人教版（2024）八年级全一册学习探究新工具教案设计

这是一份人教版（2024）八年级全一册学习探究新工具教案设计，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
1.能够清晰阐述物联网在学习中的多种应用方式。
2.能够熟练掌握利用物联网解决热水降温规律实验问题的方法，包括系统功能分析、硬件搭建、数据处理等。
过程与方法
1.通过探究热水降温规律系统实践，培养分析问题、解决问题以及将知识迁移应用的能力。
2.通过在小组合作中共同完成实验任务，培养团队协作能力和创新思维。
情感态度价值观
1.激发对物联网技术的学习兴趣，培养科学探索精神。
2.体会物联网技术在实际生活和学习中的重要价值，增强对信息技术的应用意识。
二、教学内容及重点
教学重点
1.物联网在学习中的具体应用。
2.热水降温规律系统的功能实现、算法设计及数据处理。
教学难点
1.理解并设计出合理的热水降温规律系统，尤其是系统各环节的逻辑关系。
2.掌握数据分析方法，并能从数据中得出有价值的结论。
三、教学过程设计
教学过程
教学内容
教学方法
情景导入
（5分钟）
师：同学们，想象一下，当我们身处一片生机勃勃的绿色农田，通过手中的设备，实时掌握土壤湿度、作物生长周期等各种信息，就像有一双无形的智慧之眼在帮忙。再看，教室里老师讲课，利用物联网我们的学习方式也进行了变革！今天，就让我们一起深入探索物联网如何改变我们的学习吧。

师：这节课我们有两个学习目标。一是了解物联网在学习中的应用。二是通过探究热水降温规律系统的实践探索，掌握利用物联网解决问题的方法，并能迁移应用于解决其他问题。

师：来思考两个关键问题：如何利用物联网开展学习探究？如何实现探究热水降温规律系统？使用了哪些物联网技术？

师：这节课我们有两大学习内容。先一起探索物联网在学习中的应用，再来探究热水降温规律系统实践。

问题导向学习
知识点一:探索物联网在学习中的应用（3分钟）
师：在生活里，物联网已无处不在。就像超声传感器和光敏传感器不仅能为学生营造智能化的学习环境，也是支持相关学科探究的工具，我们来深入了解一下。教师可以利用超声波传感器帮助学生学习距离、半径、直径等概念，用光敏传感器帮助学生理解光的传播和反射规律等等。

讲授法
知识点二：探究热水降温规律系统实践（3分钟）
师：热水作为我们生活中很常见的事物，同学们有没有注意过热水降温的规律？热水降温规律实验是一个科学实验，实验者需要密切关注热水降温的过程，记录关键数据，那我们能否利用物联网技术开展热水降温规律实验探究呢？

问题导向学习
学习活动一：探究系统的功能实现（5分钟）
师：同学们思考一下：我们可以使用哪些物联网技术完成该热水降温科学实验？
生：检测温度的传感器采集数据，物联网平台上传输存储数据

师：没错，与传统的实验方法相比，用物联网技术开展热水降温规律实验的优势很多，如可以实现实时数据采集、传输和分析，使得实验过程更加高效。

讲授法
学习活动二：分析系统的功能需求（5分钟）
师：下面我们从需求分析、功能实现、算法设计这几方面，深入分析各个环节需要用到的物联实验设备、平台以及如何根据需求分析与功能实现算法设计。

师：下面请同学们按环节分析系统的功能需求。
生：采集数据环节：利用四个温度传感器，分别获取四种情况下热水降温的情况；传输与存储数据环节：将获取的数据发送并存储在物联网服务平台；分析处理数据环节：分析不同条件下热水降温的情况，得出结论。
师：非常好同学们，大家按照这个思路填写表格。

师：前面分析了需求，现在看功能实现。采集数据用温度传感器，用于感知温度信息；传输与存储数据、分析处理数据用掌控IOT中小学物联网实验平台；反馈与控制则使用主控板。

师：设计算法，我们首先要设置网络及物联网平台，循环判断水温是否处于阈值，若是则获取不同材质水杯的水温并上传数据至物联网服务平台。把握步骤逻辑，绘制完整流程图。

讲授法
学习活动三：实现系统功能（16分钟）
师：下面我们用传感器分别采集玻璃杯和纸杯中的水降温的数据，在显示屏显示，将采集的数据发送给物联网平台相应主题。根据确定的功能需求，来模拟实现热水降温测量系统。同学们可以分别测试其他类型的杯子，测量结束我们可以一起来对比数据。

师：首先配置物联网服务平台。进入“掌控IOT”平台（网址： "" ，依照相关指引与要求进行操作，完成平台的初始化与参数设置等工作，确保主控板与平台之间能够顺利实现数据的交互与传输，为后续的功能实现奠定基础。

师：进入掌控IOT在线物联网服务平台后，点击“项目管理”-“添加项目”，输入项目名称，再点击“查看”-“添加设备”，用以获取MQTT信息。

师：完成硬件搭建任务所需的设备需要一块主控板，一个DS18B20温度传感器，还有一根4pin连接线。

师：我们把DS18B20温度传感器通过4pin连接线与主控板的P0、P1接口相连，注意连接方式和接口位置。最后用连接线将主控板与电脑连接。

师：接下来编写热水降温规律系统程序，打开mPythn软件，在人教版扩展库（educre）中拖出代码。测量功能程序需要初始化传感器，DS18B20温度传感器测量水温数据。处理测量值，将数据传输至显示模块，屏幕显示水温数值。反馈功能程序则初始化DS18B20温度传感器。循环测量水温，通过显示屏反馈水温数值及按键操作提示。完成水温记录的反馈与数据上传。连接WiFi和MQTT，等待水温统一降到 80℃开始进行测量。计数器置 0。采集水温数据。如果水温低于 40℃，则停止测量。显示当前数量和水温，并把数据上传到 MQTT 服务器。计数器增加 1。

师：代码版如图所示。

师：最后点击“刷入”，将程序刷入主控板中。

师：请同学们尝试重复上面的步骤，完成两个采集数据的装置，一个用于监测纸杯的温度变化，一个用于监测玻璃杯的温度变化。分别将数据发送到不同主题，等待监测完成。

师：下面进行功能演示，分别测量玻璃杯和纸杯中热水的降温情况，每十秒发布一次水温温度到物联网平台。整合物联网的数据得出结论。本次项目实验可以得出结论，玻璃杯中的水温降温更快。（实验结果会根据环境变化有差别）

师：传感器会采集不同材质杯子中的水温的数据，数据会在显示屏实时显示，请同学们将杯子材质及采集的水温数据记录在表中。

师：对于数据分析，我们可以将从物联网服务平台下载的所有表合并在同一张数据表中，绘制复式图。

师：数据分析形式有物联网服务平台，电子表格，Pythn模块。分析不同材质水杯水温下降情况以及相同材质水杯不同状态下（是否加盖）水温下降情况，我们可以总结出：材质与是否加盖影响水温下降速度，不锈钢保温杯保温最佳，加盖能有效减缓水温降低。

师：热水在不同材质的容器里冷却的速度不同，这在生活中的实际应用很广泛，比如保温瓶保持水温，烹饪锅具调节食物温度，还有饮料杯具控制饮品冷却。

实践操作法
讲授法
拓展与提升： （5分钟）
师：下面请同学们选择我们市面上常见的几种保温杯，用本节课所学的内容，找出保温效果最好的保温杯。

师：我们市面上常见保温杯材质有316不锈钢、304不锈钢、陶瓷。316不锈钢抗腐蚀性强、保温好；304不锈钢耐磨，保温不错；陶瓷保温保冷尚可。其中，316不锈钢保温杯保温最佳。

师：下面进行拓展与提升第二个部分，请同学们思考一个问题：物联网技术还可以应用在哪些科学实验中？并提出实践思路。

师：在植物生长实验中，利用物联网技术实时监测土壤湿度、光照强度等参数；在化学实验中，物联网技术可以实现精确控制实验条件及实时监测反应过程。同学们可以想一想这些科学实践中物联网技术的实践思路。

讲授法
课后作业（1分钟）
师：请同学们在课后用物联网设计植物生长监测方案，写出所需传感器（如土壤湿度、光照传感器）和主控板，简单描述数据传输与分析过程。


课堂小结与评价
（2分钟）
师：本节课，大家对物联网在生活中的应用有了清晰的认识，知道它可营造智能环境、辅助学科探究，感受到它在各个领域的广泛作用。通过热水降温实验，掌握用物联网解决问题的方法，包括功能实现、数据分析等。这是非常宝贵的技能，希望大家能灵活运用，去应对生活中的其他问题。


教学反思
1.反思点：学生对物联网在学习中的应用理解不深入，难以结合实际学习场景。比如在讨论应用时，想法空洞，缺乏可行性。探究热水降温规律系统时，系统各环节逻辑关系理解困难，像绘制流程图逻辑混乱，影响实验。硬件搭建和编程操作水平差异大，部分学生操作慢、易出错，实践时间分配不均。数据采集和分析能力弱，数据记录不准确，分析方法简单，挖掘不出深层规律。小组合作效果不佳，分工不明，部分学生参与度低。教学节奏没把握好，讲解时间长，学生实践时间少，拓展思考不足。
2.改进措施：多引入跨学科案例，让学生分析物联网在不同学科学习中的应用，加深理解。增加逻辑思维训练，通过实例类比，详细讲解系统逻辑，帮助学生掌握。课前测试，根据操作水平分层教学或分组，对基础弱的学生加强指导。增加数据处理教学内容，引导学生规范采集和分析数据，提高数据处理能力。明确小组分工，加强合作指导，定期轮换角色，提高学生参与度。合理安排教学时间，讲解简洁高效，保证学生充足实践和思考时间。