第二十五课 学习探究新工具 教学设计 人教版（2024）初中信息科技八年级全一册.docxVIP

课题

学习探究新工具

单元

第五单元

学科

信息技术

年级

八年级

学习目标

1.了解物联网在学习中的应用方式及价值，能举例说明其在学习过程中作用。

2.掌握探究热水降温规律系统的设计与实现，包括功能分析、硬件搭建、软件编程及物联网平台应用。

3.学会运用温度传感器采集数据，掌握数据传输（MQTT协议）、存储（物联网平台）及可视化分析方法（物联网平台、电子表格、Python模块）。

重点

1.物联网在学习中的应用实例及热水降温规律系统功能分析。

2.温度传感器工作原理及系统实现流程，包括数据采集到平台展示。

3.数据传输、存储及可视化分析方法，及物联网平台在实验中的应用。

难点

1.热水降温规律系统的整体设计与优化，确保数据准确获取与稳定传输。

2.理解和处理数据传输、存储中的复杂问题，保障数据安全与有效利用。

3.拓展系统功能，创新应用于其他科学实验，培养实践与创新能力。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

展示物联网在学习场景中的应用图片或视频，如智能教室、在线学习平台结合物联网技术等，提问学生对这些应用的看法，引发兴趣，导入新课。

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、探索物联网在学习中的应用

1.教师介绍物联网在学习中的应用，如实时收集学习数据辅助教学评估、支持虚拟现实等技术提升学习体验、利用传感器辅助学科学习等，组织学生分组讨论这些应用的优势和可能存在的问题，如数据隐私保护等。

2.教师总结讨论，强调物联网技术为学习带来的个性化、互动性和直观性等方面的提升，如根据学生学习数据提供针对性辅导，利用传感器让抽象知识变得更易理解，加深学生对物联网学习应用的理解，为后续实验系统设计提供思路。

二、探究热水降温规律系统实践

1.提出任务与确定主题

教师提出利用物联网探究热水降温规律的任务，引导学生思考影响热水降温的因素，如容器材质、是否加盖等，组织学生分组讨论确定主题，如“基于物联网的热水降温规律探究系统”。

2.分析功能需求

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系统功能需求。在采集数据环节，明确用四个温度传感器分别获取不同条件（玻璃杯、玻璃杯加盖、不锈钢杯、不锈钢杯加盖）下热水降温数据；传输与存储数据环节，讨论如何将数据发送到物联网服务平台；分析处理数据环节，思考如何对比不同条件下数据得出降温规律；反馈与控制环节，说明本实验暂不涉及此环节（可引导学生思考后续如何改进）。

3.硬件搭建

教师展示所需硬件，如温度传感器、主控板、显示屏等，介绍功能和使用方法，如温度传感器如何测量水温，主控板如何控制传感器和处理数据，显示屏如何显示信息。演示温度传感器与主控板连接，强调注意事项，如引脚连接正确、防水处理等。学生分组搭建硬件，教师巡视指导，解决问题，确保连接正确稳定。

4.软件实现

结合功能需求和硬件，讲解程序设计思路，如初始化传感器、定时读取水温数据、判断水温范围等。

演示关键代码编写，解释函数和变量含义，如使用Python语言编写代码时，导入相关库，设置传感器引脚和参数，编写循环结构读取数据，根据条件执行相应操作，如当水温低于设定值时停止测量，同时将数据上传到MQTT服务器。

学生编写程序，教师巡视纠错，引导优化，如优化数据读取频率、添加数据异常处理代码等。

5.数据处理与反馈

指导学生配置MQTT服务器，设置四个不同主题（对应不同水杯条件），实现数据传输与存储，演示平台操作，如登录平台查看数据、根据主题筛选数据等。

引导学生利用物联网服务平台、电子表格或Python模块对数据进行可视化分析，如在平台上查看不同主题数据变化趋势图，在电子表格中整理数据绘制复式图对比不同条件下水温变化，用Python绘图库绘制更复杂图表，帮助学生从数据中发现规律，如不同材质水杯降温速度差异、加盖对降温的影响等。

通过学习，探索物联网在学习中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

组织学生讨论实践中的问题，如传感器数据波动大、数据传输延迟等，分享解决方法，如检查传感器安装位置、优化网络环境等。

引导学生思考系统改进方向，如增加更多对照条件（如杯子口径、环境温度等）、优化数据采集频率、实现远程控制启动和停止测量等，激发创新思维。每个小组推选代表发言，其他小组提问补充。

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

1.回顾重点内容，包括物联网学习应用实例、热水降温规律系统功能需求分析、温度传感器原理及应用、数据传输与处理方法等，强调物联网在学习中的重要性。

2.提问学生收获，引导总结反思，培养知识迁移和应用能力，如鼓励学生思考如何将物联网应用到其他学科实验