資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
八年級信息技術義務教育版教學設計
課題 健康生活新設備 單元 第五單元 學科 信息技術 年級 八年級
學習目標 1.知曉物聯網在健康生活中的多樣應用，能舉例說明常見設備及其功能。2.熟練完成身高記錄儀系統的設計與實踐，包括硬件搭建、軟件編程、數據處理及物聯網平臺應用。3.掌握超聲波傳感器測身高原理，學會運用MQTT協議傳輸數據，能對數據進行可視化分析。
重點 1.物聯網在健康生活的應用實例及身高記錄儀系統功能分析。2.超聲波傳感器測身高及系統實現流程，包括數據采集到反饋控制。3.數據傳輸、存儲與可視化分析方法，及MQTT協議和物聯網平臺應用。
難點 1.優化身高記錄儀系統設計，確保穩定準確運行，適應不同場景。2.解決數據傳輸與存儲的復雜問題，保障數據安全與完整。3.拓展系統功能，創新應用于健康生活，培養實際問題解決能力。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 展示物聯網在健康生活中的應用場景圖片或視頻，如智能手環記錄運動數據、智能家居設備監測睡眠質量等，提問學生對這些應用的了解和感受，引導學生思考物聯網如何改變健康生活方式，從而引出本節課主題——探索物聯網在健康生活中的更多應用及設計身高記錄儀系統。 傾聽老師講解 激發學生的學習興趣，讓從問題中進行思考，從而引出本節課的學習內容
講授新課 一、探索物聯網在生活中的應用1.組織學生分組討論生活中常見的物聯網健康設備，如物聯手環、物聯體重秤等，讓學生分享自己使用或了解的相關設備及其功能，如手環如何監測運動步數、心率等數據，體重秤如何與手機APP連接并記錄體重變化趨勢等。2.教師對學生討論結果進行總結和補充，詳細介紹各設備的工作原理和應用價值，如物聯手環通過內置傳感器采集人體運動和生理數據，再利用藍牙或Wi-Fi等無線通信技術將數據傳輸到手機或云端進行分析和展示，幫助用戶了解自身健康狀況，鼓勵用戶養成健康的生活習慣；物聯體重秤則通過壓力傳感器測量體重，并借助物聯網技術實現數據的自動記錄和同步，方便用戶隨時查看體重變化情況，同時一些智能體重秤還能根據用戶數據提供健康建議，如飲食調整、運動計劃等。通過這一環節，拓寬學生對物聯網在健康生活中應用的認識，為后續身高記錄儀系統的設計奠定基礎。二、身高記錄儀系統實踐1.提出任務與確定主題教師提出設計身高記錄儀的任務，引導學生思考如何利用物聯網技術實現身高數據的自動采集、傳輸和處理。組織學生分組討論，從測量方式（如采用何種傳感器、如何放置傳感器以確保測量準確等）和反饋方式（如數據如何展示給用戶、如何將數據反饋給相關人員等）入手，確定本小組的探究核心問題，進而確定小組探究主題，如“基于超聲波傳感器的班級身高記錄儀設計”。2.分析功能需求結合學生確定的主題，引導學生按照采集數據、傳輸與存儲數據、分析處理數據、反饋與控制四個環節分析身高記錄儀系統的功能需求。在采集數據環節，明確需要獲取學生的性別和身高數據，思考如何利用超聲波傳感器實現身高數據的準確采集；在傳輸與存儲數據環節，討論如何將采集到的數據通過網絡發送到物聯網服務平臺，并確保數據的安全存儲；在分析處理數據環節，探討如何在物聯網服務平臺上對數據進行統計和分析，如計算班級平均身高、身高達標率等；在反饋與控制環節，思考如何將統計結果以直觀的方式反饋給負責老師，如在主控板顯示屏上顯示、通過手機APP推送通知等，以及是否需要根據設定的身高標準進行預警或提示，如當學生身高低于或高于正常范圍時發出提醒。3.硬件搭建教師展示身高記錄儀所需的硬件設備，包括超聲波傳感器、主控板、按鍵、顯示屏等，并詳細介紹各硬件的功能和使用方法。例如，講解超聲波傳感器如何發射和接收聲波以測量距離，主控板如何控制傳感器工作并處理數據，按鍵如何用于觸發測量和選擇性別等操作，顯示屏如何顯示測量結果和提示信息。演示超聲波傳感器與主控板的連接方法，強調連接時的注意事項，如引腳連接的正確性、避免短路等問題。指導學生根據硬件連接示意圖，分組進行硬件搭建，教師巡視各小組，及時幫助學生解決遇到的硬件連接問題，如引腳連接錯誤、設備接觸不良等，確保每個小組都能正確完成硬件搭建。4.軟件實現結合身高記錄儀的功能需求和硬件設備，講解程序設計的整體思路。以測量身高并顯示為例，介紹如何通過編程控制超聲波傳感器發送和接收聲波，計算聲波傳播時間從而得到身高數據，以及如何將身高數據和性別信息在顯示屏上進行顯示。詳細演示關鍵代碼的編寫過程，如初始化傳感器、讀取按鍵狀態、判斷性別并根據不同情況發布數據到MQTT服務器等操作的代碼實現，解釋代碼中各個函數和變量的含義，幫助學生理解程序邏輯。例如，使用Python語言編寫代碼時，導入相關庫（如用于控制傳感器的庫、用于網絡通信的MQTT庫、用于控制顯示屏的庫等），設置傳感器引腳和相關參數，編寫循環結構不斷讀取傳感器數據和按鍵狀態，根據條件判斷執行相應操作，如當按鍵按下時采集身高數據并發布到指定主題的MQTT服務器。學生根據教師講解，使用編程工具編寫程序代碼，實現身高數據的采集、處理和傳輸功能。教師在學生編寫過程中進行巡視，及時發現并糾正學生代碼中的語法錯誤和邏輯問題，引導學生逐步完善程序功能，如優化傳感器數據讀取算法以提高測量準確性、添加異常處理代碼以增強程序穩定性等。5.數據處理與反饋指導學生實現數據的傳輸與存儲，講解如何配置MQTT服務器參數（如服務器地址、端口號、用戶名和密碼等），設置主題（如根據班級或測量場景設置不同主題，方便數據分類管理），以及如何將采集到的數據通過MQTT協議準確發布到物聯網服務平臺。演示在物聯網服務平臺上查看和管理數據的方法，如登錄平臺后查看數據列表、根據時間或主題篩選數據、進行數據查詢和導出等操作，讓學生了解數據的存儲位置和管理方式，確保學生能夠將數據成功上傳到平臺并進行后續操作。引導學生利用物聯網服務平臺或其他工具（如電子表格、Python繪圖庫）對數據進行可視化分析。在物聯網服務平臺上，展示如何通過平臺提供的圖表工具或數據可視化功能，根據已上傳的身高數據生成統計圖表，如柱狀圖展示不同班級男女生身高分布情況、折線圖呈現班級身高隨時間的變化趨勢等；同時介紹如果使用電子表格（如Excel）進行數據分析，如何導入數據、選擇合適的圖表類型進行繪制、添加數據標簽和標題等操作，以及使用Python繪圖庫（如Matplotlib）時，如何準備橫坐標（如學生序號或測量時間）和縱坐標（身高數據）數據，使用相應函數（如plt.plot()繪制折線圖、plt.bar()繪制柱狀圖等）進行圖表繪制，并設置圖表標題、坐標軸標簽、圖例等屬性，使圖表更加清晰直觀，幫助學生從數據中發現規律和趨勢，如班級整體身高增長趨勢、不同性別身高差異等，為進一步分析學生健康狀況提供依據。展示反饋與控制功能的實現代碼，如根據設定的身高標準閾值判斷學生身高是否達標，若達標則在顯示屏上顯示正常提示信息，若不達標則顯示相應警示信息，并可考慮通過聲音或燈光等方式進行提醒；同時講解如何在接收端（如老師使用的設備）編寫代碼訂閱MQTT主題，接收身高數據和統計結果，并在顯示屏上進行展示或進行進一步處理（如記錄到數據庫、生成報表等）。引導學生理解如何通過程序實現對身高數據的智能反饋和控制，以滿足實際應用需求，如輔助老師快速了解班級學生身高情況，及時發現潛在健康問題等。學生根據教師指導，進一步完善程序，實現數據的可視化分析和反饋控制功能，教師對學生的完成情況進行檢查和測試，確保系統能夠穩定運行，數據處理和反饋控制功能正常。 通過學習，探索物聯網在文物保護中的應用等相關知識內容 通過幾個學習活動讓學習開始掌握本節課的重點及難點
課堂練習 組織學生小組討論在實踐過程中遇到的問題，如超聲波傳感器測量誤差較大、數據傳輸不穩定、程序運行出現卡頓或錯誤等，鼓勵學生分享自己在硬件調試、軟件編程和系統集成過程中的經驗和解決方法。引導學生思考身高記錄儀系統的改進方向，如增加更多功能、優化用戶體驗、提高系統性，激發學生的創新思維，培養學生的批判性思考能力。每個小組推選一名代表進行發言，分享小組討論的成果，包括遇到的問題、解決方法和改進建議，其他小組可以進行提問和補充，促進學生之間的交流與合作，共同提高。 學生之間進行相互討論 進一步導引學生思考在實踐過程中遇到的相關問題知識
課堂小結 與學生一起回顧本節課的重點內容，包括物聯網在健康生活中的應用實例、身高記錄儀系統的功能需求分析（采集、傳輸、存儲、分析處理、反饋與控制）、超聲波傳感器測量身高的原理和實現方法、利用MQTT協議實現數據傳輸以及數據可視化分析的方法和意義等。強調物聯網技術在健康生活中的重要作用，以及通過實踐項目學生所掌握的系統設計與開發能力，幫助學生梳理知識脈絡，加深對所學內容的理解和記憶。 引導學生總結自己本節課的學習收獲 對本節課的學習進行總結
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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