人教版（2024）八年级全一册物联数据需采集教学设计及反思

这是一份人教版（2024）八年级全一册物联数据需采集教学设计及反思，共17页。教案主要包含了教学目标分析，教学内容及重点，教学过程设计等内容，欢迎下载使用。
知识与技能
能够熟悉利用传感器获取数据的方法。
能够根据需要选择常见的传感器。
能够学会从互联网获取数据。
能够实现传输和存储数据。
过程与方法
通过实践操作，掌握如何获取天气数据。
通过实践操作，掌握采集并传输传感器数据的流程。
通过小组讨论，提高分析和解决问题的能力。
情感态度价值观
学习数据在物联网中的重要性，培养对物联网技术的兴趣和热情。
在小组合作过程中，培养创新意识和团队合作精神。

二、教学内容及重点
教学重点
利用传感器采集环境数据；从互联网获取数据；实现传输和存储数据。
教学难点
掌握从互联网获取天气数据的流程；掌握采集并传输传感器数据的流程。
三、教学过程设计

教学过程

教学内容
教学方法

情景导入
（3分钟）
师：物联网技术的发展使我们的生活更加便捷，它在生活中有广泛的应用，例如智能家居利用物联网技术将家中的各种设备，控制器等连接起来，实现远程操控，智能管理等功能。

师：那么请同学们思考三个问题：我们如何利用传感器采集环境数据？如何利用网络接口获取天气数据？如何存储数据？

师：其实，这都离不开物联网数据采集。今天，就让我们一起深入学习物联网数据采集，揭开它神秘的面纱。本节课我们将学习掌握如何利用传感器获取数据，如何从互联网获取数据，了解配置物联网服务平台的流程，学习实现传输和存储数据。

问题导向学习
新课教学
知识点一：利用传感器获取数据
（3分钟）
师：获取数据有多种方法，利用传感器获取数据是一种获取环境数据的方法。获取不同的环境数据需要不同的传感器。上节课我们分析在物联花盆项目中我们用到了什么传感器？
生：本项目需要使用到温湿度传感器、土壤湿度传感器和光敏传感器。
师：没错，其中温湿度传感器输出的是数字信号，光敏传感器和土壤湿度传感器都以模拟信号输出数据。要读取到传感器的数值我们需要将传感器与主控板连接起来，给主控板编写程序，获取传感器采集的数据。


讲授法
合作学习
新课教学知识点二：从互联网获取数据
（3分钟）
师：如果在我们身边没有传感器，无法直接获取环境数据，不用担心，还有另外一种方式可以获取数据，从互联网中获取数据。互联网上有很多公共数据检测网站，我们可以利用API来调用数据。API可以被看作是不同软件系统之间进行交互的一种协议和工具，使得不同的软件系统之间可以进行数据交换和互操作，使得开发人员可以轻松地将不同的应用程序、服务和系统进行集成。我们可以利用API来访问远程服务器上的数据。互联网中就有很多免费的天气预报API供我们调用。

讲授法












师生互动
合作探究
（实践操作）（8分钟）

师：接下来让我们通过实践操作来探索如何使用API调用数据。
下面我们一起动手操作，通过小组合作，完成学习活动1获取天气数据。调用天气预报数据接口，获取未来两天的天气预报数据，并解析出第二天的天气信息。

师：我们用到的获取天气数据的实验设备有主控板。

实验步骤：
第一步：我们注册登陆YY天气(网址：www yytiangi cm)，进入会员管理页面，获取API Key。

第二步：接下来我们要编写实现调用天气预报接口，获取未来两天天气预报数据的程序。打开mPythn软件，在人教版扩展库（educre）中拖出代码(教师也可引导学生单击mPythn的“教程”→教程案例→义务教育指南八年级代码→图形化程序→第四单元→第17课 物联数据需采集→学习活动1.mxml，直接打开本活动的程序)。连接WiFi，确定城市编号，其中CH010100表示北京，更多城市编号可以查询平台。填写API Key，发起网络请求，解析返回的字符串。


第三步：用数据线连接主控板与电脑，将程序刷入主控板。

第四步：进行功能测试。获取API返回数据，并解析出天气预报。

师：同学们都操作成功了吗？同学们看到API返回的数据是什么样的呢？我们需要的天气数据是如何得到的呢？
生：回答

师：打印反馈信息，我们可以看到API整个返回结果是一个字典结构，其中的 data 键值包含了主要的天气预报数据。我们解析 data 键值中的内容，可以找到list键值中包含的列表，分别用来存储当天和第二天的天气预报。我们再对第二天的天气数据进行进一步解析，可以得到第二天的天气是“多云”“晴”。
师：我们已经成功完成了学习活动1，现在让我们进行活动总结。我们在实验中获取天气数据使用的城市代码是？用于获取天气数据的信息是？编写代码实现的功能是？执行代码获取天气预报数据的方式是？
生：CHO10100；API密钥；获取天气预报数据，并在请求成功时解析并输出第二天的天气预报；发起网络请求。













讨论法
合作学习
实践操作
讲授法
师生互动
合作探究
（实践操作）（5分钟）

师：既然我们已经学会了如何用API获取天气数据，那我们现在可以通过查询API提供商的资料获得我们所在城市的编号，并通过我提供的API密钥，向API发送请求获得我们所在城市天气预报数据。接下来让我们动手操作一下，完成学习活动2。

实验步骤：
第一步：获取城市编码：通过查询API提供商的资料找到自己所在城市对应的编码。

第二步：编写代码。我们无需再写新的代码，修改前面程序代码的城市编号即可。


第三步：将主控板刷入程序。

第四步：进行功能测试。获取API返回数据，并解析出天气预报。

师：同学们都完成了吗？可以自由发言分享一下自己的收获。
生：自由发言。













讨论法
合作学习
实践操作

新课教学
知识点三：配置物联网服务平台
（5分钟）
师：接下来，我们来学习如何配置物联网服务平台。在物联网项目中，主控板负责实时读取传感器的数据，并对这些数据进行整理后发送到物联网服务平台，这样做不仅可以在服务平台实时看到数据，还可以方便地汇总来自不同数据采集端的数据，也为后续数据分析提供便利。因此物联网服务平台对于处理数据十分便利。在物联花盆系统中，我们使用掌控IOT在线物联实验平台。

师：要使用在线物联网平台掌控IOT需要先注册账号，完成注册登录后，点击项目管理下的添加项目，输入项目名称，就添加成功了，点击设备后面的查看，添加设备，输入设备名称。点击主题管理，分别添加温度、湿度、光线主题，添加成功后，记录当前项目的主题名称和设备名称、用户名和密码。








讲授法
新课教学
知识点四：实现传输与储存数据
（4分钟）
师：下面，我们学习如何实现传输和存储数据。在物联系统中，物联网服务平台负责数据的存储与转发，主控板负责读取传感器数据并通过网络发送给物联网服务平台。主控板要先连接网络，再连接到物联网服务平台，然后不停地读取传感器的数据，并把这些数据上传到服务平台发送到对应的主题。







讲述法
师生互动
合作探究
（实践操作）（8分钟）

师：接下来让我们通过实验操作来学习采集并传输传感器数据。让我们一起动手操作，通过小组合作，完成学习活动3。

师：我们用到的采集并传输数据的实验设备有主控板，温湿度传感器，土壤湿度传感器和4pin连接线。

实验步骤：
第一步：硬件连接，将土壤湿度传感器和温湿度传感器分别连接到主控板的P0、P1和P13、P14接口。确保连接牢固，线路无松动。用数据线将主控板与电脑连接。

第二步：编写程序。打开mPthn软件（可以直接打开该程序。）连接网络和MQTT服务器，将创建的物联网项目参数填入程序中。从Pin13接口传感器读取环境温度值。从Pin1接口传感器读取土壤湿度值。从板载的光线传感器读取光照强度值向MQTT服务器中的温度、光照、湿度主题发送数据。


第三步：将程序刷入主控板中。

第四步：功能测试。将土壤湿度传感器放入水中，手握住温湿度传感器，点击掌控I0T物联网平台中湿度、温度和光线主题的刷新按钮更新数据，我们可以观察到主控板发送给MQTT服务器的数据变化。

师：通过学习活动3，我们可以发现传感器可以很方便地获取周围的环境数据，帮助人们更好地了解世界。

师：我们已经完成了学习活动3，同学们能自己总结以下我们的活动吗？我们实验中使用的传感器是？传感器连接主控板的作用是？Pin接口读物的数据类型是？MQTT发送数据代码要点是？
生：温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器；将传感器采集的数据传输给主控板进行后续处理；温度值、土壤湿度值；指定主题，将对应数据(cntent)转换为字符串类型后发送。















讨论法
合作学习
实践操作

拓展深化，回归生活
（3分钟）
师：通过本节课我们学习了传感器采集数据、从互联网获取数据、配置物联网服务平台以及实现数据传输与储存等方面的知识和技能。那么请同学们思考一下，这个学习过程对我们有什么帮助呢？
师：结合本节课的内容，请同学们完成思考两个问题。大家可以先小组讨论再回答。
结合身边的物联网案例说一说物联网的数据来源有哪些。
请从便捷性、覆盖范围、数据安全性等角度比较本地MQTT服务器和在线MQTT服务器说说各自的优点与缺点。

师：传感器采集的数据和互联网中的数据是物联网数据的主要来源。此外用户输入的数据、物联系统在运行过程中自行产生的数据也是物联网数据的来源。
师：自己搭建的本地MQTT服务器往往只能在同一个局域网下进行访问而在线MQTT服务器则一般都可以直接通过公网远程访问。





问题导向学习
讨论法
实践操作

课后作业（1分钟）
师：同学们，进行物联数据采集实验能让你们掌握传感器运用和
数据传输方法，增长见识，体验未来物联网技术助力下的创新实
践模式。让我们赶紧动手试试吧!

师：同学们课后可以选择一个物联网应用场景，设计一个简单的数据采集方案，并在课后完成相关的实践操作。


课堂小结与评价
（2分钟）
本节课，我们学习了传感器采集数据、从互联网获取数据的方法，并通过实践操作学习了如何配置物联网服务平台以及实现数据传输与储存。


教学反思
1.反思点：本次课程是否达到了预期的教学目标？学生是否能够清晰地理解如何配置物联网服务平台？是否掌握如何采集并传输数据？同学们是否理解了相应知识点？
2.改进措施：可以考虑增加更多的实例讲解或者提供更多的实践机会让他们在实践中巩固知识。增加实践操作时间，尤其是复杂知识点的练习。