资源简介

(共22张PPT)
八年级 信息科技
第五单元　物联网应用探索　 第22课
健康生活新设备
2
课堂导入
学校体测时，小林站上测量台。
先看这段小插曲，再想想设备需要完成哪些工作。
02
学校体测站场景示意
小林：刚才是145厘米，站直后怎么变成152厘米了？
体育委员：先别走！屏幕有数字，可老师的表里还没有你的记录。
想一想：哪个读数可以记？怎样把它送到老师的表里？
3
认识设备
什么是物联网健康设备
物联手环、物联体重秤和物联跑步机，都在帮助我们记录与健康有关的数据。
03
物联网健康设备能采集身体或运动数据，并通过网络把记录传给手机或平台。我们可以在应用软件里查看记录，了解一段时间内的变化。
物联手环　CHERNOV · CC BY-SA 4.0
手环能记录步数、心率和睡眠情况，
再把记录传给手机。
走一圈后，步数从3000变成3500。
同步后，手机也显示当天3500步。
想一想：与只显示当前读数的设备相比，留下多次记录能帮助我们做什么？
4
认识设备
物联体重秤和跑步机
体重秤和跑步机都能在本机显示数字。带联网功能的型号还能把每次数据存进应用。
04
物联体重秤
称重记录 → App
Alexei Zverev · CC BY-SA 4.0
周末站上秤，称重结果同步到手机。下周再称，就能查到两次的记录。
部分型号还能估算体脂率、水分率。
物联跑步机
距离、速度 → App
GhoziSeptiandri · CC BY-SA 4.0
今天跑完 1.2 km，把这次的距离和速度留在 App 里。下次跑完可以对照。
部分型号会提供估算的运动消耗。
任选一个说给同桌听　它量了什么？把记录传给谁？留下来有什么用？
5
分析需求
教材要求采集性别和身高。全校一起测量时，上传的消息还要能区分班级。
05
小林：我只发“152”，老师能知道是谁测的吗？
小夏：还得写清班级和性别，才知道该记在哪一栏。
1班,男,152
班级　　性别　 身高（cm）
本课先按班级和性别统计人数。若要对应到个人，还需要增加测量编号等信息。
6
分析需求
身高记录仪的四个环节
06
采集数据
取得性别和身高
超声波探头测距离，按键确认性别。
传输与存储
把记录发到平台
主控板连接网络，平台保存测量明细。
分析处理
统计已测人数
按班级和性别分组，每条有效记录加1。
反馈与控制
把统计结果告诉老师
老师查看各组人数，核对测量进度。
先明确每个环节要完成什么，再选择设备、平台并设计程序。
7
搭建设备
测量站的设备和位置
07
超声波模块　Suyash Dwivedi · CC BY-SA 4.0
探头装在站位正上方
朝下测距，先量到地面，再量到头顶。
主控板计算，OLED显示
探头把距离交给主控板，屏幕显示算出的身高。
站稳后再按键确认
K1代表男生，K2代表女生。每次只按一个键。
搭建顺序：选择设备、设置无线网络、配置平台、确定探头位置。接线以所用板卡为准。
8
测量原理
超声波怎样量距离
超声波探头发出一小段声音。声音遇到地面或头顶会反射，探头再接收回声。
08
同一个探头模块发出和接收声音
发出
回声
反射面　地面 / 头顶
发出
空场时，声波先到地面。有人站好后，声波会先到头顶。
计时
记录声音从发出到返回所用的时间。回得越早，反射面越近。
换算
声速乘往返时间再除以 2，得到探头到反射面的距离。
探头量的是两点之间的距离。站人时得到的是探头到头顶那一截。
9
测量原理
用两段距离算出身高
探头固定在同一处。先空场量到地面，再让小林站直，量到头顶。两次距离都用厘米。
09
空场校准
H = 200 cm
地面
站直后
d = 48 cm
身高
地面
身高 = H d
200 48
152 cm
弯腿时头顶离探头更远，d 变成 55 cm，屏上显示 145 cm。站直后再记录。
10
设计算法
设置网络和主题后，主控板循环读距离、算身高、刷新 OLED。每次只按一个键确认。
10
读探头距离
H d 算身高
OLED 显示
依次检查按键
K1 按下
按男生记录上传
1班,男,152
K2 按下
按女生记录上传
1班,女,148
两键都没按
回到测量、显示
屏幕刷新，平台不新增
按教材图 22.3 先查 K1，再查 K2。屏幕出现 152 cm 时，可以先等小林站稳。
11
传输存储
MQTT是一种消息传输协议。设备按指定主题发布和接收消息。
11
主控板连接无线网络，再连接物联网服务平台。发送时要写清主题ID和消息内容。老师端订阅同一主题，才能接收这条记录。
测量端
发布到指定主题
身高主题
height22
老师端
订阅同一个主题
本课示例主题ID为height22，消息内容为“1班,男,152”。实机使用平台实际分配的主题ID。
12
读关键代码
12
测量循环中的关键片段
if k1.status() == 1:
data = c + ",男," + str(height)
mqttclient.publish(
topic="height22", content=data)
K1按下时，保存当前身高，
并按男生记录发送。
c = “1班”，height = 152
平台收到的内容是：
1班,男,152
换成K2时，把判断对象改为k2，把消息中的“男”改为“女”。两键都没按，就不上传。
13
分析处理
老师先按班级分，再按性别分。读到一条有效记录，就给对应格加 1，
身高值仍留在明细里。
13
序号 班级 性别 身高 / cm
1 1班 男 152
2 1班 女 148
3 2班 男 155
4 1班 男 156
5 2班 女 150
第一条先做给你看
班级 男生 女生
1班 1 —
2班 — —
请同桌接着把其余四条填进去。
按顺序数完五条。平台可查看明细，导出后也能用电子表格或 Python 统计。答案在第18页。
14
读关键代码
平台保存身高明细，统计程序按班级和性别计算已经测过多少人。
14
收到“1班,男,152”后，程序按逗号拆开消息。它先找到班级，再判断性别，给对应组的已测人数加1。
bj, xb, h = msg.split(",")
if xb == "男":
boys[bj] += 1
bj 是“1班”
xb 是“男”
boys["1班"] 从0变成1
boys和girls分别保存各班男、女生的已测人数。回调函数在收到订阅主题的消息时执行。
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反馈结果
老师端收到「1班,男,152」后，重新显示各组已测人数。只有 1 班男生这一格变化。
15
还没收到
班级 男生 女生
1班 0 0
2班 0 0
收到后
班级 男生 女生
1班 1 0
2班 0 0
1班,男,152
老师可以用汇总表核对进度。比如 1 班男生应测 3 人，当前显示 2，就去核对还差谁。
16
排查故障
读数有了，表里没变
和同桌一起检查：记录在哪一步停住了？
16
小林：已经显示152厘米了，老师那边为什么还是0？
① 看按键：只看读数、没有按键，平台不会新增记录。
② 看连接：主控板是否连上网络和物联网平台？
③ 看主题：发送端和老师端使用的主题ID是否相同？
先在平台查看有没有新消息。有消息却没更新人数，再检查接收与统计程序。
17
课堂挑战
体测记录员
两人一组。一人操作，一人说清为什么这样做。过一关就交换角色。
17
1　架好身高尺
调探头、做空场校准，比较弯腿和站直的读数。
2　确认并上传
把站直后的一条记录发到正确的身高主题。
3　归档看进度
拖动或点击，把五条消息放进班级和性别对应的格。
校园体测站 / 教学仿真
测量 · 发送 · 归档
开始挑战
单文件 · 浏览器离线打开
教学仿真使用虚拟数据。通关后切回课件第 18 页，核对全班的计数。
18
核对结果
五条记录怎样分进四格
按班级找行、按性别找列，每读一条就加一次。核对你的通关表，四格加起来应是 5。
18
老师端汇总　共 5 条
班级 男生 女生 合计
1班 2 1 3
2班 1 1 2
同一格可以收到多条
1班,男,152　　1班,男,156
两条都在 1 班男生格，所以这格是 2。
读到「2班,女,150」时，该给哪格加 1？
再试一题　屏幕从 152 变成 153，两键都没按。老师端哪一格会变？说说理由。
19
课堂小结
回到开头的学校体测，把测量、传输、处理和反馈连起来。
19
小林站直后，屏幕显示152厘米。请把这条记录从测量到老师看到人数的过程讲给同桌听。
量出身高
探头到地面 200 cm，到头顶 48 cm，屏上显示 152 cm。
确认提交
小林按 K1，主控板发出「1班,男,152」。
反馈人数
老师端收到记录，1 班男生那一格从 0 变成 1。
两键都没按时，读数刷新不会增加已测人数。体测记录只向需要使用的负责老师提供。
20
拓展作业
给设备再加一个功能
20
任选一项画流程图。写清采集什么数据、在什么条件下处理，以及把结果交给谁。
联网水杯方案示意
方案一：记录仪防重复
给每人一个临时编号。同一编号再次提交时，先提醒老师核对。
方案二：水杯提醒喝水
按键记录喝水时间。超过设定时间还没有新记录，手机发出提醒。
给同桌演示一个具体例子，检查流程能否走通。只需说明方案，不要求完成硬件。第22课　健康生活新设备（教学设计）
授课信息
单元 第五单元
物联网
应用探索 课题 健康生活新设备 课时 1课时
学段／课型 八年级
新授课 授课时间 授课教师
教学分析
一、
学情分析 学生参加过学校体测，认识传感器、主控板和网络，读得懂身高数值。容易把探头量到的距离当成身高，也容易以为屏幕显示了就算交了记录。用「弯腿、站直、按键」三个看得见的动作，把测距、计算和确认分开。
二、
教材分析 本课是第五单元《物联网应用探索》第22课，对应教材第110—115页。22.1从手环、体重秤和跑步机认识物联网怎样保留数据。22.2用三项学习活动设计并模拟身高记录仪，把前面学过的数据采集、传输、处理和反馈用到体测登记中，为后续医疗场景的学习做准备。
三、核心
素养目标 信息意识 任选手环、体重秤或跑步机，说出它采集什么，数据传到哪里，留下记录后能怎样使用。
计算思维 用空场距离减去探头到头顶的距离求身高。沿流程图说明显示读数和按键提交各在什么时候发生。
数字化学习
与创新 在教学仿真中调整探头位置、试测并确认上传，把五条消息放进正确的班级和性别格子。
信息社会责任 能解释课堂为何用虚拟数据，体测记录按任务收集，明细交给负责的老师查看。
四、
教学重点 1．说清身高记录仪四个环节各做什么、数据怎样接着往下走。 2．用超声波测距求身高，用 K1 或 K2 确认提交，并按班级与性别统计。
四、
教学难点 1．辨认空场距离和头顶距离，区分实时显示、确认上传与接收后计数。
五、
教学方法 1．对比演示、同桌预测、动手仿真。课前将 PPT 和 HTML 放在同一文件夹，用浏览器试开。实机演示时，教师提前搭稳探头并配置网络、主题。
六、
教学过程 教学内容 设计意图
新课导入 小林在体测站看到两个数字 【教师】出示第2页。讲一段体测站试用故事：“轮到1班的小林。他弯着腿看屏幕，屏上是 145 cm。老师让他站直，数字跳到 152 cm。体育委员举着笔，老师的表里还空着。”指着两个读数停一下，问“该记哪一个？怎么让它自己进到老师的表里？” 【学生】同桌各说一次选择和理由。有人说“站直的数”，也有人猜“屏幕显示就传过去了”。先保留第二种猜想，等按键演示再验。 【评价】能指出读数随姿势改变，知道先站直再记。板书「量出来 → 送过去 → 数得清」。 把疑问放在一个具体动作上，让学生带着读数和登记两个问题进入新课。
新课讲授 22.1　什么是物联网健康设备 【教师】用第3页给定义：这类设备能采集身体或运动数据，并通过通信把记录传给手机或平台。软件保存、比较或按设置提醒。指着手环讲：“走之前 3000 步，走完 3500 步。同步后，手机里也能找到当天的 3500 步。”请学生顺着箭头找出数据在哪里产生、最后在哪里看。 【教师】对照第4页。联网体重秤把两次称重留下来，部分型号还能估算体脂率、水分率。联网跑步机记录速度、距离或估算消耗。举一个共享单车或快递柜的例子，比较它们采集的状态与用途，再回到健康设备。 【学生】任选一个设备，说出「它采集……，数据传给……，所以我能……」。例如“跑步机把 1.2 km 传给 App，下次跑完能和这次比”。 先用一句定义把设备、数据和去处连起来，再让学生用自己的生活例子复述。
新课讲授 22.2　活动1与活动2　把需求写清楚 【教师】只给一张「152」的纸条，请同桌试放进班级汇总表。再出示「1班,男,152」，圈出三个字段。带学生补教材表22.1，参照表22.2核对。结合图22.1说说每环节靠什么完成。 【学生】在四栏写出动作。采集用探头、按键和主控板；传输与存储由主控板联网发送、平台保存；分析按班级和性别计数；反馈在老师端显示已测人数。 【评价】请一组拿着这条纸条走四步。能说出平台存明细、老师端看人数，就能进入设备和流程设计。 先用一张无班级的纸条暴露缺项，再按数据去向安排模块。
六、
教学过程 教学内容 设计意图
新课讲授 活动3　任务1　搭好测量站 【教师】出示探头、主控板、两枚按键和 OLED。问“探头装到墙边会量到哪儿？”引导学生把探头安在站位正上方朝下。按教材示例说明 Trig 接 P1、Echo 接 P0、K1 和 K2 接 P2 和 P3，OLED 按板卡说明连接。 【学生】在图上指出「量距离、算身高、看读数、确认」分别靠哪个部件。回顾主控板先接入 Wi-Fi，再配置物联网服务平台和身高主题。 从各部件承担的动作出发选位置和接线。仿真时照样要把安装位置和网络关系想清楚。
新课讲授 任务2　探头量距离，主控板算身高 【教师】用回声图指明发出、反射、接收。探头按声音往返用时换算单程距离。用手比出图中两段距离：空场到地面 H 是 200 cm，站直后到头顶 d 是 48 cm。请学生指着图说为什么相减。 【学生】算出 200－48＝152 cm。小林弯腿时 d 变成 55 cm，屏幕是 145 cm。站直后再确认，将性别和身高填入表22.3。班级由发送程序添上。 height = H - sonic.distance() oled.print("身高 " + str(height) + " cm") 用回声图和尺寸线弄清探头给出的量，再读主控板的测量片段。
新课讲授 任务3　站直确认后发布消息 【教师】用图22.2、22.3补流程。配置网络与平台后，循环测量并显示。按 K1 走男生分支，按 K2 走女生分支，没按键继续刷新。指着第11—12页区分 topic 和 content。topic 是平台分配的身高主题 ID，仿真用 height22。content 是寄出去的三个字段。下列是循环中的关键片段，c 取「1班」。 if k1.status() == 1: data = c + ",男," + str(height) mqttclient.publish( topic="height22", content=data) if k2.status() == 1: data = c + ",女," + str(height) mqttclient.publish( topic="height22", content=data) 【评价】问“屏幕是 152 cm、两键都没按，老师端会多一条吗？”学生答“不会”。让学生指出 K1 触发发送「1班,男,152」，发布端和接收端须使用同一主题。 读完两条判断再看一次消息，知道屏幕刷新与发消息是两个动作。实机每次按一个键，及时松开。
六、
教学过程 教学内容 设计意图
新课讲授 任务4　从平台明细里数已测人数 【教师】拿到平台的班级、性别和身高明细。按顺序出示五条仿真记录 （1班，男，152 cm）、（1班，女，148 cm）、（2班，男，155 cm）、（1班，男，156 cm）、（2班，女，150 cm）。先带学生给第一条做记号。 【学生】表上写两行班级、两列性别。每读一条只给对应格加1。最后核对 1班男2、女1，2班男1、女1。用手指把一条明细与表里的一格连起来。 【教师】说明课堂手算是为了看懂统计规则。真实任务可在物联网平台查看记录、导出到电子表格，也可用 Python 分组再制图。 先按人手分组，再理解程序为什么要拆字段、为什么只给一格加1。
新课讲授 任务5　接收一条，刷新老师端一格 【教师】先看老师端两班均为 0 的表，再投出「1班,男,152」。读教材图22.5的关键步骤：同主题收到消息时，回调函数会运行。split 按逗号拆出三个字段，按班级和性别给字典加1，最后刷新老师端显示。教材例有三个班，这里用两班演示。 boys = {"1班": 0, "2班": 0} girls = {"1班": 0, "2班": 0} def receivedfunction(): msg = mqttclient.message(topic="height22") bj, xb, h = msg.split(",") if xb == "男": boys[bj] += 1 elif xb == "女": girls[bj] += 1 rows = ["班级 男 女"] for b in ("1班", "2班"): n1, n2 = boys[b], girls[b] rows.append("%s %d %d" % (b, n1, n2)) oled.print("\n".join(rows)) mqttclient.received(topic="height22", callback=receivedfunction) 【学生】指出首条消息使 1 班男生从 0 变 1。读完五条，知道老师按表发现哪一组还要核对。说清每条记录给人数加 1。 【评价】用第16页排错：屏幕有数、平台没有，先查有没有按键，再查主题。若一个人重复确认，已收记录会多算。正式系统可加去重条件。代码为教材逻辑的教学片段，需配置网络、板卡和主题后使用。 把「回调」讲成消息一到就做一次的动作。用老师实际看到的格子检验程序做了什么。
六、
教学过程 教学内容 设计意图
巩固提升 教学仿真《体测记录员》 【教师】从课件第17页打开「开始挑战」。同桌一人点、一人说明，过一关换手。设备少时由教师投屏，学生报下一步并说理由。 【学生】第一关把探头放正上方，空场校准，让小林上站，比较弯腿与站直的预览，站直后用 H－d 算 152 cm。第二关先看待提交状态，选 height22，按 K1 发送，看到平台收到「1班,男,152」。第三关把五条消息拖入或点入对应格。 【教师】请做错的同学先读出提示，再指出要改哪一步。探头放偏就找测量方向，按错键就核对性别，主题错就检查收发地址，分错格就回看纸条上的前两项。 【评价】通关后切回第18页。核对 1班男2、女1，2班男1、女1，共5条。再给出「2班,女,150」，请学生指出哪格加1。追问读数从 152 变到 153 但无人按键时，老师端会不会变化，请用流程作证。 让错因看得见、能马上改。通关表和追问共同检查学生是否会测、会交、会数。
新课总结 回到小林的 152 cm 【教师】指回开头两张读数卡。请一组说该记哪一个，另一组用「站直、按键、进表」把后半段补完。 【学生】参考回答：“小林站直后是 152 cm。按 K1 后，主控板把 1 班、男、152 一起发到身高主题。老师端收到后，1 班男生那一格加1。” 【教师】把结果与手环联系起来。设备能采集，消息能传过去，收到的人就能看记录。课堂用虚拟数据，学校实际明细按任务提供给负责老师。 用开头的两问验收。能从一个读数一直说到老师端变化，就讲通了这一课。
作业布置 为身高记录仪或普通水杯加一个功能 【教师】二选一画流程。方案一给记录仪增加临时测量编号，同一编号再次提交先提示核对。方案二为普通水杯设计联网提醒，把按键确认的喝水时间同步到手机。体重、视力等也可作为不同体测模块。 【学生】画出采集、传输、判断和反馈，写清触发条件。示例「上次确认 10:00，10:30 仍无新记录，App 提醒一次」。下节课用自己的例子说出哪一步可以检验。 把本课「看清数据再行动」的方法迁移到一个身边问题。
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