3.3管理班级设备用网关——物联网传输设备 教学设计--2024-2025学年八年级上册《信息科技》（安徽版2024）

3.3 管理班级设备用网关—— 物联网传输设备
教学设计
一、学习内容
本项目继续关注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。其中有些设备已经连网，有些需要添加一些物联网控制设备，而这些设备品牌不一样、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、学习基础
通过前面两节的学习，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、智能空调、智能门锁等设备，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，这些问题并不清楚。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，了解他们的功能，并希望能够使用他们来进行有意思的创造。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、问题梳理
1．素养问题
（1）什么是物联网网关？
（2）物联网网关的作用有哪些？
（3）物联网网关与互联网路由器有什么区别？
2．项目问题
（1）如何选择物联网网关？
（2）传统的电器设备如何连接到物联网？
（3）如何配置物联网网关实现对设备的统一管理？
四、学习目标与重难点
1．学习目标
（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、智慧大屏设备开关等进行管理。
2．学习重点和难点
（1）学习重点
选择合适的智能设备和网关改造班级，将班级传统设备联网统一管理。
（2）学习难点
理解物联网网关在统一管理班级设备中的作用。
五、学习策略
以发现问题、分析问题、选择设备、实施改造、解决问题为主线，设计项目流程，让学生理解和掌握使用物联网网关和控制设备改造班级和其他场景，提升他们的动手实践能力和问题解决能力。
、六、环境与资源
本项目的教学活动，教师准备如下实验器材，跟学生一起搭建简易的物联网系统，实现用物联网网关和智能设备，将普通电器联网管理。
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
物联网插座 1个 用于改造传统电器设备，使其能够连接到物联网
传感器 N个 根据需要选择，如温湿度传感器、门窗传感器等
七、学习评价
本项目重点是选择合适的智能设备和网关改造班级，将班级传统设备联网统一管理。通过过程性评价与总结性评价两个方面对学习情况进行评价。
评价维度 评价指标 评价结果
过程性评价 知道本项目中物联网控制设备采用的通信技术。 ☆☆☆☆☆
能够根据项目需要，选择合适物联网设备。 ☆☆☆☆☆
总结性评价 知道物联网网关的作用。 ☆☆☆☆☆
能够使用物联网网关和控制设备，改造生活中任一场景，并画出结构图。 ☆☆☆☆☆
八、学习过程
环节 学生活动 教师活动
项目准备 1．情境引入，发现问题 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：班级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智慧大屏的情况，造成资源浪费，产生安全隐患等问题。班级还有哪些设备管理存在问题？ 2．提出班级设备管理的设想 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。我们的班级电器能不能连上物联网统一管理呢？ 小组合作1：收集目前班级设备管理存在的问题，提出智慧管理设想。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空调电脑 电灯 电扇 ...□空调过度使用，不能分班级计费 □电脑大屏忘记关，耗电、易坏 □白天有时开灯，造成浪费 □电扇不能合理调节风速 □空调自动记录用电量 □远程查看班级大屏是否未关 □根据光照强度，自动开关灯 □根据温度，自动调节风速
3．确定班级设备管理系统组成 班级电器设备比较多，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，智能插座、智能开关应运而生。 活动1：了解物联网控制设备的通信技术 小组合作2：四人一组完成下面的表格，两人负责查看智能设备基本信息，两人负责填表，最后讨论这些设备能否直接连接路由器。 （1）查看班级路由器品牌、型号等信息，确定路由器采用的传输技术。 （2）查看教师提供的智能设备的品牌、型号、产品介绍，重点了解其基本功能和采用的通信技术。 （3）思考这些设备能否直接连接路由器？ 设备名称设备通信技术能否直接 连接路由器路由器Wi-Fi、有线智能插座Wi-Fi能智能开关ZigBee不能温湿度计蓝牙不能门窗传感器蓝牙不能
活动2：绘制班级物联网结构图 思考：使用非Wi-Fi通信技术的设备不能直连路由器，怎么解决联网需求呢？有没有一种智能设备可以将这些采用不同通信技术的设备连接起来统一管理，再由该智能设备与路由器进行通信？ 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，在物联网和互联网之间建立桥梁，将不同类型的通信技术的设备连接起来，使其能够连接到服务器。 得出结论：有了物联网网关就解决了物联网控制设备联网的问题。大家尝试画出班级电器通过智能设备改造的设备连接结构图。 1. 创设情境，发现问题。 从学生熟悉的班级为场景，引导学生发现班级设备管理存在的问题。 2. 提出班级设备管理的设想 引导学生结合前面所学物联网知识，思考班级电器能否联网管理。小组为单位，收集班级设备存在的问题，针对这些问题提出智慧管理设想。 3. 确定班级设备管理系统组成 传统电器无法直接连到物联网，需要加装物联网控制设备。 （1）组织学生小组合作，查看教师提供的智能设备产品介绍，了解其工作原理和采用的通信技术，并将结果记录在表格中。 （2）要想连接不同通信技术的设备，光靠路由器实现不了，需要增加网关。 （3）播放微视频，让学生了解物联网网关的作用。 通过加装物联网控制设备和物联网网关，可以将班级设备改造成物联网系统，请同学们画出班级设备物联网管理结构图。 如果学生画结构图有困难，教师可以画出班级电器和路由器部分，让学生填中间的物联网网关和控制设备 教师板书该结构图。
项目实施 1．选择搭建系统设备器材 根据前面的规划和设计，确定班级设备改造的方案，现在需要选购合适的物联网网关和物联网控制设备。 小组合作3：打开学生平板查看学习任务里面的物联网网关功能介绍，将三款物联网网关的基本数据填入表格中，小组讨论选择哪款网关并汇报。 物联网网关参数对比表 网关名称支持的协议连接设备数价格小米中枢网关蓝牙 、Wi-Fi300个318小米多模网关蓝牙 、Wi-Fi、ZigBee100个194小米小爱音箱 蓝牙 、Wi-Fi100个268
小组汇报：通过调查，本小组最终确定选择 网关设备，其支持的通信技术有 ，最多可以连接 个设备。 要更换的智能控制设备有 。选择这款网关的理由是 。 2．搭建班级设备管理系统 教师提前准备器材：小米小爱音箱（蓝牙网关）、智能插座（Wi-Fi模块）、彩灯、门窗传感器（蓝牙模块）。 跟着教师一起搭建管理系统：教师手机上提前安装好网关APP，并连接班级无线路由器。智能插座采用WiFi通信技术，直接连接班级路由器，将彩灯插在智能插座上。门窗传感器采用蓝牙通信技术跟小爱音箱连接，通过米家APP控制这些智能设备。 注意：物联网网关和控制设备品牌的选择很重要，要选择能够接入网关的控制设备，同一品牌的智能设备就不会有这种顾虑。 3．统一管理班级智能设备 （1）看教师演示：（手机投屏）在教师手机米家APP上，可以查看智能设备的状态，如插座的开关情况、门窗传感器的状态；可以手动控制智能插座的开关，实现远程开关灯；也可以用语言控制智能插座的开关。 （2）学生语音控制：教师邀请一位学生发出语音指令控制智能插座的开关，其他学生观察插座上彩灯的亮灭情况。通过将教师手机投屏，学生在大屏幕上观察教师手机网关APP上智能设备的运行状态。 （3）思考：利用现有的智能插座和门窗传感器（可以检测到周围环境的明暗），如何实现天黑自动开灯？ 1. 选择物联网网关 班级设备物联网改造方案已规划好，需要选购合适的物联网网关和物联网控制设备。 小组合作：查看三款物联网网关产品介绍，将参数填入表格，小组讨论汇报最终选择的网关，并说出理由。 2. 搭建班级设备管理系统 （1）教师拿出准备的器材，介绍使用蓝牙网关（小爱音箱）连接智能插座和门窗传感器的方法。 （2）提出问题：今天使用的智能设备都是小米品牌，教师为什么没有选择更便宜的其他品牌？ 3. 统一管理智能设备 教师演示网关控制智能插座等设备的开关，还可以语言控制，使学生感受网关的神奇之处。 抛出问题： 利用现有的智能开关和门窗传感器，如何实现天黑自动开灯？ 教师引导学生思考，从门窗传感器能检测光线的明暗，设置门窗传感器和智能插座的联动控制。
总结拓展 1．总结：物联网网关的作用 物联网网关在物联网和互联网之间建立桥梁，将使用不同类型通信技术的设备连接起来，可以轻松实现智能设备间的联动与控制。 物联网网关的作用有：协议转换、广泛接入、设备管理、数据处理等。 2．拓展：应用物联网传输设备打造智能生活 根据用物联网网关统一管理班级智能设备的思路，各小组从音乐教室、会议室、卧室3个场景中任选一个，为其添置物联网控制设备和物联网网关，将其改造，打造智能生活，并画出物联网管理结构图。 1. 组织学生回顾本节课所学，谈谈自己的感受，总结物联网网关的作用。 2. 提升：运用本节课所学知识和思想，要求各小组从3个场景中选择一个场景，利用物联网网关和控制设备将其改造，并画出物联网管理结构图。
九、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。
评价维度 评价指标 评价结果
过程性评价 知道本项目中物联网控制设备采用的通信技术。 ☆☆☆☆☆
能够根据项目需要，选择合适物联网设备。 ☆☆☆☆☆
总结性评价 知道物联网网关的作用。 ☆☆☆☆☆
能够使用物联网网关和控制设备，改造生活中任一场景，并画出结构图。 ☆☆☆☆☆
十、学习反思
在这次学习活动中，老师进行了一些简化处理，通过外接智能插座，利用物联网网关对彩灯进行控制，可以实现一部分统一管理的功能。我们都对智能设备特别感兴趣，特别是小爱同学这个智能网关，可以控制智能插座和门窗传感器，还可以语音跟它交流，这些智能设备就像打开了我们思维的大门一样，让我们脑袋里冒出了很多创意。通过本活动的学习，我们理解了物联网网关的功能，还有怎么通过网关等智能设备去改造传统电器的思路和方法。
不过有点可惜的是，由于硬件方面的限制，没办法让每个同学都亲自体验改造的动手实践环节。这多少有点影响我们的参与度和积极性。