第17课物联数据需采集（教案）人教版信息科技八年级全一册.docx

第17课物联数据需采集

一、教学目标

1.学生能够熟练阐述利用传感器获取数据的原理和方法。

2.学生能够清晰解释从互联网获取数据的流程。

3.学生能够详细描述物联网服务平台在数据传输与存储中的作用。

二、教学重点与难点

教学重点

1.掌握常见传感器的使用方法。

2.学会利用API从互联网获取数据。

3.理解物联网服务平台的配置与数据传输存储机制。

教学难点

1.根据实际数据采集需求，合理选择和组合多种传感器。

2.深入理解API返回数据的复杂结构（如JSON嵌套结构）。

3.优化数据传输策略，如减少数据冗余、提高传输效率。

三、教学准备

1.硬件设备：准备温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器若干，主控板（如Arduino或其他兼容主控板）及配套扩展板，电脑（已安装编程环境和相关软件），OLED显示屏（可选，用于显示数据），网络设备（如无线路由器）。

2.软件工具：确保编程环境（如ArduinoIDE）已安装并配置好，准备好获取天气预报数据的API密钥，下载相关代码示例和资料供学生参考。

四、教学过程

（一）导入新课

1.展示一段智能家居系统中实时监测环境数据（如温度、湿度、光照等）并根据数据自动控制家电设备的视频，提问学生：系统是如何获取这些环境数据的？引发学生对数据采集方式的思考。

2.回顾上节课学习的简易物联系统的基本概念，强调数据是物联系统的基础，引出本节课主题——物联数据的采集，明确本节课将学习如何利用传感器和互联网获取数据以及如何传输与存储数据。

（二）新课讲解

1.利用传感器获取数据

展示不同类型的传感器实物（温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器等），结合课件讲解传感器的工作原理，如温湿度传感器如何感知环境中的温度和湿度变化并转换为电信号。

以物联花盆系统为例，详细介绍传感器与主控板的连接方法：在主控板或其配套扩展板上找到合适的接口，将温湿度传感器（数字信号输出）、土壤湿度传感器（模拟信号输出）、光敏传感器（模拟信号输出）的数据接口分别与之相连，强调连接时的注意事项，如接口对应、电源供应等。

指导学生进行实际连接操作，教师巡视并及时给予指导和帮助，确保学生正确连接传感器和主控板。

演示如何通过编程从主控板读取传感器数据，打开编程环境（如ArduinoIDE），展示简单的数据读取代码示例，解释代码中每个函数和变量的作用，如如何定义传感器引脚、如何读取数据并存储在变量中。

引导学生修改代码中的引脚定义，使其与实际连接的传感器引脚相匹配，然后将程序上传到主控板，观察串口监视器中显示的传感器数据，验证数据采集是否成功。

组织学生分组讨论：在其他物联系统场景（如智能农业大棚、室内环境监测系统等）中，还可能需要哪些类型的传感器？如何选择合适的传感器？鼓励学生结合实际需求思考并发表观点，教师进行总结和补充。

2.从互联网获取数据

介绍互联网上公共数据监测网站提供的API接口，以天气预报API为例，讲解API的作用和使用方法。

展示获取天气预报数据的主要代码（如图17.1），详细解释代码中各部分的含义：如何构建API请求的URL（包括城市编号和API密钥的拼接）、如何发送HTTP请求获取数据、如何解析返回的JSON数据。

重点讲解JSON数据格式的结构特点，通过实际返回的天气预报数据示例（如文档中的原始数据），逐步分析数据的层次结构，如字典结构中键值对的关系，如何从嵌套的结构中找到所需的天气信息（如第二天的天气状况）。

指导学生根据教师提供的API密钥和所在城市编号，修改代码中的相应参数，然后运行程序获取天气预报数据，并在控制台或OLED显示屏（如果连接）上显示结果，教师检查学生获取数据的情况，确保学生能够正确获取和解析天气数据。

引导学生思考：除了天气预报数据，互联网上还有哪些类型的数据可以通过API获取？在其他物联系统中，这些数据可以如何应用？拓展学生对网络数据获取的应用场景认知。

3.配置物联网服务平台与实现数据传输存储

利用课件展示物联网服务平台（以MQTT服务器为例）在物联系统中的架构图，讲解其在数据汇总、存储和转发方面的重要作用。

详细介绍物联花盆系统中物联网服务平台的配置要点：

主题管理：解释为什么要使用不同主题存储不同数据，如为温度、光照强度、土壤湿度数据分别添加主题，演示如何在服务平台上创建主题，并记录主题ID，强调主题ID在数据发布和订阅过程中的重要性。

设备认证：说明接入物联系统的设备需要进行身份认证的原因，讲解如何根据项目中的主控板数量添加设备，服务平台如何为每个主控板分配用户名和密码，以及主控板在连接服务器时如何使用这些信息进行身份验证，提醒学生注意记录设备ID、用户名和密码等信息，避免因错误导致连接失败。

数据传输流程：结合系统核心流程图（图17.2），讲解主控板如何连接网络、连接物联网服务