資源簡介

第13課 《智能物聯系統的硬件搭建》教學設計
【課標內容要求】
1.能根據需求，設計和搭建簡單的物聯系統原型，體驗其中數據處理和應用的方法和過程。
2.通過案例分析，理解人工智能。根據學習與生活需要，合理選用人工智能，比較使用人工智能和不使用人工智能處理同類問題效果的異同。
【教學內容分析】
《智能物聯系統的硬件搭建》是八年級下冊第三單元的第三課，學生在第一、二單元對人工智能技能有了初步的體驗和了解，本單元學生將繼續深入學習人與物、物與物之間相連的物聯網。而本課作為《智能物聯系統系統的實踐》這一單元的第三課，學生已基本認識了物聯網的基本數據特點以及自己的物聯網項目系統設計，本課將帶領學生著手完成物聯網的硬件搭建設計，為整個物聯系統的完成形成硬件搭建的知識儲備。結合學校勞動教育基地農耕園這塊寶地，把“智慧農耕園”這個項目真實的引入到信息科技課堂中，幫助學生感受萬物相連背后的基本思想。
【教學目標】
1.通過選擇規范的硬件運行環境和合適的硬件設備，實現物聯網系統硬件搭建。
2.了解硬件搭建的一般過程，掌握硬件測試的方法。
重點：通過選擇規范的硬件運行環境和合適的硬件設備，實現物聯網系統硬件搭建。
難點：通過選擇規范的硬件運行環境和合適的硬件設備，實現物聯網系統硬件搭建。
【核心素養指向】
1.能夠根據解決問題的需要，自覺主動地尋求恰當的方式獲取與處理信息；對信息可能產生的影響進行預期分析，為解決問題提供參考。（信息意識）
2.對于給定的任務，能將其分解為一系列的實施步驟；知道解決同一問題可能會有多種方法，認識到采用不同方法解決同一問題時可能存在時間效率上的差別（計算思維）
3. 在學習過程中，能夠評估常用的數字化工具與資源，根據需要合理選擇。（數字化學習與創新）
4.知道數據安全防護常用的方法個策略，保護個人隱私，尊重他人隱私。（信息社會責任）
【學情分析】
本節課的授課對象是八年級學生，經過七年級和八年級上冊的學習，初步具備了分析與解決問題的能力。對他們來說，學校每周一節的勞動實踐教育是他們親身體驗經歷的，這為課堂實踐注入了真實元素，激發了學生樂于探索“智慧農耕園”項目的興趣。為了實現更多的孩子自主探究與發展，教師要提供學習支架，給予學生學習上的支持。
【教學活動設計】
一．情境導入，提煉問題：
1.關鍵問題：農耕園有許多日常維護工作，假期同學們回家了，如何讓學校的農耕園插上網絡的翅膀，在假期無人在校的情況下實現遠程管理。（出示項目背景，引導學生結合生活經歷思考如何運用科技解決問題。）
2.學生思考如何用現代科技解決假期無人在校，農耕園澆水的問題。（預設答案：定時澆水設備，遠程控制、機器人澆水。）
設計意圖：通過項目背景提出本課關鍵問題，引導學生增強運用信息科技解決問題的意識。
二．體驗設備，感受特征：
1．關鍵問題：對于人工澆水，智能澆水設備需要哪些硬件設備，可以總結出智慧農耕園的關鍵硬件支持。
2.簡單介紹簡易智能澆水設備的工作機制以及中小學信息科技物聯數據中臺的構建方法。
3.出示學生完成活動一，在體驗智能澆水設備的同時，思考要實現智慧校園農耕園的順利運行需要哪些必備的硬件設備，完成下表的填寫。
表1.學校智慧農耕園設備清單
實現的功能 選擇的器件
對采樣數據進行控制運算、計算處理、質量控制和存儲，實現與終端計算機的交互。 采集器（數據上傳模塊
土壤濕度的測量 溫濕度傳感器
空氣溫度的測量 溫度傳感器
空氣濕度的測量 溫濕度傳感器
環境亮度的測量 亮度傳感器
實現供電 電源（適配器、電池等）
數據存儲、系統軟件的安裝 服務器
網絡通信 交換機、無線路由器、網線
…… ……
4.學生匯報。完成活動一、特征初感受
設計意圖：通過體驗簡易的智能澆水設備，初步感受智能設備的優點，通過體驗總結提煉，深化對智慧農耕系統的硬件搭建的策略。
三．硬件測試，探究架構：
1.關鍵問題：各個設備是如何工作的，我們該如若出現故障，我們可以在哪里實現監測和調整。
2.引導學生體驗和詳解視頻，對硬件的可靠性進行測試，并記錄過程。
教師巡視，及時發現問題進行個別糾正。
引導小組同學討論，驗證準確性。
表2：學校智慧農耕園硬件測試表
器件名稱 測試是否成功 遇到的問題 解決的方法
設計意圖：通過通過體驗和視頻對照的方法，讓學生對硬件的搭建與數據的顯示結果產生具象感受，在不斷的測試糾錯中深入理解原理和運行機制，提升學生總結歸納的學習能力。
四．詳解數據，升華理解：
1.關鍵問題：根據已有的數據，畫出數據傳輸流程示意圖。
2.引導觀察已有的數據，小組合作，探索數據背后的傳輸原理。
教師巡視為需要的小組提供指導和幫助。
圖2：數據傳輸流程示意圖
五．課堂評價，總結提升：
硬件是智能物聯系統的重要基礎設施，它的技術指標決定了系統的運行速度、可靠性、適用范圍、可維護性等。智能物聯系統的硬件組成主要包括服務器、網絡設備、傳感設備、智能終端等，這些硬件在一定的環境下，實現系統的正常工作。

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