資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第2.5課《學習探究新工具》教學設計
課題 學習探究新工具 單元 第二單元 學科 信息科技 年級 八年級
核心素養目標 信息意識：能通過實驗案例識別物聯網數據的價值，如用傳感器替代人工記錄；關注氣象數據對比及設備漏洞可能導致的隱私泄露風險。計算思維：能將實驗分解為數據采集、傳輸、分析模塊，理解傳感器校準與閾值判斷邏輯，完善物聯網系統流程圖。數字化學習與創新：會用mPython編寫傳感器代碼，利用平臺生成圖表，提出數據異常報警等優化方案。信息社會責任：設計弱勢群體物聯網應用時，考慮數據安全與倫理，如語音避障系統的密碼防護與數據脫敏處理。
教學重點 掌握利用物聯網傳感器自動采集、傳輸并分析實驗數據（如重力與質量關系）的方法，理解技術優化實驗的價值。
教學難點 準確設計物聯網系統功能模塊（如校準、閾值判斷），并兼顧數據安全與倫理（如隱私防護）的實際應用邏輯。
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2.5課 學習探究新工具數學課上，老師利用距離傳感器幫助同學們理解距離、半徑、直徑等概念；物理課上老師利用加速度傳感器幫助同學們加深對速度的理解。物聯網技術讓許多抽象的概念變得具象化，為學習帶來了諸多便利。想一想：傳統測重力實驗有什么不足？人工加砝碼時要同時看測力計刻度，容易讀數不準或記錄錯數據。思考：物聯網對實驗數據存儲有什么幫助？以前手寫表格可能弄丟或抄錯，現在數據直接存在云端，隨時用電腦或手機調取分析，還能分享給同學一起討論，實驗效率提高了。傳統測重力實驗中人工讀數的誤差，在力傳感器自動上傳數據并生成線性圖表的系統中被顯著降低。物聯網平臺的云端存儲功能，讓實驗數據可隨時調取分析，避免了手寫表格丟失或抄錯的風險。播放視頻《？》 課程新知導入完成思考題。觀看教學視頻。 幫助學生理解智慧校園具有的功能。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、討論三人一組進行交談，結合自己的經歷，說一說你在學習上曾經遇到過哪些令人難以理解的概念或內容。將這些問題記錄下來并展開討論，看看它們能否通過物聯網技術解決。小組成員問題記錄：小明：數學課上的“速度-時間圖像”看不懂，總想不通為什么曲線是那樣畫的。小紅：生物課的“種子發芽實驗”結果不穩定，自己每天手動記錄總出錯。小剛：地理課的“氣候類型”死記硬背，搞不清真實數據怎么對應。討論解決思路（物聯網技術）：小明的問題：用物聯網測速小車，自動生成速度變化曲線圖。小紅的問題：用溫濕度傳感器+攝像頭監控種子，平臺自動記錄發芽天數、環境數據，省去手寫表格。小剛的問題：用物聯網氣象站對比不同地區溫濕度數據（比如海南和內蒙古），直接看平臺圖表區分氣候類型。二、思考探究“重力的大小跟質量的關系”是一個科學實驗，實驗者需要在實驗過程中記錄不同質量的物體所受的重力大小。實驗結束后，還需要對實驗數據進行處理和分析，探討物體所受重力大小與質量的關系。能否利用物聯網技術開展這一探究實驗呢 請你思考以下問題：1.該科學實驗涉及哪些實驗量？哪些實驗量可以通過物聯網技術獲得？需要測量的量：質量（用砝碼）、重力大小（用傳感器測）。物聯網能直接獲取的量：重力大小（通過力傳感器自動測量）、時間（數據上傳時間自動記錄）。例子：傳統實驗要一邊加砝碼一邊盯著測力計讀數，手忙腳亂；用物聯網的話，加砝碼后數據自動生成曲線圖，還能標出哪次測量可能有問題，超省心！2.與傳統的實驗方法相比，利用物聯網技術探究“重力的大小跟質量的關系”實驗有哪些優勢？自動記錄數據：傳感器測完重力直接傳到電腦或手機，不用手寫表格，避免抄錯。實時看結果：比如加一個砝碼，圖表立刻顯示重力變化，能馬上發現“質量越大，重力越大的規律”。數據存云端：實驗后隨時登錄平臺查看，還能分享給同學一起分析。減少人為誤差：傳感器比彈簧測力計更精準，不會因“看刻度不準”出錯。三、探究請以小組合作的方式，分析“重力的大小跟質量的關系”實驗探究系統的基本功能需求完成以下任務。1.需求分析及功能實現。在實驗過程中，如何利用該系統測量不同質量物體的重力，以及分析重力的大小與質量的關系？請分析各個環節的功能需求及用到的實驗設備、平臺，并填寫在橫線上，完成圖2-5-1。采集數據環節：通過 重力傳感器 采集數據傳輸與存儲環節：將獲取的數據發送并存儲在 云 平臺上分析處理數據環節：利用 云 平臺上的數據，分析 線性關系2.算法分析及流程圖完善。將圖2-5-2中空缺的部分補充完整，并從中選擇合適的圖形在右邊繪制出完整的流程圖。開始設置網絡及物聯網絡服務平臺獲取 傳感器 數據上傳數據到 云 平臺數據 是否在閾值區間結束四、小貼士力傳感器是用于測量力的大小的I2C通信類設備（見圖2-5-3）。力傳感器中間按鈕為置零按鈕，測量數據前需按下置零按鈕進行校準。測量時，需要將物體水平放置在圓盤上。五、做中學模擬搭建“重力的大小跟質量的關系”實驗探究系統。1.硬件清單：主控板x1、力傳感器x1、4Pin線x1、Type-C數據線x1、砝碼多個帶有熱點功能的計算機x1。2.連接設備。用4Pin線將主控板和相關傳感器連接起來（見圖2-5-4），并通過Type-C數據線接入計算機。3.程序編寫。（1）進入物聯網服務平臺，添加項目及設備，完成各項配置。（2）打開mPython軟件，添加網絡應用，編寫程序。①將重力測量值顯示在OLED屏上，代碼如圖2-5-5所示。②發送數據至物聯網服務平臺，完整代碼如圖2-5-6所示。4.程序測試。①運行程序，查看結果，如圖2-5-7所示。②逐級增加砝碼，將顯示屏上的數據記錄在表2-5-1中。5.分析處理數據從物聯網服務平臺生成的可視化圖表（見圖2-5-8 ）可知，當質量逐漸增加時，重力一段一段地變大。6.實驗結論。綜上可知：物體受到的重力大小與其質量成正比，但實驗中因傳感器或設備反應延遲，重力顯示為階段性增大（質量增加時，重力先變大，停一會兒，再繼續變大）。這說明重力大小確實與質量有關，但測量設備可能存在微小誤差。六、討論基于物聯網技術開展學習探究活動，你能否總結出相關的操作步驟或方法？談談你對“物聯網技術是一種支持學習探究活動的新型工具”的理解。操作步驟：①連設備（傳感器+主控板+電腦）→ ②綁設備（物聯網平臺配置）→ ③寫代碼測重力并傳數據 → ④加砝碼看圖表 → ⑤分析“質量越大，重力越大”。物聯網技術的作用：能自動記錄數據、生成曲線圖（比如“重力一段段變大”），還能用手機遠程看實驗，像給科學課裝了個“智能小助手”，讓學習更省事、更有趣！七、任務拓展物聯網技術還可以應用在哪些科學實驗中呢？請選擇其中一個，提出你的實踐思路。選主題：挑個你關心的，如家里植物或房間溫度。找設備：找個能測數據的小物聯網設備。連設備：把設備連手機或電腦，看實時數據。觀數據：看數據變化，想它意味著什么。得結論：根據數據，簡單說出你的發現。分享它：告訴家人朋友你的發現。物聯網技術像小魔法，讓東西能“說話”。用它來探究，就像有個小助手幫你“看”。看看數據，學學新東西，學習更好玩。八、小節九、拓展在我們溫馨的社會大家庭中，每一位成員都值得被關懷與呵護，尤其是那些在生活中面臨諸多不便的弱勢群體。以小組為單位，設計一款物聯網創意應用，以科技之光點亮他們的日常。例如：針對肢體行動不便的群體，可以設計智能環境監測系統;為便利視障人士安全出行，可以設計語音避障系統……擴展延伸：物聯網數據安全挑戰設備漏洞：智能設備存在安全缺陷時，可能被遠程操控泄露信息。數據攔截：傳輸中的物聯網數據可能被黑客中途竊取或篡改。密碼風險：簡單密碼易被破解，導致設備控制權丟失。隱私泄露：聯網設備可能收集家庭作息等敏感數據并外泄。網絡攻擊：黑客攻擊可能讓城市物聯網系統（如電網）癱瘓。數據倒賣：部分企業非法交易用戶數據牟利，侵犯個人權益。 小組討論說一說你在學習上曾經遇到過哪些令人難以理解的概念或內容。完成思考題。小組合作的方式，分析“重力的大小跟質量的關系”實驗探究系統的基本功能需求完成任務。完成模擬搭建“重力的大小跟質量的關系”實驗探究系統。開展基于物聯網技術開展學習探究活動。完成拓展任務。了解物聯網數據安全挑戰。 引導學生討論問題，引入課程內容。幫助學生鞏固知識點。培養學生分析解決問題的能力。培養學生的動手能力。通過討論研究鞏固所學知識。加強對知識的理解。拓展學生的知識點。
課堂小結 學習探究新工具1.進行新知引入2.了解實驗原理3.掌握實驗需求與流程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，繪制“重力的大小跟質量的關系”實驗探究系統的流程圖。學完本節課，和同學們討論“重力的大小跟質量的關系”實驗數據。完成PPT39-40頁的練習題。 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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