【核心素养目标】主题一 任务二《物联数据需采集》教案-【桂科版2025】《信息科技》八下
文档属性
| 名称 | 【核心素养目标】主题一 任务二《物联数据需采集》教案-【桂科版2025】《信息科技》八下 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 441.3KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 桂科版 | ||
| 科目 | 信息技术（信息科技） | ||
| 更新时间 | 2025-03-04 14:15:49 | ||
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文档简介
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第1.2课《物联数据需采集》教学设计
课题 物联数据需采集 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：对比不同API天气数据差异，学会评估数据可靠性；理解传感器与网络数据在农业决策中的互补作用。计算思维：掌握API参数配置与数据解析方法，能将物联网任务拆解为硬件连接、编程传输等步骤；针对重复数据设计变化触发上传逻辑。数字化学习与创新：用mPython实现传感器数据上传与可视化，结合天气API与实时数据设计豆角生长异常预警策略。信息社会责任：遵守API密钥使用规范，讨论物联网技术对隐私与能源的影响，形成技术应用的伦理思考。
教学重点 学会通过天气API和传感器获取数据，并融合两者优势（如用预报提前规划、用实时监测调整灌溉）实现科学种植。
教学难点 理解如何设置数据变化阈值（如温度>1℃才上传）以及动态调整检测频率的逻辑（如湿度突增时自动加密监测）。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第1.2课 物联数据需采集在明确了简易蔬菜灌溉物联系统的实施方案后，壮壮正式着手系统搭建的第一步——数据采集。想一想：我查了三个天气API，为什么结果不一样？这就需要我们进行数据可信度验证！就像法官需要多个证人证词相互印证，我们可以通过计算三个API数据的平均值，并对比本地传感器读数来确认最终值。 思考：API在物联网系统中扮演着什么角色？API就像一座桥梁，连接着不同的软件或系统，使得它们可以相互通信和共享数据。例如，通过API，我们可以轻松获取天气数据并应用于物联网系统中。如果把物联网系统比作人体，API就是传递信息的外界感官，传感器则是感知环境的神经末梢。当天气预报数据与土壤湿度监测值产生矛盾时，就像视觉和触觉传递了不同信号。如何在不浪费存储空间的前提下，监测并上传环境数据？可以用设定变化阈值、调整检测频率等技巧。播放视频《智慧田园专业呵护》 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解为什么数据会不一致。通过问题导入引发学生思考。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、讨论天气对于蔬菜灌溉有直接的影响，你平时是如何获取天气数据的？和小伙伴分享你的方法，并讨论一下这些方法有什么优缺点。我通常用三种方法获取天气数据：①手机天气预报APP，方便但偶尔不准；②学校气象站的温湿度计，数据准确但只能查当天；③观察蚂蚁搬家、晚霞颜色这些自然现象，有趣但容易误判。现在我们小组会同时用APP和学校仪器，再配合看云层厚薄，班主任还让我们用表格记录预测和实际的误差，这样浇菜就不容易出错了~二、小贴士API（ Application Programming Interface ）是应用程序编程接口的简称。它就像一个桥梁，连接着不同的软件或系统，使得它们可以相互通信和共享数据。以获取天气数据为例天气数据提供方会提供一个API，其他应用或网站就可以通过这个API来获取天气数据。三、探究上网查阅相关资料，选择一个互联网公共数据监测网站，尝试调用 API以获取相关数据。高德开放平台（天气/地理数据）：https://lbs./心知天气（气象数据，建议使用）：https://www./和风天气（实时天气API）：https://dev./中国气象数据网（官方气象资料）：http://data./ ( http: / / data. / )2、结合所获密钥修改参数，向 API发送请求。参数说明如图 1-2-1 所示，其中“key”后紧接免费 API 密钥。如果要获取的天气地点为柳州，则“location=liuzhou”；“language=zh-Hans”表示返回中文数据；“unit=c”表示温度单位是摄氏度。3、平台收到请求后响应，返回数据结果如图1-2-2所示，进一步解析后得到图1-2-3所示天气数据。四、马上行动请你尝试用多个不同的 API获取同一地点、同一日期的天气数据，并将获取到的数据填入表 1-2-1 中，从数据准确性、平台操作便捷性等方面进行对比，看看哪一个 API的实用性最高。五、思考结合其他物联网案例，试总结物联系统的数据来源有哪些。传感器数据：通过温度、湿度等传感器实时采集环境信息。用户输入数据：用户通过手机APP或智能面板手动设置参数。网络数据：从天气预报、地图等外部API获取实时信息。设备状态数据：记录智能家电的运行状态和能耗情况。环境数据：通过摄像头、麦克风等设备捕捉周围环境信息。六、讨论小组成员分工合作，围绕影响豆角生长的环境因素进行资料收集并讨论，将表1-2-2补充完整。七、做中学配置物联网服务平台，读取传感器数据。1.创建项目。（1）如图1-2-4所示，点击上方“项目管理”，进入项目管理界面。点击“添加项目输入项目名称后点击“确定”。（2）项目添加完成后，平台会默认创建一个主题，可根据实际需要添加主题。点击“查看”可进入主题管理页面，如图 1-2-5 所示。2.添加设备（1）在项目管理界面点击“查看”进入设备管理页面，点击“添加设备”，输入设备名称后点击“确定”，如图 1-2-6 所示。（2）设备添加完成后，平台会自动生成一组对应的参数，包括clientid和User/Password，如图1-2-7所示。3.连接设备，编写程序。（1）硬件清单：主控板 x1、温湿度传感器 x1、土壤湿度传感器 x1、4Pin 线 x2、Type-℃ 数据线 x1、带有热点功能的计算机 x1。（2）连接设备。用 4Pin 线将主控板和温湿度传感器、土壤湿度传感器连接起来，并通过 Type-C 数据线接入计算机，效果如图 1-2-8 所示。（3）打开 mPython 软件，点击“添加”，选择“网络应用”，找到“MQTT 物联网”，点击“加载”，如图 1-2-9 所示。（4）点击“传感器”分别添加温湿度传感器、土壤湿度传感器（其中光线传感器为主控板上的板载传感器，不需要额外添加），如图 1-2-10 所示。（5）连接Wi-Fi，将相应的 Wi-Fi信息和图1-2-7的参数信息在程序中补充完整。编写其他代码，把传感器采集的数据上传至物联网服务平台并输出显示。完整代码如图1-2-11所示。（6）最终数据在主控板上的显示效果如图 1-2-12 所示。八、案例分析壮壮所在的科技小组通过互联网上的 API 成功获取了豆角种植区域的天气数据，包括未来一周的气温变化范围、隆水概率等信息，同时利用在种植区中布置的传感器获取了实时的光照强度数据、温湿度数据以及土壤湿度数据。请回答：1.当从互联网获得的数据和从传感器获得的数据对决策的影响有所冲突时，可能是出现了什么问题？应该如何处理？可能问题：① 传感器被晒坏测不准；② 天气预报没及时更新；③ 传感器被泥土糊住了。解决办法：① 多装几个同位置传感器对比；② 下雨前看蚂蚁搬家等老方法辅助；③ 每月清理传感器并检查。2.不同来源的数据该如何配合使用，才能最大程度发挥出其对决策的支持作用？试以案例里两种来源的数据为例，说一说如何实现数据融合并给出种植优化建议。1、数据融合示例天气预报API：预测未来3天有70%降雨概率，但土壤湿度传感器显示当前表层湿度仅30%（偏干）。决策矛盾：按预报应减少灌溉，但传感器显示急需补水。2、解决方案短期应对：用滴灌方式少量补水（仅湿润根部区域），避免大雨后土壤过湿导致烂根。长期调整：在天气预报APP中设置“降雨概率>50%时”，将自动灌溉触发湿度值从40%下调至35%。3、优化建议高温+强光联动：当API预报气温>33℃且光照传感器显示持续强光（>8000Lux）时，自动展开遮阳网。异常处理：若土壤湿度传感器连续2小时显示>75%，即使无降雨预报也启动排水系统。九、任务拓展温度、土壤湿度等环境数据的变化往往不会太快，我们在采集环境数据的过程中很容易出现重复数据量大、存储空间浪费的情况。如何实现监测到环境发生变化时才更新上传新的数据呢？设定变化阈值：只在温度变化超过1℃或土壤湿度变化超过5%时上传新数据，比如当前温度25℃→26℃才记录，连续25℃不重复存。灵活调整检测频率：平时每2小时测一次，一旦发现数据开始变化（如半小时内湿度上升3%），改成每10分钟测一次。云端自动忽略重复值：如果连续3次测到的数据完全一样（如土壤湿度一直60%），云端只保留第一条，后面自动跳过。实际效果：夜间温度稳定时，数据量减少80%；突然降温/暴雨时立刻记录变化。拓展延伸智能家居中的物联网应用环境自动调节系统：温湿度、空气质量传感器实时监测，联动空调/新风设备自动调整参数，维持恒温恒湿空气清新。智能安防联动机制：门窗磁传感器触发摄像头抓拍，结合红外人体感应器，异常入侵时自动报警并推送实时画面至用户手机。远程家电交互控制：通过Wi-Fi/蓝牙连接家电，手机APP远程预热烤箱、预约洗衣机工作，打破时间与空间限制。能源消耗智能优化：智能电表分析高耗能设备，自动关闭待机电器或切换节能模式，生成月度用电报告辅助决策。健康生活场景适配：睡眠监测带联动智能灯光，根据深睡/浅睡阶段动态调节光线色温与亮度，改善睡眠质量。全屋场景模式协同：语音指令（如“离家模式”）一键关闭灯光、启动扫地机器人、布防安防系统，实现多设备协同响应。 讨论天气对于蔬菜灌溉有直接的影响。查一查API的应用场景。尝试使用API获取数据。使用不同平台获取数据，对比差异。思考不同的数据源有什么特点。小组协作完成表格。尝试配置物联网项目。根据案例回答问题。完成拓展任务。了解智能家居中的物联网应用。 引导学生讨论问题，引入课程内容。帮助学生了解技术细节。培养学生的动手能力。提升学生的对比分析能力。帮助学生了解物联网的不同数据获取方式。提升学生的数据收集与协作能力。培养学生的动手能力。帮助学生巩固所学知识。巩固本课内容，提高动手能力。拓展学生的知识点。
课堂小结 物联数据需采集1.掌握简易蔬菜灌溉物联系统2.完成物联网平台配置3.学习传感器的基本使用4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 根据本课内容，完成物联网平台配置。学完本节课，掌握传感器的基本使用。完成PPT40-41的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第1.2课《物联数据需采集》教学设计
课题 物联数据需采集 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：对比不同API天气数据差异，学会评估数据可靠性；理解传感器与网络数据在农业决策中的互补作用。计算思维：掌握API参数配置与数据解析方法，能将物联网任务拆解为硬件连接、编程传输等步骤；针对重复数据设计变化触发上传逻辑。数字化学习与创新：用mPython实现传感器数据上传与可视化，结合天气API与实时数据设计豆角生长异常预警策略。信息社会责任：遵守API密钥使用规范，讨论物联网技术对隐私与能源的影响，形成技术应用的伦理思考。
教学重点 学会通过天气API和传感器获取数据，并融合两者优势（如用预报提前规划、用实时监测调整灌溉）实现科学种植。
教学难点 理解如何设置数据变化阈值（如温度>1℃才上传）以及动态调整检测频率的逻辑（如湿度突增时自动加密监测）。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第1.2课 物联数据需采集在明确了简易蔬菜灌溉物联系统的实施方案后，壮壮正式着手系统搭建的第一步——数据采集。想一想：我查了三个天气API，为什么结果不一样？这就需要我们进行数据可信度验证！就像法官需要多个证人证词相互印证，我们可以通过计算三个API数据的平均值，并对比本地传感器读数来确认最终值。 思考：API在物联网系统中扮演着什么角色？API就像一座桥梁，连接着不同的软件或系统，使得它们可以相互通信和共享数据。例如，通过API，我们可以轻松获取天气数据并应用于物联网系统中。如果把物联网系统比作人体，API就是传递信息的外界感官，传感器则是感知环境的神经末梢。当天气预报数据与土壤湿度监测值产生矛盾时，就像视觉和触觉传递了不同信号。如何在不浪费存储空间的前提下，监测并上传环境数据？可以用设定变化阈值、调整检测频率等技巧。播放视频《智慧田园专业呵护》 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解为什么数据会不一致。通过问题导入引发学生思考。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、讨论天气对于蔬菜灌溉有直接的影响，你平时是如何获取天气数据的？和小伙伴分享你的方法，并讨论一下这些方法有什么优缺点。我通常用三种方法获取天气数据：①手机天气预报APP，方便但偶尔不准；②学校气象站的温湿度计，数据准确但只能查当天；③观察蚂蚁搬家、晚霞颜色这些自然现象，有趣但容易误判。现在我们小组会同时用APP和学校仪器，再配合看云层厚薄，班主任还让我们用表格记录预测和实际的误差，这样浇菜就不容易出错了~二、小贴士API（ Application Programming Interface ）是应用程序编程接口的简称。它就像一个桥梁，连接着不同的软件或系统，使得它们可以相互通信和共享数据。以获取天气数据为例天气数据提供方会提供一个API，其他应用或网站就可以通过这个API来获取天气数据。三、探究上网查阅相关资料，选择一个互联网公共数据监测网站，尝试调用 API以获取相关数据。高德开放平台（天气/地理数据）：https://lbs./心知天气（气象数据，建议使用）：https://www./和风天气（实时天气API）：https://dev./中国气象数据网（官方气象资料）：http://data./ ( http: / / data. / )2、结合所获密钥修改参数，向 API发送请求。参数说明如图 1-2-1 所示，其中“key”后紧接免费 API 密钥。如果要获取的天气地点为柳州，则“location=liuzhou”；“language=zh-Hans”表示返回中文数据；“unit=c”表示温度单位是摄氏度。3、平台收到请求后响应，返回数据结果如图1-2-2所示，进一步解析后得到图1-2-3所示天气数据。四、马上行动请你尝试用多个不同的 API获取同一地点、同一日期的天气数据，并将获取到的数据填入表 1-2-1 中，从数据准确性、平台操作便捷性等方面进行对比，看看哪一个 API的实用性最高。五、思考结合其他物联网案例，试总结物联系统的数据来源有哪些。传感器数据：通过温度、湿度等传感器实时采集环境信息。用户输入数据：用户通过手机APP或智能面板手动设置参数。网络数据：从天气预报、地图等外部API获取实时信息。设备状态数据：记录智能家电的运行状态和能耗情况。环境数据：通过摄像头、麦克风等设备捕捉周围环境信息。六、讨论小组成员分工合作，围绕影响豆角生长的环境因素进行资料收集并讨论，将表1-2-2补充完整。七、做中学配置物联网服务平台，读取传感器数据。1.创建项目。（1）如图1-2-4所示，点击上方“项目管理”，进入项目管理界面。点击“添加项目输入项目名称后点击“确定”。（2）项目添加完成后，平台会默认创建一个主题，可根据实际需要添加主题。点击“查看”可进入主题管理页面，如图 1-2-5 所示。2.添加设备（1）在项目管理界面点击“查看”进入设备管理页面，点击“添加设备”，输入设备名称后点击“确定”，如图 1-2-6 所示。（2）设备添加完成后，平台会自动生成一组对应的参数，包括clientid和User/Password，如图1-2-7所示。3.连接设备，编写程序。（1）硬件清单：主控板 x1、温湿度传感器 x1、土壤湿度传感器 x1、4Pin 线 x2、Type-℃ 数据线 x1、带有热点功能的计算机 x1。（2）连接设备。用 4Pin 线将主控板和温湿度传感器、土壤湿度传感器连接起来，并通过 Type-C 数据线接入计算机，效果如图 1-2-8 所示。（3）打开 mPython 软件，点击“添加”，选择“网络应用”，找到“MQTT 物联网”，点击“加载”，如图 1-2-9 所示。（4）点击“传感器”分别添加温湿度传感器、土壤湿度传感器（其中光线传感器为主控板上的板载传感器，不需要额外添加），如图 1-2-10 所示。（5）连接Wi-Fi，将相应的 Wi-Fi信息和图1-2-7的参数信息在程序中补充完整。编写其他代码，把传感器采集的数据上传至物联网服务平台并输出显示。完整代码如图1-2-11所示。（6）最终数据在主控板上的显示效果如图 1-2-12 所示。八、案例分析壮壮所在的科技小组通过互联网上的 API 成功获取了豆角种植区域的天气数据，包括未来一周的气温变化范围、隆水概率等信息，同时利用在种植区中布置的传感器获取了实时的光照强度数据、温湿度数据以及土壤湿度数据。请回答：1.当从互联网获得的数据和从传感器获得的数据对决策的影响有所冲突时，可能是出现了什么问题？应该如何处理？可能问题：① 传感器被晒坏测不准；② 天气预报没及时更新；③ 传感器被泥土糊住了。解决办法：① 多装几个同位置传感器对比；② 下雨前看蚂蚁搬家等老方法辅助；③ 每月清理传感器并检查。2.不同来源的数据该如何配合使用，才能最大程度发挥出其对决策的支持作用？试以案例里两种来源的数据为例，说一说如何实现数据融合并给出种植优化建议。1、数据融合示例天气预报API：预测未来3天有70%降雨概率，但土壤湿度传感器显示当前表层湿度仅30%（偏干）。决策矛盾：按预报应减少灌溉，但传感器显示急需补水。2、解决方案短期应对：用滴灌方式少量补水（仅湿润根部区域），避免大雨后土壤过湿导致烂根。长期调整：在天气预报APP中设置“降雨概率>50%时”，将自动灌溉触发湿度值从40%下调至35%。3、优化建议高温+强光联动：当API预报气温>33℃且光照传感器显示持续强光（>8000Lux）时，自动展开遮阳网。异常处理：若土壤湿度传感器连续2小时显示>75%，即使无降雨预报也启动排水系统。九、任务拓展温度、土壤湿度等环境数据的变化往往不会太快，我们在采集环境数据的过程中很容易出现重复数据量大、存储空间浪费的情况。如何实现监测到环境发生变化时才更新上传新的数据呢？设定变化阈值：只在温度变化超过1℃或土壤湿度变化超过5%时上传新数据，比如当前温度25℃→26℃才记录，连续25℃不重复存。灵活调整检测频率：平时每2小时测一次，一旦发现数据开始变化（如半小时内湿度上升3%），改成每10分钟测一次。云端自动忽略重复值：如果连续3次测到的数据完全一样（如土壤湿度一直60%），云端只保留第一条，后面自动跳过。实际效果：夜间温度稳定时，数据量减少80%；突然降温/暴雨时立刻记录变化。拓展延伸智能家居中的物联网应用环境自动调节系统：温湿度、空气质量传感器实时监测，联动空调/新风设备自动调整参数，维持恒温恒湿空气清新。智能安防联动机制：门窗磁传感器触发摄像头抓拍，结合红外人体感应器，异常入侵时自动报警并推送实时画面至用户手机。远程家电交互控制：通过Wi-Fi/蓝牙连接家电，手机APP远程预热烤箱、预约洗衣机工作，打破时间与空间限制。能源消耗智能优化：智能电表分析高耗能设备，自动关闭待机电器或切换节能模式，生成月度用电报告辅助决策。健康生活场景适配：睡眠监测带联动智能灯光，根据深睡/浅睡阶段动态调节光线色温与亮度，改善睡眠质量。全屋场景模式协同：语音指令（如“离家模式”）一键关闭灯光、启动扫地机器人、布防安防系统，实现多设备协同响应。 讨论天气对于蔬菜灌溉有直接的影响。查一查API的应用场景。尝试使用API获取数据。使用不同平台获取数据，对比差异。思考不同的数据源有什么特点。小组协作完成表格。尝试配置物联网项目。根据案例回答问题。完成拓展任务。了解智能家居中的物联网应用。 引导学生讨论问题，引入课程内容。帮助学生了解技术细节。培养学生的动手能力。提升学生的对比分析能力。帮助学生了解物联网的不同数据获取方式。提升学生的数据收集与协作能力。培养学生的动手能力。帮助学生巩固所学知识。巩固本课内容，提高动手能力。拓展学生的知识点。
课堂小结 物联数据需采集1.掌握简易蔬菜灌溉物联系统2.完成物联网平台配置3.学习传感器的基本使用4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 根据本课内容，完成物联网平台配置。学完本节课，掌握传感器的基本使用。完成PPT40-41的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
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