第二十二课 健康生活新设备 教学设计 2024—-2025学年人教版（2024）初中信息科技八年级全一册

中小学教育资源及组卷应用平台
八年级信息技术义务教育版教学设计
课题 健康生活新设备 单元 第五单元 学科 信息技术 年级 八年级
学习目标 1.知晓物联网在健康生活中的多样应用，能举例说明常见设备及其功能。2.熟练完成身高记录仪系统的设计与实践，包括硬件搭建、软件编程、数据处理及物联网平台应用。3.掌握超声波传感器测身高原理，学会运用MQTT协议传输数据，能对数据进行可视化分析。
重点 1.物联网在健康生活的应用实例及身高记录仪系统功能分析。2.超声波传感器测身高及系统实现流程，包括数据采集到反馈控制。3.数据传输、存储与可视化分析方法，及MQTT协议和物联网平台应用。
难点 1.优化身高记录仪系统设计，确保稳定准确运行，适应不同场景。2.解决数据传输与存储的复杂问题，保障数据安全与完整。3.拓展系统功能，创新应用于健康生活，培养实际问题解决能力。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 展示物联网在健康生活中的应用场景图片或视频，如智能手环记录运动数据、智能家居设备监测睡眠质量等，提问学生对这些应用的了解和感受，引导学生思考物联网如何改变健康生活方式，从而引出本节课主题——探索物联网在健康生活中的更多应用及设计身高记录仪系统。 倾听老师讲解 激发学生的学习兴趣，让从问题中进行思考，从而引出本节课的学习内容
讲授新课 一、探索物联网在生活中的应用1.组织学生分组讨论生活中常见的物联网健康设备，如物联手环、物联体重秤等，让学生分享自己使用或了解的相关设备及其功能，如手环如何监测运动步数、心率等数据，体重秤如何与手机APP连接并记录体重变化趋势等。2.教师对学生讨论结果进行总结和补充，详细介绍各设备的工作原理和应用价值，如物联手环通过内置传感器采集人体运动和生理数据，再利用蓝牙或Wi-Fi等无线通信技术将数据传输到手机或云端进行分析和展示，帮助用户了解自身健康状况，鼓励用户养成健康的生活习惯；物联体重秤则通过压力传感器测量体重，并借助物联网技术实现数据的自动记录和同步，方便用户随时查看体重变化情况，同时一些智能体重秤还能根据用户数据提供健康建议，如饮食调整、运动计划等。通过这一环节，拓宽学生对物联网在健康生活中应用的认识，为后续身高记录仪系统的设计奠定基础。二、身高记录仪系统实践1.提出任务与确定主题教师提出设计身高记录仪的任务，引导学生思考如何利用物联网技术实现身高数据的自动采集、传输和处理。组织学生分组讨论，从测量方式（如采用何种传感器、如何放置传感器以确保测量准确等）和反馈方式（如数据如何展示给用户、如何将数据反馈给相关人员等）入手，确定本小组的探究核心问题，进而确定小组探究主题，如“基于超声波传感器的班级身高记录仪设计”。2.分析功能需求结合学生确定的主题，引导学生按照采集数据、传输与存储数据、分析处理数据、反馈与控制四个环节分析身高记录仪系统的功能需求。在采集数据环节，明确需要获取学生的性别和身高数据，思考如何利用超声波传感器实现身高数据的准确采集；在传输与存储数据环节，讨论如何将采集到的数据通过网络发送到物联网服务平台，并确保数据的安全存储；在分析处理数据环节，探讨如何在物联网服务平台上对数据进行统计和分析，如计算班级平均身高、身高达标率等；在反馈与控制环节，思考如何将统计结果以直观的方式反馈给负责老师，如在主控板显示屏上显示、通过手机APP推送通知等，以及是否需要根据设定的身高标准进行预警或提示，如当学生身高低于或高于正常范围时发出提醒。3.硬件搭建教师展示身高记录仪所需的硬件设备，包括超声波传感器、主控板、按键、显示屏等，并详细介绍各硬件的功能和使用方法。例如，讲解超声波传感器如何发射和接收声波以测量距离，主控板如何控制传感器工作并处理数据，按键如何用于触发测量和选择性别等操作，显示屏如何显示测量结果和提示信息。演示超声波传感器与主控板的连接方法，强调连接时的注意事项，如引脚连接的正确性、避免短路等问题。指导学生根据硬件连接示意图，分组进行硬件搭建，教师巡视各小组，及时帮助学生解决遇到的硬件连接问题，如引脚连接错误、设备接触不良等，确保每个小组都能正确完成硬件搭建。4.软件实现结合身高记录仪的功能需求和硬件设备，讲解程序设计的整体思路。以测量身高并显示为例，介绍如何通过编程控制超声波传感器发送和接收声波，计算声波传播时间从而得到身高数据，以及如何将身高数据和性别信息在显示屏上进行显示。详细演示关键代码的编写过程，如初始化传感器、读取按键状态、判断性别并根据不同情况发布数据到MQTT服务器等操作的代码实现，解释代码中各个函数和变量的含义，帮助学生理解程序逻辑。例如，使用Python语言编写代码时，导入相关库（如用于控制传感器的库、用于网络通信的MQTT库、用于控制显示屏的库等），设置传感器引脚和相关参数，编写循环结构不断读取传感器数据和按键状态，根据条件判断执行相应操作，如当按键按下时采集身高数据并发布到指定主题的MQTT服务器。学生根据教师讲解，使用编程工具编写程序代码，实现身高数据的采集、处理和传输功能。教师在学生编写过程中进行巡视，及时发现并纠正学生代码中的语法错误和逻辑问题，引导学生逐步完善程序功能，如优化传感器数据读取算法以提高测量准确性、添加异常处理代码以增强程序稳定性等。5.数据处理与反馈指导学生实现数据的传输与存储，讲解如何配置MQTT服务器参数（如服务器地址、端口号、用户名和密码等），设置主题（如根据班级或测量场景设置不同主题，方便数据分类管理），以及如何将采集到的数据通过MQTT协议准确发布到物联网服务平台。演示在物联网服务平台上查看和管理数据的方法，如登录平台后查看数据列表、根据时间或主题筛选数据、进行数据查询和导出等操作，让学生了解数据的存储位置和管理方式，确保学生能够将数据成功上传到平台并进行后续操作。引导学生利用物联网服务平台或其他工具（如电子表格、Python绘图库）对数据进行可视化分析。在物联网服务平台上，展示如何通过平台提供的图表工具或数据可视化功能，根据已上传的身高数据生成统计图表，如柱状图展示不同班级男女生身高分布情况、折线图呈现班级身高随时间的变化趋势等；同时介绍如果使用电子表格（如Excel）进行数据分析，如何导入数据、选择合适的图表类型进行绘制、添加数据标签和标题等操作，以及使用Python绘图库（如Matplotlib）时，如何准备横坐标（如学生序号或测量时间）和纵坐标（身高数据）数据，使用相应函数（如plt.plot()绘制折线图、plt.bar()绘制柱状图等）进行图表绘制，并设置图表标题、坐标轴标签、图例等属性，使图表更加清晰直观，帮助学生从数据中发现规律和趋势，如班级整体身高增长趋势、不同性别身高差异等，为进一步分析学生健康状况提供依据。展示反馈与控制功能的实现代码，如根据设定的身高标准阈值判断学生身高是否达标，若达标则在显示屏上显示正常提示信息，若不达标则显示相应警示信息，并可考虑通过声音或灯光等方式进行提醒；同时讲解如何在接收端（如老师使用的设备）编写代码订阅MQTT主题，接收身高数据和统计结果，并在显示屏上进行展示或进行进一步处理（如记录到数据库、生成报表等）。引导学生理解如何通过程序实现对身高数据的智能反馈和控制，以满足实际应用需求，如辅助老师快速了解班级学生身高情况，及时发现潜在健康问题等。学生根据教师指导，进一步完善程序，实现数据的可视化分析和反馈控制功能，教师对学生的完成情况进行检查和测试，确保系统能够稳定运行，数据处理和反馈控制功能正常。 通过学习，探索物联网在文物保护中的应用等相关知识内容 通过几个学习活动让学习开始掌握本节课的重点及难点
课堂练习 组织学生小组讨论在实践过程中遇到的问题，如超声波传感器测量误差较大、数据传输不稳定、程序运行出现卡顿或错误等，鼓励学生分享自己在硬件调试、软件编程和系统集成过程中的经验和解决方法。引导学生思考身高记录仪系统的改进方向，如增加更多功能、优化用户体验、提高系统性，激发学生的创新思维，培养学生的批判性思考能力。每个小组推选一名代表进行发言，分享小组讨论的成果，包括遇到的问题、解决方法和改进建议，其他小组可以进行提问和补充，促进学生之间的交流与合作，共同提高。 学生之间进行相互讨论 进一步导引学生思考在实践过程中遇到的相关问题知识
课堂小结 与学生一起回顾本节课的重点内容，包括物联网在健康生活中的应用实例、身高记录仪系统的功能需求分析（采集、传输、存储、分析处理、反馈与控制）、超声波传感器测量身高的原理和实现方法、利用MQTT协议实现数据传输以及数据可视化分析的方法和意义等。强调物联网技术在健康生活中的重要作用，以及通过实践项目学生所掌握的系统设计与开发能力，帮助学生梳理知识脉络，加深对所学内容的理解和记忆。 引导学生总结自己本节课的学习收获 对本节课的学习进行总结
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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