育人，总结性评价主要是从学生对项目的任务完成度、对核心素养的提升以及对原理的理解等维度展开，在自评与他评的过程中，总结提升。
评价指标 评价标准 评价结果
小组合作 课堂实验过程中，合作融洽，敢于表达，在合作过程中，有指挥员、记录员，乐于帮助他人 ☆☆☆☆☆
信息意识 通过智能手表的使用，理解穿戴设备在生活中的作用，以及尝试使用穿戴式的物联网设备解决问题 ☆☆☆☆☆
计算思维 通过智能手表案例，学会借鉴生活中处理问题的方法去分析学习中遇到的问题，结合已有知识，创新性地解决其他问题 ☆☆☆☆☆
数字化学习与创新 通过智能手机的实验探究，理解智能手表位置与预警的关系，从而创新性地思考心率与健康的预警关系、运动传感器与久坐预警等 ☆☆☆☆☆
信息社会责任 体验智能手表对出行安全的影响，感受科技对生活的帮助与改变，强调自主可控技术的重要性 ☆☆☆☆☆
八、学习流程
教师创设家人无法接送学生，又担心学生独自上学不安全的教学情境，引出使用智能手表解决出行安全问题。教学环节中， 以初识智能手表、连接使用手表、手表的安全验证及应用三个流程为主线，让学生了解物联网的组成、认识物联网的工作过程。教学完成后，学生们能够理解数据采集与数据流的传输与反馈。整个教学活动以 3 个层层递进的实验展开。实验 1： 了解智能手表安全功能
针对以上教学情境，教师引导学生积极讨论、思考、交流初中生日常上学、放学等出行途中，存在哪些安全问题。随后，让学生尝试阅读智能手表说明书，判断智能手表是否能解决出行安全的问题。此外，学生动手后会发现，数据的采集都是由智能手表完成的。
实验 2：探究智能手表与手机连通的条件
要使用智能手表，首先需要让它与手机连通。本环节的设计目的是让学生理解物联网传输的基础：智能手表正常传输数据的条件是手机、手表必须连入互联网。教师引导学生通过探究，了解设备连接到物联网需要注意的具体因素有哪些，并懂得智能手表与手机 APP 之间的连通关系，为后面的实验开展奠定基础。
实验 3：探究智能手表位置信息与安全预警
完成智能手表与手机 APP 连接后，引导学生进一步思考：位置信息与手机 APP 预警之间有什么关系？为了解它们之间的关系，展开了第一组验证实验，让学生明白操作手表与手机APP反馈之间的关系。有了这样的基础，继续开展第二组实验，位置信息可以为安全出行提供哪些信息，安全预警的实现流程是什么，从而深入探究安全出行。
九、教学过程
教学流程 学习过程 教师活动 设计意图
情境导入明确目标 1．创设情境 李雷老师到韩梅梅家家访后，发现她的奶奶生病了，家人要照顾奶奶，无法送她上学，如果她自己上学家人又担忧“能到学校吗？”“路上安全吗？”等问题。在同学们的帮助下，李老师受到上节课共享单车的启发，建议韩梅梅同学使用智能手表。 2． 明确目标 明确本活动的学习目标，即使用智能手表安全出行，了解物联网系统组成。 故事导入，描述问题，代入情境，产生需求。 揭示课题“使用智能手表安全出行”，让学生明确项目目标。 在情境中培养 敬老爱老意 识，培养学生 信息意识， 即 尝试使用信息 化的方式解决 生 活 中 的 问 题。
教学流程 学习过程 教师活动 设计意图
实验 1： 了解智能手表安全功能 1．实验情境 对于首次接触智能手表的韩梅梅同学而言，她对这款科技产品充满了无限的好奇心。为了满足家人的关切与打消疑虑，她决定翻开使用说明书，仔细探究一番，看看这款智能手表是否能够真正满足家人的期待。 2．实验要求 【实验目的】了解智能手表的基本功能，理解科技在日常生活中的应用价值。 【实验准备】小组分工、微课、记录单、评价量表。 【实验器材】智能手表、电话卡、智能手机、智慧课堂教学环境。 智能手表功能一览表 电话通话 NFC支付 摄影摄像 儿童模式短信彩信 指纹识别 图像处理 天气查询语音信息 面部识别 网络接入 语音助手信息管理 虹膜扫描 电子邮件 视频通话日程记事 AI 助手 移动支付 文件管理应用管理 健康监测 GPS 导航 浏览器 媒体播放 红外遥控 地图应用 闹钟
3．实验过程 步骤 1：组长分工。安全排查员、记录员。 步骤 2：组员在组长的组织下，自主探究，通过查阅资料、观看微课等方式，讨论出行过程中，存在哪些安全问题，并查找“智能手表功能一览表”是否有解决此安全问题的对应功能。 步骤 3：记录员记录存在的安全问题和对应的功能。 步骤 4：小组汇报实验结论。 步骤 5：组长使用平板提交实验评价。 实验记录单 智能手表功能应用记录单 日常出行途中可能存在的 安全问题智能手机的安全功能
创设情境，代入生活。 引导学生从常见的生 活情境出发：在决定 是否需要一件新设备 时，先看看说明书。 一切从实际出发，让 学生先思考可能存在 的安全问题，再对照 说明书中的功能列 表，查找解决问题的 办法。 教师巡视辅导，明确 实验要求，提供必要 的实验条件，组织学 生开展实验，及时指 导学生记录实验数 据。 真实情境让学 生学习更亲 切，参与度更 高，培养学生 主动探究的意 识。 让学生亲身实 践，激发学习 动机。学生根 据已有认知和 学习资料展开 实验活动，培 养探究精神。
教学流程 学习过程 教师活动 设计意图
实验 1： 了解智能手表安全功能 实验评价量表（智慧课堂发布） 评价 内容评分项 功能实现A 安全问题覆盖校内外出行问题 , 所选功能可解决提出的安全问题 B 能解决安全问题 , 但安全情况较少 C 记录单上的智能手机功能不能解决预设的安全问题 实验过程A 自主探究 , 集体讨论充分 , 记录单记录及时间 B 讨论过程中 , 经常请教其他组 , 记录单记录及时间 C 实验过程中长时间观看微课 、长时间查阅资料 , 讨论较少 小组合作A 组长分工明确 , 资料查阅 、 微课播 放专人专项 B 小组合作中 , 有组员未参与C 全组单独学习
4．实验结论 在日常上学和放学途中，我发现的安全问题有： 导致安全问题产生的原因有： ___________ ____________________________________ 使用智能手表具备的 功能，可以解决 的安全问题。 5．原理应用 智慧平板连线题。连一连，了解智能手表的主要组成。 它们是如何保障出行安全的
组织学生分享实验结 论，介绍自己发现的 安全问题，并提出自 己的见解和解决方 法，并引导学生结合 评分量表完成评价。 布置任务：结合上节 课所学，完成连线。 创设数字化学 习环境，学生 分小组讨论， 展开想象 ，探 索物联网设备 的组成，激活 课堂。 开放的问题， 为学生的回答 提供了更多的 可能，培养学 生的探究意识 和解决问题的 能力。 及时巩固，知 识迁移：从智 能车锁的物联 网结构迁移到 智能手表的物 联网逻辑结 构。
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实验 2： 探究智能手表与手机连通的条件 1．实验情境 了解智能手表在安全出行方面的作用后，韩梅梅下载了配套的 APP，尝试将手表连接至手机。 2．实验要求 【实验目的】了解如何将智能手表连接至网络。 【实验准备】任务单、安装配套 APP 的手机。 【实验器材】智慧课堂环境、智能手表、SIM 卡。 3．实验过程 步骤 1：组长明确分工。操作员操作手机，实验员佩戴手表，记录员填写任务单。 步骤 2：小组成员自主探究，分别对手机状态、手表状态、连通状态进行探究，记录员负责将讨论后的结果记录到任务单。 步骤 3：小组汇报实验结果。 步骤 4：组长使用平板提交评价。 手表与手机联网互通测试 手机状态手表状态连通状态口开机 口装有 SIM卡口打开飞行模式口其他口开机 装有 SIM 卡口打开飞行模式口其他口能连通 口不能连通口开机 装有 SIM卡 打开飞行模式 其他 口开机 装有 SIM 卡口打开飞行模式口其他 口能连通 口不能连通开机 装有 SIM卡口打开飞行模式口其他 口开机 口装有 SIM 卡口打开飞行模式口其他 口能连通 口不能连通
实验评价量表（智慧课堂发布） 评价 内容评分项 功能验证A 自主探索 , 发现多种可能影响连通 的因素 B 能实验尝试 , 发现可能影响连通的 因素 C 未能找到影响连通的因素小组合作A 小组讨论充分 , 全员动手参与实验B 完成目标 , 但有组员未参与 C 小组成员不沟通
播放预先录制的情景视频，将学生更生动地代入情景中，随后引导学生开展实验探究，展开对手表与手机的联网互通测试。 提供微课、提供纸质 任务单，为学生开展 实验做好准备。 发布智慧课堂在线评 价，收集实验中的过 程性评价。学生实验 的过程中，巡视辅导， 关注实验评价，规范 实验流程。 为实验创设情境，能够有效 提升实验的效果和参与者的体验感。 动手动脑，通过实践得出结论，培养科学探究的精神。 培养学生日常 关注物联网设 备，维护物联 网设备安全的 能力。
教学流程 学习过程 教师活动 设计意图
实验 2： 探究智能 手表与手 机连通的条件 实验过程A 多次实验 , 验证结果 。 B 一次实验 , 记录结果 。 C 使用手机做无关实验的事情。
4．实验结论 经过探究，我发现智能手表与手机 APP 相互连通的条件是： 。 组织学生进行实验结论的交流展示，引导学生从多个维度思考问题，发现问题。 此环节并不困 难，但非常重 要，学生通过 连通测试，为 深入理解物联 网打下基础。
实验 3： 探究智能手表位置信息与安全预警 1．实验情境 在同学们的帮助下，韩梅梅了解了手表与手机APP 连通需要的条件，并将它们连接起来，开始使用电话手表的安全功能。 2．实验要求 【实验目的】了解智能手表安全出行 【实验准备】小组分工、任务单 【实验器材】智能手表、安装智能手表 APP 的手机、智慧课堂教学环境 3．实验过程 步骤 1：组长明确分工。指挥员负责统筹实验开始和停止，操作员戴手表参与实验，记录员观察手表APP 并填写任务单。 步骤 2：组内讨论选出智能手表定位功能与出行状态的关系。 步骤 3：由组长组织，结合第一组实验数据查阅资料，再次讨论定位与安全预警的关系。 步骤 4：记录员填写实验结论，小组汇报。 步骤 5：组长使用平板提交评价。 第一组成员完成下表的填写。 定位与出行状态的关系 实验次数操作说明APP变化第 1 次原地静止口位置口方向口状态第 2 次原地踏步口位置口方向口状态第 3 次直线走口位置口方向口状态第4次绕圈走口位置口方向口状态
播放微课，引导学生 聚集智能手表的安全 方向。 介绍智能手表在监测 存在位置、心率、安 全等多种情况时的作 用。布置“定位与出 行状态的关系”实验， 并明确要求。 巡视指导，引导学生 将实验数据和发现记 录下来。 引发学生好奇 心和求知欲。 进一步了解智 能手表与安全 之间的纽带， 并以位置为支 点展开学习。 为学生提供可 能更多安全问 题的思考角 度。 两组实验的设 计体现思维的 递进关系，让 学生由浅入深 地思考问题。
教学流程 学习过程 教师活动 设计意图
实验 3： 探究智能手表位置信息与安全预警 第二组成员完成以下 2 个表的填写。定位与安全预警的关系 区域地点安全提示提醒方式安全区域家离开或到达提醒短信危险区域河靠近河流电话
实验评价量表（智慧课堂发布） 评价 内容评分项小组合作A 小组按要求分工 , 各角色落实到位B 完成目标 , 但有组员未参与 C小组成员独立完成 , 不与组员沟通 实验过程A 实验时有指挥 , 安静有序 , 实验后记录完整 B 实验中经常被老师或其他组提醒 ,实验后记录完整 C 记录不完整
4．实验结论 通过第一组实验，我发现感测定位的设备是 ,能感测到用户的位置方向和状态，反馈状态的设备是 。有了这样的基础，第二组实验中，通过采集智能手表 的变化， 将数据上传到云控制中心，云控制中心会进行分析判断，并将反馈结果显示到 。我还发现， 根据反馈的安全级别不同， 反馈的 也不同。 5．原理运用 手机 APP 根据手表定位可以预判用户当前的安全状况。 请根据你的预判，完成下面的连一连。 原地不动 迷路 往目的地的方向移动 回来途中 偏离目的地方向移动 上课中 发布过程性评价，学 生通过平板及时对本 组进行评价。 学生实验的过程中， 巡视辅导。关注实验 评价，规范实验流程。 组织学生进行实验结 论的交流展示。完成 后组长对实验环节进 行评价。 布置平板连线任务， 了解学生掌握情况。 评价导向，让 学生从多个维 度思考问题， 发现问题。 培养学生的思 考能力、概括 能力、组织语 言的能力。 激活课堂，及 时关注学习过 程中学生的理 解情况。
教学流程 学习过程 教师活动 设计意图
总结反思拓展提升 经过本节课的学习，韩梅梅同学通过实时的位置监测、出行安全的路线监测、突发预警提示等功能展示，成功地说服家人同意让她试行一周，自己佩戴手表独自上学。 1．总结反思 （1）结合板书，与同学共同总结三组实验，了解物联网的工作流程。 （2）完成智慧课堂平板上的自评与互评。 2．拓展提升 请准备一段 3～5 分钟的口语表达，描述“智能手表的一天”。 教师讲解，引导学生 从探究的角度去解决 生活中可能存在的问 题。 组织学生及时总结， 填写实验过程中的表 现性评价，完成自评 和互评。 首尾呼应，让 学生学有所 得，学有所用。 巩固知识，学 生总结收获。 学生通过实验 1 对安全情境 有了较深的了 解，通过后面
要求：设想或回忆你使用智能手表的一天，从早晨醒来到夜晚入睡前，智能手表是如何成为你生活中的得力助手、安全卫士的。 引导学生展开想象，以时间为主线，描述穿戴智能手表一天的情景。 两组实验，理 解了物联网的 工作流程 ，进 而让学生综合 运用所学知 识。
十、板书设计
十一、教学反思
教学设计从三个视角展开，分别是新购设备、测试设备、使用设备。新购设备视角：查看说明书，查看手表功能能否满足使用需求，引导学生思考存在哪些安全问题，然后再从说明书中查找是否具备此项功能来解决安全问题，这种基于需求出发来考虑问题的设计思路， 旨在培养学生一切从实际出发解决问题的能力。测试设备视角：进入使用阶段，让学生使用实验的方
法，动手体验是否开机、是否插入 SIM 卡等因素对连接智能手表与手机 APP 的影响。使用设备视角： 即使用智能手表实现安全出行。本环节围绕“手表定位”和“安全预警”2 个方面展开探究。实验后，学生理解了手表、互联网、数据中心三者之间的关系，进而理解物联网中数据的采集、传输和应用的完整过程。

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