資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
第 17 課 物聯(lián)數(shù)據(jù)需采集課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì) 備 注
課時(shí) 一課時(shí)
授課時(shí)間 2025年2月24日
課型 新課
課程標(biāo)準(zhǔn)要求 熟悉利用傳感器獲取數(shù)據(jù)的方法；掌握從互聯(lián)網(wǎng)中獲取數(shù)據(jù)的方式；理解物聯(lián)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)原理
課時(shí)目標(biāo) 1. 學(xué)生能熟練利用傳感器獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)需求選擇合適的傳感器。
2. 進(jìn)一步熟練掌握從互聯(lián)網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)的方法，理解 JSON 數(shù)據(jù)格式。
3. 熟悉物聯(lián)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)過程，規(guī)范完成物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)配置操作。
教學(xué)重點(diǎn) 1. 利用傳感器采集數(shù)據(jù)。
2. 利用互聯(lián)網(wǎng)接口獲取數(shù)據(jù)。
教學(xué)難點(diǎn) 1. 配置物聯(lián)服務(wù)平臺(tái)。
2. 物聯(lián)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)。
教學(xué)方法 講授法、演示法、實(shí)踐法相結(jié)合
學(xué)習(xí)方法 自主學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)
教學(xué)用具 機(jī)房、物聯(lián)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、多媒體課件
教 學(xué) 過 程 復(fù)習(xí)鞏固：回顧上一節(jié)物聯(lián)系統(tǒng)功能模塊劃分相關(guān)知識(shí)，教師引導(dǎo)回顧物聯(lián)花盆系統(tǒng)功能需求表，分析數(shù)據(jù)采集功能方案，學(xué)生針對(duì)該功能需求討論實(shí)現(xiàn)途徑和所需硬件設(shè)備。
二、新課導(dǎo)入：由復(fù)習(xí)內(nèi)容自然引入本節(jié)課對(duì)物聯(lián)數(shù)據(jù)采集具體方法的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生興趣。二、新課導(dǎo)入：回顧上一節(jié)所學(xué)的物聯(lián)系統(tǒng)的功能模塊劃分的相關(guān)知識(shí)。【教師活動(dòng)1】回顧物聯(lián)花盆系統(tǒng)功能需求表，對(duì)數(shù)據(jù)采集功能的方案進(jìn)行分析，考慮可實(shí)現(xiàn)的途徑，在稍后的課程中進(jìn)行學(xué)習(xí)驗(yàn)證。【學(xué)生活動(dòng)1】根據(jù)物聯(lián)花盆系統(tǒng)功能需求表，針對(duì)數(shù)據(jù)采集功能需求，發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造精神，積極討論，填表歸納功能的實(shí)現(xiàn)途徑和所需硬件設(shè)備。【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生快速回憶之前所學(xué)的與物聯(lián)系統(tǒng)功能模塊劃分的相關(guān)的知識(shí)，為本節(jié)課開展學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。三新課教學(xué)：一、利用傳感器獲取數(shù)據(jù)【教師活動(dòng)2】根據(jù)項(xiàng)目意圖，引導(dǎo)學(xué)生選擇合適的傳感器，并進(jìn)行線路連接。可將示意圖下發(fā)給需要的學(xué)生。【學(xué)生活動(dòng)2】物聯(lián)花盆項(xiàng)目需要采集溫濕度、土壤濕度、光線強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，選擇合適的傳感器，并進(jìn)行線路連接，調(diào)試程序，將采集的數(shù)據(jù)通過主控板輸出。【設(shè)計(jì)意圖】發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，通過資料查閱和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，進(jìn)一步主控板和傳感器，為開展實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。二、利用互聯(lián)網(wǎng)接口獲取數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)有很多公共數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)站，可以利用免費(fèi)的接口調(diào)用數(shù)據(jù)。【教師活動(dòng)3】將事先調(diào)試好的程序進(jìn)行展示，講解如何注冊(cè)申請(qǐng)免費(fèi)天氣預(yù)報(bào)接口的key，通過HTTP請(qǐng)求來獲得天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單描述JSON數(shù)據(jù)格式。除示例程序中的API外，也可以使用人教數(shù)字資源平臺(tái)的免費(fèi)資源“天氣預(yù)報(bào)API”——https://ebook./xxkj/api/xxkj/weather/getWeather。【學(xué)生活動(dòng)3】1．調(diào)用天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)接口，獲取未來兩天的天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，并解析出第二天的天氣信息，主要代碼如圖所示，可修改程序中相關(guān)的參數(shù)以獲得相對(duì)應(yīng)的天氣信息，驗(yàn)證結(jié)果。 2．通過查詢接口提供商的資料，獲得自己所在城市的編碼。3．通過教師提供的接口密鑰，獲取天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證結(jié)果。4．理解JSON數(shù)據(jù)格式。 JSON: JavaScript Object Notation(JavaScript 對(duì)象表示法)JSON 是存儲(chǔ)和交換文本信息的語法，類似 XML。JSON 比 XML 更小更快，更易解析。JSON 易于人閱讀和編寫。【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生體驗(yàn)并嘗試通過互聯(lián)網(wǎng)，利用網(wǎng)站API接口返回的數(shù)據(jù)格式，了解處理數(shù)據(jù)的方法。三、配置物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)【教師活動(dòng)4】在物聯(lián)花盆項(xiàng)目中，主控板負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)讀取傳感器的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后發(fā)送到MQTT服務(wù)器保存，這樣做不僅可以在物聯(lián)服務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)看到環(huán)境數(shù)據(jù)，還可以方便地匯總來自不同數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)，同時(shí)也為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供便利。教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的配置。可以使用人教數(shù)字資源平臺(tái)的免費(fèi)資源“MQTT”搭建物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)。【學(xué)生活動(dòng)4】在教師的指導(dǎo)下，按以下步驟完成物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的配置，為數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)做好準(zhǔn)備。1．使用不同的主題來存儲(chǔ)不同的數(shù)據(jù)。物聯(lián)花盆系統(tǒng)項(xiàng)目可以按照溫度、光照強(qiáng)度、土壤濕度數(shù)據(jù)添加3個(gè)主題。2．按照項(xiàng)目需求添加設(shè)備。考慮到物聯(lián)數(shù)據(jù)的安全性，接入物聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)備需要進(jìn)行身份認(rèn)證，可以根據(jù)項(xiàng)目的終端設(shè)備數(shù)量添加，并與主控板對(duì)應(yīng)，服務(wù)平臺(tái)會(huì)為每個(gè)主控板分配用戶名和密碼。3. 記錄主題名稱以及設(shè)備的 client_id、user 和 password 等信息。項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)，主控板需要通過 user 和 password 進(jìn)行身份驗(yàn)證后連接MQTT 服務(wù)器；通過主題名稱來識(shí)別對(duì)應(yīng)的主題，實(shí)現(xiàn)發(fā)布和訂閱功能；通過 client_id 來識(shí)別不同的主控板。【設(shè)計(jì)意圖】通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的設(shè)置，既回顧了舊知，也為下一步數(shù)據(jù)的傳輸及存儲(chǔ)做好了前期準(zhǔn)備，同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和探索精神。四、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸【教師活動(dòng)5】引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物聯(lián)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸過程進(jìn)行分析，完成流程圖的填寫；將事先準(zhǔn)備好的無線網(wǎng)絡(luò)配置、MQTT服務(wù)器連接、傳感器數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)發(fā)布等程序模塊發(fā)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生嘗試組合。【學(xué)生活動(dòng)5】通過算法分析，補(bǔ)充完整物聯(lián)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸核心流程圖。【設(shè)計(jì)意圖】幫助學(xué)生熟悉算法設(shè)計(jì)。【教師活動(dòng)6】組織并指導(dǎo)學(xué)生采集溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器和光線傳感器的數(shù)據(jù)，并向MQTT服務(wù)器相應(yīng)主題發(fā)送數(shù)據(jù)，在相應(yīng)平臺(tái)觀察數(shù)據(jù)。【學(xué)生活動(dòng)6】在理解MQTT服務(wù)的運(yùn)行機(jī)制的基礎(chǔ)上，分析程序主要代碼，燒錄到主控板驗(yàn)證數(shù)據(jù)的傳輸。【設(shè)計(jì)意圖】熟悉MQTT服務(wù)的配置過程，掌握設(shè)置主題、設(shè)備的方法，進(jìn)而遷移用于其他場(chǎng)景的物聯(lián)系統(tǒng)搭建。 應(yīng)用提升 【學(xué)生活動(dòng)7】針對(duì)MQTT服務(wù)的配置過程，思考問題：1. 如何實(shí)時(shí)查看主控板的運(yùn)行狀態(tài)？2. 多種數(shù)據(jù)在一個(gè)主題里，如何區(qū)分？3. 為了減少數(shù)據(jù)冗余，在檢測(cè)到溫度、濕度、光照強(qiáng)度等環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，再上傳新的數(shù)據(jù)，該怎么實(shí)現(xiàn)呢？【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生熟悉物聯(lián)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)，形成良好的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范。【教師活動(dòng)7】 組織學(xué)生展開討論，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步熟悉數(shù)據(jù)的采集過程。【學(xué)生活動(dòng)8】1. 結(jié)合身邊的物聯(lián)網(wǎng)案例，說一說物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)來源有哪些。2. 請(qǐng)從便捷性、覆蓋范圍、數(shù)據(jù)安全性等角度比較本地MQTT服務(wù)器和在線MQTT服務(wù)器，說說各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。【設(shè)計(jì)意圖】通過討論，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)例中數(shù)據(jù)的采集方式。能夠了解物聯(lián)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的緊密聯(lián)系。四、小結(jié)總結(jié)本節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)采集方法、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)配置及數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)要點(diǎn)。五、練習(xí)鞏固（當(dāng)堂檢測(cè)）設(shè)置與本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的操作題或簡(jiǎn)答題，如配置簡(jiǎn)單物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、利用傳感器采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)龋瑱z驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。
布置分層作業(yè)。1. 基礎(chǔ)作業(yè)：復(fù)習(xí)本節(jié)課知識(shí)，整理實(shí)驗(yàn)過程和遇到的問題。
2. 提高作業(yè)：嘗試?yán)貌煌瑐鞲衅鞑杉瘮?shù)據(jù)并傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)，拓展項(xiàng)目功能。
3. 拓展作業(yè)：調(diào)研生活中其他物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用案例，分析其數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲(chǔ)方式。
板書設(shè)計(jì) 一、利用傳感器獲取數(shù)據(jù)
1. 傳感器選擇
2. 線路連接
二、利用互聯(lián)網(wǎng)接口獲取數(shù)據(jù)
1. 接口申請(qǐng)與調(diào)用
2. JSON 數(shù)據(jù)格式
三、配置物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
1. 主題添加
2. 設(shè)備配置
四、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸
1. 傳輸流程
2. 數(shù)據(jù)發(fā)送
教學(xué)反思
組長(zhǎng)審批、
簽字 課前簽字： (檢查本周超周備課） 年 月 日 課后簽字： （檢查上周反思完成） 年 月 日
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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