《物联网湿度监测系统设计与实现》教学设计

赵丹丹 北京市怀柔区第二中学

●创新整合点

1.加强多学科联系，开展跨学科主题学习

以生物实验探究中遇到的真实问题为切入点，打破学科界限，尝试通过信息科技学科所学知识解决生物实验数据采集问题，帮助学生建立跨学科知识的联系，探索利用跨学科知识解决问题的过程与方法。

2.凸显学生的主体性，提升学生核心素养

以真实问题驱动学生主动思考，有效激发了学生用物联网技术解决问题的信息意识，提升了学生计算思维、数字化学习与创新能力、问题解决能力。

3.信息技术促进教学，与教学活动有效融合

通过DF创客社区网站、项目学习导学案、自学课件等多媒体学习资源帮助学生突破学习重难点，达成学习目标；课堂上通过欧帝白板、钉钉等技术工具直观展示学生动手实践成果；选用智能终端设备与平台，如掌控板、Mind+编程软件、Easy IoT物联网平台等，实现简易物联网系统的开发；借助问卷星开展在线学习评价，有效实现课堂实时评价、及时反馈。

●教学内容分析

本节课内容选自《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）“物联网实践与探索”模块中的“跨学科主题”部分，新课标对本部分的学业要求为:设计并搭建具有数据采集、实时传输和简单控制功能的简易物联系统;能通过智能终端或编写程序，读取并处理含有物联功能的设备中的数据，并进行适当反馈或控制。新课标还倡导真实性学习，鼓励“做中学”，凸显学生的主体性。

本节课是“基于物联网探究植物对空气湿度的影响”跨学科主题学习的第1课时，引导学生采用基于项目学习的方式，分析、设计、搭建、实现物联网湿度监测系统，解决生物实验中遇到的数据采集问题，为第2实验数据分析及第3课时得出实验结论奠定基础。

●学情分析

本节课教学对象为七年级学生，这个年龄段的学生思维活跃、好奇心强，具备了一定的观察能力、分析能力及合作学习能力，而且他们对项目实践有较强的动手愿望。

通过前面章节的学习，学生理解了物联网系统的工作过程和实现原理，认识了简易物联网系统中涉及的智能终端设备、物联网云平台，能进行硬件搭建和软件编程，已具备了物联网系统设计与实现的基本技术知识储备。

“物联网实践与探索”模块学习内容难度较大，学生的接受掌握能力差异明显。对物联网湿度监测系统的设计，需要学生具有一定的抽象和转化能力。

●教学目标

①能主动提出生物实验探究中遇到的问题，有利用物联网技术解决问题的信息意识。

②能根据物联网的基本原理思考物联网湿度监测系统的结构和功能，完成系统的设计。

③能选择合适的硬件和物联网平台进行系统搭建，并通过软件编程实现系统的功能。

④通过亲自参与项目实践活动，形象直观地认识物联网系统设计与开发的一般流程。

●教学环境与准备

教学环境：具备有线网络和无线网络的计算机教室，计算机均安装极域电子教室管理软件、网页浏览器、Mind+编程软件。

教学准备：装有希沃白板软件的教学平板、掌控板、IO扩展板、USB数据线、温湿度传感器、杜邦线、教学课件、项目学习导学案。

●教学过程

1.真实情境，问题引入

笔者由七年级上册生物实验“探究植物对空气湿度的影响”引入，引导学生思考在实验探究过程中遇到了哪些问题，学生思考后回答。

设计意图：通过创设真实问题情境，激发学生学习兴趣，引导学生主动发现问题。

2.分析问题，确定项目

引导学生思考是否能用信息科技课所学知识解决发现的问题，学生思考后回答：应用物联网传感器监测的方式，自动、连续获取空气湿度数据，通过无线网络上传到物联网平台进行记录，就可以在室内远程监测、分析获取的空气湿度数据。

由此引出跨学科主题学习项目：基于物联网探究植物对空气湿度的影响。

设计意图：激发学生用信息技术解决问题的信息意识，培养学生的独立思考能力。

3.回顾原理，设计系统

（1）复习旧知，关联过渡

引导学生借助项目学习导学案上的练习题回顾前面学过的“物联网基本原理与功能”知识，为本节课物联网湿度监测系统的设计做好知识准备。

（2）合作设计，互帮互助

引导学生通过组内交流讨论进行物联网湿度监测系统结构设计。在这个任务中，教师给学生提供了系统框架图，降低了系统设计的难度，学生只需补充填写系统各部分组成元素。这种方式将抽象的物联网系统设计简化为学生在最近发展区可解决的问题，学生在互帮互助中高效完成系统结构设计。

设计意图：物联网湿度监测系统的设计是本节课的重难点，因此，通过知识回顾、合作互助、提供学习支架的方式，引导学生成功完成系统结构设计，突破学习难点，达成学习目标。

4.动手实践，实现功能

（1）搭接硬件

引导学生组内分工合作，根据系统设计，完成主控板、扩展板和相关传感器等硬件的搭接，登录Easy Iot物联网平台完成配置。

（2）设计算法

先引导学生组内交流讨论，设计算法实现连续采集空气湿度数据并发送到物联网平台，然后组织学生上台展示算法流程图。教师对学生的设计给予评价反馈，并给出清晰准确的算法流程图，让学生明确算法流程，理解计算机解决问题的步骤。

（3）编写程序

学生每4人分成一个小组，每组设两名组长，一对一结对互助，在合作中完成程序编写。

设计意图：物联网湿度监测系统的功能实现是本节课的重难点。通过任务分解、结对互助的方式，帮助学生提高学习效率，突破学习难点，达成学习目标。通过硬件搭接，引导学生与物理电路知识建立联系，进行多学科知识融合。通过设计算法、编写程序，帮助学生理解计算机解决问题的方式和步骤，提升学生计算思维、数字化学习与创新能力。

5.测试优化，分享展示

引导学生将编写的程序上传到主控板上，测试系统能否正常运行，然后配合物联网平台，查看能否按设计的要求获取空气湿度数据。

教师给完成较快的小组布置了提高任务：对程序进行优化，实现显示屏上能实时显示采集的湿度数值和样本数量。在测试完成后，教师组织学生分享展示学习成果。

设计意图：给学生提供展示分享的舞台，让学生获得学习的成就感。通过设置提高任务，进行学习任务的分层，满足不同学生的学习需求。

6.课堂小结，及时评价

首先，引导学生对本节课所学内容进行回顾梳理，帮助学生建构出物联网系统项目开发的一般流程。其次，通过问卷星发放学习评价表，引导学生完成自我学习评价。最后，为学生布置课后实践作业：请教生物教师，选取不同植被，实地部署应用，测量空气湿度数据，并做好系统工作环境因素分析和系统防护。

设计意图：课堂小结促进知识内化，帮助学生主动建构物联网系统项目开发的一般流程。通过问卷星进行在线学习评价，实现实时评价、及时反馈。设计的课后实践作业，能启发学生辩证思考技术的优势和局限性，增强信息社会责任。

●教学反思

1.解决真实问题，达成教学目标

本节课从生物实验探究中遇到的真实问题出发，让学生带着问题与知识建立情境性的联系，有兴趣地开展学习探究。本节课通过引导学生复习回顾，建立新旧知识的关联过渡，实现了知识的迁移应用，帮助学生完成了对物联网湿度监测系统的设计。通过动手搭建实现系统功能的实践活动，真正“把课堂还给学生”，给学生提供了多元化的学习支架，引导学生合作学习，高效完成了物联网湿度监测系统的硬件搭接、设计算法、编程调试等任务，实现了系统的功能，有效达成了教学目标。

2.关注学生，发展核心素养

信息科技课程要培养的核心素养主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。本节课通过真实问题引发学生主动思考用信息技术解决问题，有效激发了学生的信息意识。在物联网湿度监测系统设计过程中，将现实的事物转化为可以用计算机处理的对象，掌握以计算机可处理的方式思考物联网系统的结构和组成部件是学生的思维障碍点。针对学情，在系统设计环节给学生提供了学习支架，降低系统设计难度，帮助学生发展了对事物进行抽象和转化的能力。引导学生动手实践，亲身经历物联网系统设计与开发的一般流程，建构知识，提升问题解决能力。在设计算法、编写程序的学习活动中，帮助学生理解掌握计算机解决问题的方式和步骤，提升学生计算思维、数字化学习与创新能力。引导学生课后实地部署应用，并做好系统工作环境因素分析和系统防护，有效启发学生辩证思考技术的优势和局限性，增强信息社会责任。

3.把控时间，合理安排

本节课虽然在布置学习任务时给学生限定了活动时长，但因学生动手实践环节用时较多，导致课堂小结环节时间较少，学生没有充足的梳理总结时间。因此，在今后开展项目学习实践活动时，笔者将密切关注学生的反馈和理解情况，以灵活调整教学时间进度。

在成果交流展示环节中，学生表现出了高涨的热情，小组集体荣誉感、各组之间的竞争性，会激励学生认真做好协调分工，密切配合以呈现出好的展示效果。因此，在今后的课堂中，要更注重学生的展示交流，让学生尽情展现自己，增强自信心，收获成就感。