資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第1.2課《物聯數據需采集》教學設計
課題 物聯數據需采集 單元 第一單元 學科 信息科技 年級 八年級
核心素養目標 信息意識：對比不同API天氣數據差異，學會評估數據可靠性；理解傳感器與網絡數據在農業決策中的互補作用。計算思維：掌握API參數配置與數據解析方法，能將物聯網任務拆解為硬件連接、編程傳輸等步驟；針對重復數據設計變化觸發上傳邏輯。數字化學習與創新：用mPython實現傳感器數據上傳與可視化，結合天氣API與實時數據設計豆角生長異常預警策略。信息社會責任：遵守API密鑰使用規范，討論物聯網技術對隱私與能源的影響，形成技術應用的倫理思考。
教學重點 學會通過天氣API和傳感器獲取數據，并融合兩者優勢（如用預報提前規劃、用實時監測調整灌溉）實現科學種植。
教學難點 理解如何設置數據變化閾值（如溫度>1℃才上傳）以及動態調整檢測頻率的邏輯（如濕度突增時自動加密監測）。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 第1.2課 物聯數據需采集在明確了簡易蔬菜灌溉物聯系統的實施方案后，壯壯正式著手系統搭建的第一步——數據采集。想一想：我查了三個天氣API，為什么結果不一樣？這就需要我們進行數據可信度驗證！就像法官需要多個證人證詞相互印證，我們可以通過計算三個API數據的平均值，并對比本地傳感器讀數來確認最終值。 思考：API在物聯網系統中扮演著什么角色？API就像一座橋梁，連接著不同的軟件或系統，使得它們可以相互通信和共享數據。例如，通過API，我們可以輕松獲取天氣數據并應用于物聯網系統中。如果把物聯網系統比作人體，API就是傳遞信息的外界感官，傳感器則是感知環境的神經末梢。當天氣預報數據與土壤濕度監測值產生矛盾時，就像視覺和觸覺傳遞了不同信號。如何在不浪費存儲空間的前提下，監測并上傳環境數據？可以用設定變化閾值、調整檢測頻率等技巧。播放視頻《智慧田園專業呵護》 課程新知導入完成思考題。觀看教學視頻。 幫助學生理解為什么數據會不一致。通過問題導入引發學生思考。通過視頻吸引學生的注意力。
講授新課 新知講解：一、討論天氣對于蔬菜灌溉有直接的影響，你平時是如何獲取天氣數據的？和小伙伴分享你的方法，并討論一下這些方法有什么優缺點。我通常用三種方法獲取天氣數據：①手機天氣預報APP，方便但偶爾不準；②學校氣象站的溫濕度計，數據準確但只能查當天；③觀察螞蟻搬家、晚霞顏色這些自然現象，有趣但容易誤判。現在我們小組會同時用APP和學校儀器，再配合看云層厚薄，班主任還讓我們用表格記錄預測和實際的誤差，這樣澆菜就不容易出錯了~二、小貼士API（ Application Programming Interface ）是應用程序編程接口的簡稱。它就像一個橋梁，連接著不同的軟件或系統，使得它們可以相互通信和共享數據。以獲取天氣數據為例天氣數據提供方會提供一個API，其他應用或網站就可以通過這個API來獲取天氣數據。三、探究上網查閱相關資料，選擇一個互聯網公共數據監測網站，嘗試調用 API以獲取相關數據。高德開放平臺（天氣/地理數據）：https://lbs./心知天氣（氣象數據，建議使用）：https://www./和風天氣（實時天氣API）：https://dev./中國氣象數據網（官方氣象資料）：http://data./ ( http: / / data. / )2、結合所獲密鑰修改參數，向 API發送請求。參數說明如圖 1-2-1 所示，其中“key”后緊接免費 API 密鑰。如果要獲取的天氣地點為柳州，則“location=liuzhou”；“language=zh-Hans”表示返回中文數據；“unit=c”表示溫度單位是攝氏度。3、平臺收到請求后響應，返回數據結果如圖1-2-2所示，進一步解析后得到圖1-2-3所示天氣數據。四、馬上行動請你嘗試用多個不同的 API獲取同一地點、同一日期的天氣數據，并將獲取到的數據填入表 1-2-1 中，從數據準確性、平臺操作便捷性等方面進行對比，看看哪一個 API的實用性最高。五、思考結合其他物聯網案例，試總結物聯系統的數據來源有哪些。傳感器數據：通過溫度、濕度等傳感器實時采集環境信息。用戶輸入數據：用戶通過手機APP或智能面板手動設置參數。網絡數據：從天氣預報、地圖等外部API獲取實時信息。設備狀態數據：記錄智能家電的運行狀態和能耗情況。環境數據：通過攝像頭、麥克風等設備捕捉周圍環境信息。六、討論小組成員分工合作，圍繞影響豆角生長的環境因素進行資料收集并討論，將表1-2-2補充完整。七、做中學配置物聯網服務平臺，讀取傳感器數據。1.創建項目。（1）如圖1-2-4所示，點擊上方“項目管理”，進入項目管理界面。點擊“添加項目輸入項目名稱后點擊“確定”。（2）項目添加完成后，平臺會默認創建一個主題，可根據實際需要添加主題。點擊“查看”可進入主題管理頁面，如圖 1-2-5 所示。2.添加設備（1）在項目管理界面點擊“查看”進入設備管理頁面，點擊“添加設備”，輸入設備名稱后點擊“確定”，如圖 1-2-6 所示。（2）設備添加完成后，平臺會自動生成一組對應的參數，包括clientid和User/Password，如圖1-2-7所示。3.連接設備，編寫程序。（1）硬件清單：主控板 x1、溫濕度傳感器 x1、土壤濕度傳感器 x1、4Pin 線 x2、Type-℃ 數據線 x1、帶有熱點功能的計算機 x1。（2）連接設備。用 4Pin 線將主控板和溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器連接起來，并通過 Type-C 數據線接入計算機，效果如圖 1-2-8 所示。（3）打開 mPython 軟件，點擊“添加”，選擇“網絡應用”，找到“MQTT 物聯網”，點擊“加載”，如圖 1-2-9 所示。（4）點擊“傳感器”分別添加溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器（其中光線傳感器為主控板上的板載傳感器，不需要額外添加），如圖 1-2-10 所示。（5）連接Wi-Fi，將相應的 Wi-Fi信息和圖1-2-7的參數信息在程序中補充完整。編寫其他代碼，把傳感器采集的數據上傳至物聯網服務平臺并輸出顯示。完整代碼如圖1-2-11所示。（6）最終數據在主控板上的顯示效果如圖 1-2-12 所示。八、案例分析壯壯所在的科技小組通過互聯網上的 API 成功獲取了豆角種植區域的天氣數據，包括未來一周的氣溫變化范圍、隆水概率等信息，同時利用在種植區中布置的傳感器獲取了實時的光照強度數據、溫濕度數據以及土壤濕度數據。請回答：1.當從互聯網獲得的數據和從傳感器獲得的數據對決策的影響有所沖突時，可能是出現了什么問題？應該如何處理？可能問題：① 傳感器被曬壞測不準；② 天氣預報沒及時更新；③ 傳感器被泥土糊住了。解決辦法：① 多裝幾個同位置傳感器對比；② 下雨前看螞蟻搬家等老方法輔助；③ 每月清理傳感器并檢查。2.不同來源的數據該如何配合使用，才能最大程度發揮出其對決策的支持作用？試以案例里兩種來源的數據為例，說一說如何實現數據融合并給出種植優化建議。1、數據融合示例天氣預報API：預測未來3天有70%降雨概率，但土壤濕度傳感器顯示當前表層濕度僅30%（偏干）。決策矛盾：按預報應減少灌溉，但傳感器顯示急需補水。2、解決方案短期應對：用滴灌方式少量補水（僅濕潤根部區域），避免大雨后土壤過濕導致爛根。長期調整：在天氣預報APP中設置“降雨概率>50%時”，將自動灌溉觸發濕度值從40%下調至35%。3、優化建議高溫+強光聯動：當API預報氣溫>33℃且光照傳感器顯示持續強光（>8000Lux）時，自動展開遮陽網。異常處理：若土壤濕度傳感器連續2小時顯示>75%，即使無降雨預報也啟動排水系統。九、任務拓展溫度、土壤濕度等環境數據的變化往往不會太快，我們在采集環境數據的過程中很容易出現重復數據量大、存儲空間浪費的情況。如何實現監測到環境發生變化時才更新上傳新的數據呢？設定變化閾值：只在溫度變化超過1℃或土壤濕度變化超過5%時上傳新數據，比如當前溫度25℃→26℃才記錄，連續25℃不重復存。靈活調整檢測頻率：平時每2小時測一次，一旦發現數據開始變化（如半小時內濕度上升3%），改成每10分鐘測一次。云端自動忽略重復值：如果連續3次測到的數據完全一樣（如土壤濕度一直60%），云端只保留第一條，后面自動跳過。實際效果：夜間溫度穩定時，數據量減少80%；突然降溫/暴雨時立刻記錄變化。拓展延伸智能家居中的物聯網應用環境自動調節系統：溫濕度、空氣質量傳感器實時監測，聯動空調/新風設備自動調整參數，維持恒溫恒濕空氣清新。智能安防聯動機制：門窗磁傳感器觸發攝像頭抓拍，結合紅外人體感應器，異常入侵時自動報警并推送實時畫面至用戶手機。遠程家電交互控制：通過Wi-Fi/藍牙連接家電，手機APP遠程預熱烤箱、預約洗衣機工作，打破時間與空間限制。能源消耗智能優化：智能電表分析高耗能設備，自動關閉待機電器或切換節能模式，生成月度用電報告輔助決策。健康生活場景適配：睡眠監測帶聯動智能燈光，根據深睡/淺睡階段動態調節光線色溫與亮度，改善睡眠質量。全屋場景模式協同：語音指令（如“離家模式”）一鍵關閉燈光、啟動掃地機器人、布防安防系統，實現多設備協同響應。 討論天氣對于蔬菜灌溉有直接的影響。查一查API的應用場景。嘗試使用API獲取數據。使用不同平臺獲取數據，對比差異。思考不同的數據源有什么特點。小組協作完成表格。嘗試配置物聯網項目。根據案例回答問題。完成拓展任務。了解智能家居中的物聯網應用。 引導學生討論問題，引入課程內容。幫助學生了解技術細節。培養學生的動手能力。提升學生的對比分析能力。幫助學生了解物聯網的不同數據獲取方式。提升學生的數據收集與協作能力。培養學生的動手能力。幫助學生鞏固所學知識。鞏固本課內容，提高動手能力。拓展學生的知識點。
課堂小結 物聯數據需采集1.掌握簡易蔬菜灌溉物聯系統2.完成物聯網平臺配置3.學習傳感器的基本使用4.完成課堂練習5.進行知識拓展 總結回顧 對本節課內容進行總結概括。
課后作業 根據本課內容，完成物聯網平臺配置。學完本節課，掌握傳感器的基本使用。完成PPT40-41的練習題。 布置作業 拓展學生的學習能力
課堂板書 觀看板書 強調教學重點內容。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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