浙教版（2023）八年级下册第15课 智能物联系统的调试与完善公开课教学设计

这是一份浙教版（2023）八年级下册第15课 智能物联系统的调试与完善公开课教学设计，共5页。教案主要包含了学习内容分析，学情分析，教学重难点，课前准备，学习过程等内容，欢迎下载使用。
一、学习内容分析
本课是浙江省初中信息科技七年级下册第三单元物联网实践第15课的内容。本单元包含物联网数据的获取、物联网数据的汇集与使用、物联网控制与反馈、物联网系统原型的程序编写、物联网系统原型的调试与完善等综合应用实践课程。节课分为两种活动：调试（“物联系统原型的硬件调试”“物联系统原型的软件调试”“物联系统原型的联调”）与完善（“物联网系统原型的评价” “物联网系统原型的改进”）。通过小组合作学习和多课时的问题生成与解决，学生将掌握如何确保物联系统原型正常运行、解决常见问题及优化系统性能的方法，并对物联网原型进行技术迭代与评价，同时，本课还注重培养学生的生成问题能力和分析解决问题的能力，鼓励学生对接真实的物联网商业模型，发挥创新思维，为创作和完善物联网系统做出自己的理解。
二、学情分析
本课学习对象为七年级的学生，他们对物联网原型机在生活实践中有初步而广泛的体验和操作；通过第一单元《认识物联网》，学生对物联网已经有了一定的了解，并且在日常生活中多多少少都有体验过各种物联网应用。通过第二单元《探秘物联网》的学习，学生对部分物联网原型的原理和实验有体验和进阶的理解。通过第三单元《物联网实践》的前四课的学习，学生能够初步搭建物联网原型，并体验过数据交互和反馈，程序的初步编写分析。生本课主要是通过对物联网原型的调试（硬件软件）与改进，提升学生对物联网系统的认识，硬件，软件，数据等多个层次对物联网系统进行调试、评价。并培养学生的改进思维甚至技术迭代能力。
学习目标
四、教学重难点
教学重点：物联网原型子系统的硬件与软件调试；物联网原型系统的现实化评价。
教学难点：物联网原型的联调，物联网原型的迭代升级思路设计。
五、课前准备
学习环境：互联网在线环境，MQTT平台，硬件系统搭建的实验箱。
学习资源：学习单、MQTT平台、评价单。
六、学习过程
板书设计：
物联网原型的硬件调试
物联网功能的软件调试
物联网数据发布与联调
物联网产品评价与迭代教学目标
核心素养指向
1、通过物联系统原型的硬件与软件的调试，使用原型维护和调试的技术手段解决实际问题，了解设备联调的技术框架。
2、通过物联系统原型运行后的联调过程，初步体会物联系统正确性和稳定性的重要意义
3、通过对物联网原型进行评价、提出改进意见，感知原型和物
联网商业产品的差距，锻炼迭代思维
【信息意识】 认识到物联网系统的正常运行对于实际应用的重要性。感受物联网数据的走向与维护。
【计算思维】 能用多种运用计算思维对物联网系统进行硬件和软件数据的调试和分析，以解决实际问题。
【数字化学习与创新】学生利用数字化工具和资源进行学习，根据MQTT平台内容进行调试。对物联网原型进行评价和迭代，激发创新设计能力
【信息社会责任】引导学生认识到在调试物联系统原型时应当遵循法律法规、保护数据安全。培养学生的信息道德和法律意识，使其能够负责任地使用物联网技术。
（一）情境引入
学习内容与活动
设计意图
真实问题，导入新知
收集学生物联网实验箱近期的记录报告单。展示各物联网原型的工作情况，对情况较好的物联网原型进行点评赞誉，对出现的典型问题逐一展示，引导学生讨论如何解决。
用真实活动的宣传进行引入，给时间让学生用艺术手段进行自我创作的表达，让学生体会个人创作的智慧与不易，再引出AI辅助创作，让学生对智能的生产力工具产生兴趣，调查收集学生的创作方向，用学习单和课本内容进行指导。
（二）调试流程设计
学习内容与活动
设计意图
设计表格，调试思路
对上述环节学生问题解决的发言进行总结，引导学生思考如何形成完整的。问题解决方案并要求学生根据学习单中思维导图的提示，设计调试设备检查表格清单。（做成check表格的形式）
调试原型，解决问题
学生以物联网原型实验项目分组，按照自己小组组内设计的调试流程表格进行调试。展示部分学生的调试解决问题的过程和调试表格设计流程，引导学生自评互评check表格的设计。
小结流程，明确目的
以流程图的形式讲解调试流程。明确硬件调试的目的：确保所有硬件设备正常运行，解决硬件问题，优化硬件配置。
（如以“自动浇灌”物联子系统的硬件调试为例，可以做如下尝试
(1)观察各设备元件的线路连接是否正常，如查验水泵、继电器的连线是否连接正常，若连接有误则立即更正。
(2)观察控制板LED显示信息有无异常，如网络通信的反馈数据显示是否正常、“空气温湿度”“土壤水分”等反馈数据显示是否正常。若遇异常则以功能原型为单位进行调试。
(3)控制板LED显示功能正常，但其中某传感数据获取异常，在验证功能原型的过程中，可以使用替换法，如采用替换传感器、替换连接线等方辅助功能异常的排查。）
解释软件调试的基本概念：通过运行程序、观察输出和异常情况，调试软件功能实现方面一些触发量的阈值，发现和修正程序中的错误，mqtt数据发布的问题解决。
（如以“自动浇灌”物联子系统的数据发布软件调试为例，可以做如下调试：
打开MQTT服务器，检查端口号和防火墙设置，排查数据传输中网络的问题。
检查发布者、订阅者统一收发的主题和负载字符串，如水位，水位数据
如果任意client客户端无法连接MQTT服务器平台，检查client对象内部设置的服务器ip端口号和连接保持延迟设置。并开启独立线程监控水位数据通信状态。
测试发布者发送消息，看是否能在服务器端看到消息名称tpic水位，消息内容msg具体数值，
检查订阅者回调函数是否能够正常print消息名称，消息内容
绑定回调函数后，检查回调函数是否关联到消息名称tpic水位，绑定关联完成后，接收到同名消息，就会激活回调函数打印输出消息内容）
总结完check要点后可以引导学生根据步骤进行再次调试，联调需要时间和数据发布的持续更新，可利用课余一周的时间进行持续观测联调。以“校农场”物联系统原型为例，可持续监测48小时的系统运行情况，查看各子系统的数据获取信息有无异常，记录“浇灌”“注水”“补光”“通风”等关键性时刻，对比平台中的数据信息，以判断系统运行的稳定性
思考并讨论物联系统原型在运行和调试过程中可能遇到的问题。激发学生的学习兴趣，为后续内容做好铺垫
以硬件软件数据发布的一套流程纵向分析物联网系统调试时存在的一些问题。并以check表格的方式，检验各个环节是否无误，让学生以整体的思想看待流程，设计表格。
总结流程并突破技术难点，以硬件、软件、数据发布各举一例的方式，讲解调试过程中遇到的问题和解决方法，以思维导图的形式呈现流程。
持续观测联调物联网系统。持续发现问题记录下来并尝试解决问题。
（三）评价原型，迭代技术
学习内容与活动
设计意图
填表评价，自评互评
组内交流校园农场物联系统原型调试运行过程中所遇到的问题。填写课本P88页表格。
以小组为单位发布校园农场系统原型，填写课本P88页下面两张评价表。
2.对比分析，迭代视野
以成熟的商业互联网项目分析视频为例，了解物联网原型在商业实践中遇到的真实问题和挑战。并以此为契机，让学生思考自己的原型还可以有哪些改进的方向与空间。填写迭代意见，有条件的同学可以课后实践。
以评价表的方式对小组内设计的物联网原型的健壮性进行评价。发现物联网原型可能存在的技术性问题。
以现实中的物联网智慧农场案例为例，了解分析组内的物联网基础原型和成熟的商业模式之间的区别，思考自己的原型还有哪些改进的要点，用发展的眼光去检验组内的成果。