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第三单元 第14节
物联系统原型的程序编写
（浙教版）七年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
能够认识物联系统在校园农场中的应用价值，理解程序稳定性与数据安全对系统可靠运行的重要性，提升技术应用的责任意识。
能够探索用开源硬件与代码实现子系统功能，通过 MQTT 协议汇集数据，创新实践验证与成果展示的形式。
能够学会将复杂物联系统拆解为独立子系统，设计条件判断等核心程序逻辑，提升问题拆解与系统优化的效率。
能够了解物联系统原型搭建的完整流程，感知子系统协同与 MQTT 协议在数据传输中的作用，理解程序编写对系统控制的核心价值。
03
新知讲解
第十四节：物联系统原型的程序编写
学习目标
了解物联系统原型搭建的基本流程;通过物联系统原型的程序编写，在程序的设计和调试运行过程中，进一步体验物联系统原型实现控制的过程。
03
新知讲解
第十四节：物联系统原型的程序编写
03
新知讲解
了解物联系统原型搭建的基本流程;通过物联系统原型的程序编写，在程序的设计和调试运行过程中，进一步体验物联系统原型实现控制的过程。
03
新知讲解
"校园农场"物联系统是一个大问题，在软件开发的过程中可以将这一大问题以子系统为单位分解成若干个小问题，逐一解决后再综合测试。在搭建好物联系统原型的硬件设备、验证了各子系统原型的功能后，接下来是进行软件开发。
03
新知讲解
一、"校园农场"物联系统原型
"校园农场"物联系统原型包含"自动浇灌""智能光照""自动通风""智能水位控制"四个物联子系统原型，这四个子系统原型既相互独立，又两两依赖于一个控制板，共同构成了"校园农场"物联系统原型(如图14-1)。
03
新知讲解
日积月累
物联系统(原型)的搭建通常需经历需求分析、方案设计、硬件搭建、软件开发、原型测试和原型验证等过程。
物联系统原型搭建，先开展需求分析明确目标与场景，再进行方案设计规划整体架构，依次完成硬件搭建、软件开发，随后开展原型测试排查问题，最终通过原型验证，确认系统符合设计需求。
03
新知讲解
亲身体验
检查并验证"校园农场"中的四个物联子系统原型的硬件搭建。
检查验证四个物联子系统硬件，需逐一核查传感器、控制器、执行器接线是否规范牢固，检测供电是否稳定，校验模块通讯连接状态，记录硬件故障与接线偏差，及时整改调试，确保硬件装配符合搭建方案要求。
03
新知讲解
二、物联系统原型的程序编写
完成了"校园农场"物联系统原型的硬件搭建并简单调试后，便可以着手编写程序。其中，控制板1连接了"自动浇灌"和"智能光照"两个物联子系统，能实现自动浇水和自动补光功能，具体实现过程如图14-2所示;
03
新知讲解
控制板2连接了"自动通风"和"智能水位控制"两个物联子系统，能实现自动通风和水位控制功能，具体实现过程如图14-3所示。
03
新知讲解
亲身体验
自主选择"校园农场"物联系统原型中的任一子系统原型，完成相应的程序编写。
选择校园农场智能灌溉子系统编写程序，先定义土壤湿度阈值，通过代码读取传感器采集的湿度数据，编写条件判断逻辑：湿度低于阈值启动水泵浇灌，高于阈值停止水泵，调试代码后上传至控制器，验证程序执行的精准性。
03
新知讲解
开动脑筋
"校园农场"物联系统原型应用了2块控制板达成原型的设计和制作。这两块控制板之间有什么关联。
校园农场物联系统的两块控制板通过 MQTT 通信协议互联，一块侧重采集传感器数据（如土壤湿度、环境温湿度），另一块接收数据并驱动执行器（如水泵、风机），数据互通、指令互传，实现子系统协同控制，保障整体功能联动运行。
03
新知讲解
"校园农场"物联系统原型体现了物联系统的控制机制，各物联子系统原型中的传感器所获取的相应物理量数据一方面将与所设定的阔值对照，程序根据预设执行相应的反馈;同时，传感器获取的数据将通过MQTT协议，将数据上传至云端服务器，实现数据的汇集和呈现，并为物联系统调值的设置和程序功能的进一步完善提供数据支撑，如"智能水位控制"物联子系统MQTT消息发布过程如图14-4所示，程序实现如图14-5所示。
03
新知讲解
亲身体验
根据"校园农场"物联系统原型的需求设计，利用MQTT协议汇集和呈现数据，小组讨论并交流这些数据的价值和意义。
通过 MQTT 协议汇集的校园农场温湿度、土壤湿度、设备启停等数据，可分析植物生长环境规律，优化灌溉、通风等管控策略，提升水资源与能源利用率。小组交流能挖掘数据背后的生长需求，为系统优化和功能迭代提供依据。
03
新知讲解
开动脑筋
立足"校园农场"，你还想设计怎样的物联子系统原型
我想设计智能光照补光物联子系统原型，搭配光照传感器、LED 补光灯与控制板，借助 MQTT 协议上传实时光照数据，当光照强度低于植物适配阈值时自动开启补光，满足光合需求，完善校园农场的环境智能调控能力。
03
新知讲解
随堂练习
1.完善"校园农场"物联系统原型的程序编写，并组内分享和交流。
2.设计"校园农场"中的更多物联子系统原型并尝试创作。
完善校园农场物联系统程序时，先调试各子系统核心逻辑，修复代码漏洞、优化数据传输稳定性；组内分享需讲解程序架构、阈值设定等关键设计思路，交流调试中遇到的硬件通讯、逻辑报错等问题及解决办法。
可设计智能虫害监测、智能通风等子系统，先明确功能需求与硬件选型，搭建硬件框架后编写数据采集和执行控制程序，测试验证功能后，尝试接入原有 MQTT 框架，拓展农场智能管控维度。
04
课堂练习
一、选择题
1、下列设备中，不能实现远程控制的是（ ）
A. 智能灯 B. 普通机械台灯
C. 智能空调 D. 智能门锁
2、智能水位控制系统中，负责采集水位数据的核心部件是（ ）
A. 水位传感器 B. 显示屏
C. 水泵开关外壳 D. 外接电源线
B
A
04
课堂练习
3、智能水位控制程序的核心逻辑是对比实时水位与（ ）
A. 随机数值 B. 预设水位阈值
C. 设备出厂编号 D. 程序运行时长
4、智能设备实现远程控制的基础是（ ）
A. 设备外观美观 B. 具备网络通信模块
C. 手动操作按键多 D. 设备体积较大
B
B
04
课堂练习
二、判断题
1、智能门锁可通过手机 APP 实现远程授权开锁、查看开锁记录。（ ）
2、智能水位控制系统只需要水泵，无需传感器即可正常工作。（ ）
3、远程控制智能设备，需要设备与网络正常连接。（ ）
4、当智能水位系统检测到水位低于阈值时，应启动水泵补水。（ ）
5、所有家用电器，无需改造都能直接实现远程自动控制。（ ）
√
X
√
X
√
05
拓展延伸
物联网仓库架构
05
拓展延伸
多子系统协同联动
基于 MQTT 协议打通校园农场各子系统通信，整合土壤、光照、温湿度多维度数据，构建联合判定逻辑，统一调度执行设备，破除单系统独立运行壁垒，提升整体智能管控的连贯性与合理性。
05
拓展延伸
农场数据可视化呈现
将协议汇集的环境与设备运行数据接入可视化平台，以曲线图、状态看板实时展示，直观反映生长环境变化，助力师生挖掘数据规律，为系统阈值优化与功能升级提供直观依据。
05
拓展延伸
物联低功耗优化设计
结合校园农场户外长效运行场景，为控制板与传感器配置间歇采集、休眠唤醒模式，精简 MQTT 报文数据量，降低设备能耗，延长续航时长，适配无人值守的长期部署需求。
08
板书设计
物联系统原型的程序编写
一、"校园农场"物联系统原型
二、物联系统原型的程
课后作业:
1、完善校园农场物联系统程序并组内分享交流，设计新物联子系统原型，分析 MQTT 汇集数据的应用价值。
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第3.14课《物联系统原型的程序编写》教学设计
课题 物联系统原型的程序编写 单元 第三单元 学科 信息技术 年级 七年级
核心素养目标 信息意识：能够了解物联系统原型搭建的完整流程，感知子系统协同与 MQTT 协议在数据传输中的作用，理解程序编写对系统控制的核心价值。计算思维：能够学会将复杂物联系统拆解为独立子系统，设计条件判断等核心程序逻辑，提升问题拆解与系统优化的效率。数字化学习与创新：能够探索用开源硬件与代码实现子系统功能，通过 MQTT 协议汇集数据，创新实践验证与成果展示的形式。信息社会责任：能够认识物联系统在校园农场中的应用价值，理解程序稳定性与数据安全对系统可靠运行的重要性，提升技术应用的责任意识。
教学重点 能够了解物联系统原型搭建的完整流程，感知子系统协同与 MQTT 协议在数据传输中的作用，理解程序编写对系统控制的核心价值。
教学难点 能够认识物联系统在校园农场中的应用价值，理解程序稳定性与数据安全对系统可靠运行的重要性，提升技术应用的责任意识。
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3.14课 物联系统原型的程序编写一、新知引入1、学习目标:了解物联系统原型搭建的基本流程;通过物联系统原型的程序编写，在程序的设计和调试运行过程中，进一步体验物联系统原型实现控制的过程。（播放视频）了解物联系统原型搭建的基本流程;通过物联系统原型的程序编写，在程序的设计和调试运行过程中，进一步体验物联系统原型实现控制的过程 观看视频初识程序编写 引导学生感知核心逻辑
讲授新课 新知讲解："校园农场"物联系统是一个大问题，在软件开发的过程中可以将这一大问题以子系统为单位分解成若干个小问题，逐一解决后再综合测试。在搭建好物联系统原型的硬件设备、验证了各子系统原型的功能后，接下来是进行软件开发。一、"校园农场"物联系统原型"校园农场"物联系统原型包含"自动浇灌""智能光照""自动通风""智能水位控制"四个物联子系统原型，这四个子系统原型既相互独立，又两两依赖于一个控制板，共同构成了"校园农场"物联系统原型(如图14-1)。日积月累物联系统(原型)的搭建通常需经历需求分析、方案设计、硬件搭建、软件开发、原型测试和原型验证等过程。答：物联系统原型搭建，先开展需求分析明确目标与场景，再进行方案设计规划整体架构，依次完成硬件搭建、软件开发，随后开展原型测试排查问题，最终通过原型验证，确认系统符合设计需求。亲身体验检查并验证"校园农场"中的四个物联子系统原型的硬件搭建。答：检查验证四个物联子系统硬件，需逐一核查传感器、控制器、执行器接线是否规范牢固，检测供电是否稳定，校验模块通讯连接状态，记录硬件故障与接线偏差，及时整改调试，确保硬件装配符合搭建方案要求。二、物联系统原型的程序编写完成了"校园农场"物联系统原型的硬件搭建并简单调试后，便可以着手编写程序。其中，控制板1连接了"自动浇灌"和"智能光照"两个物联子系统，能实现自动浇水和自动补光功能，具体实现过程如图14-2所示。控制板2连接了"自动通风"和"智能水位控制"两个物联子系统，能实现自动通风和水位控制功能，具体实现过程如图14-3所示。亲身体验自主选择"校园农场"物联系统原型中的任一子系统原型，完成相应的程序编写。答：选择校园农场智能灌溉子系统编写程序，先定义土壤湿度阈值，通过代码读取传感器采集的湿度数据，编写条件判断逻辑：湿度低于阈值启动水泵浇灌，高于阈值停止水泵，调试代码后上传至控制器，验证程序执行的精准性。开动脑筋"校园农场"物联系统原型应用了2块控制板达成原型的设计和制作。这两块控制板之间有什么关联。答：校园农场物联系统的两块控制板通过 MQTT 通信协议互联，一块侧重采集传感器数据（如土壤湿度、环境温湿度），另一块接收数据并驱动执行器（如水泵、风机），数据互通、指令互传，实现子系统协同控制，保障整体功能联动运行。"校园农场"物联系统原型体现了物联系统的控制机制，各物联子系统原型中的传感器所获取的相应物理量数据一方面将与所设定的阔值对照，程序根据预设执行相应的反馈;同时，传感器获取的数据将通过MQTT协议，将数据上传至云端服务器，实现数据的汇集和呈现，并为物联系统调值的设置和程序功能的进一步完善提供数据支撑，如"智能水位控制"物联子系统MQTT消息发布过程如图14-4所示，程序实现如图14-5所示。亲身体验根据"校园农场"物联系统原型的需求设计，利用MQTT协议汇集和呈现数据，小组讨论并交流这些数据的价值和意义。答：通过 MQTT 协议汇集的校园农场温湿度、土壤湿度、设备启停等数据，可分析植物生长环境规律，优化灌溉、通风等管控策略，提升水资源与能源利用率。小组交流能挖掘数据背后的生长需求，为系统优化和功能迭代提供依据。开动脑筋立足"校园农场"，你还想设计怎样的物联子系统原型 答：我想设计智能光照补光物联子系统原型，搭配光照传感器、LED 补光灯与控制板，借助 MQTT 协议上传实时光照数据，当光照强度低于植物适配阈值时自动开启补光，满足光合需求，完善校园农场的环境智能调控能力。三、随堂作业 1.完善"校园农场"物联系统原型的程序编写，并组内分享和交流。 2.设计"校园农场"中的更多物联子系统原型并尝试创作。答：完善校园农场物联系统程序时，先调试各子系统核心逻辑，修复代码漏洞、优化数据传输稳定性；组内分享需讲解程序架构、阈值设定等关键设计思路，交流调试中遇到的硬件通讯、逻辑报错等问题及解决办法。可设计智能虫害监测、智能通风等子系统，先明确功能需求与硬件选型，搭建硬件框架后编写数据采集和执行控制程序，测试验证功能后，尝试接入原有 MQTT 框架，拓展农场智能管控维度。四、课堂练习完成课堂练习19-21页。五、拓展延伸1、物联网仓库架构（观看视频）2、多子系统协同联动3、 农场数据可视化呈现4、物联低功耗优化设计 检查验证子系统硬件学习系统搭建完整流程核查整改硬件装配问题选择子系统编写程序讨论数据价值与意义设计新物联子系统原型讨论数据价值与意义设计新物联子系统原型完善程序组内分享完成 19-21 页课堂练习观看视频拓展认知 让学生保障硬件适配帮助学生明晰搭建步骤锻炼学生硬件调试能力提升学生编程实践能力启发学生理解联动机制激发学生创新设计思维让学生感知数据应用价值让学生感知数据应用价值检验学生程序优化能力巩固学生知识掌握程度拓宽学生物联知识边界
课后作业 1、完善校园农场物联系统程序并组内分享交流，设计新物联子系统原型，分析 MQTT 汇集数据的应用价值。 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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