《万物互联》教学设计
作者：王建华　李秀梅　宋巍巍　曹恒来
来源：《中国信息技术教育》2021年第17期
        ● 学习内容分析
        万物互联（IoE）是指将人、流程、数据和事物结合在一起使得网络连接变得更加相关，更有价值，这种连接是建立在物联网技术基础上的。为此，确定本课的主要内容为物联网的体系结构，即感知层、网络层、应用层。感知层主要用于前端数据的获取，通过局域网、互联网传输到后台服务器，在应用层将感知层获取的数据进行处理并实现具体的应用。在理解物联网体系结构的基础上，运用物联网技术设计智慧大棚，让学生经历监测和调节植物生长环境的过程，体会物联网技术给生活带来的变化，以使学生对物联网有更深刻的理解，为以后设计富有创意和价值的物联网解决方案打下基础。
        ● 学习者分析
        本节课的学习对象是七年级的学生，与小学阶段相比他们逻辑思维能力有了一定的发展，好奇心强，喜欢动手探究验证自己的想法。他们是在互联网快速发展的环境中成长的，对互联网的应用并不陌生。物联网是互联网的延伸，学生对物联网的概念和结构虽然陌生，但在生活中对各种物联网应用都有不同程度的体验，如共享单车、智慧物流、智能家居等。在小学的信息技术学习中，也已经对Scratch编程、传感器、物联网等知识有了一
定的了解。这些经验和学习都为学生设计简单的物联网系统做好了准备。
        ● 学习目标
        （1）理解物联网的体系结构，感知物联网从信息感知到信息传输、智能处理的基本过程。
        （2）能够从日常生活中发现可以借助物联网技术解决的简单问题，分析任务需求，选择合适的信息感知和传输技术，设计并制作简易的物联网系统，提高学生利用信息系统解决问题的能力。
        （3）能发现生活中常见的物联网应用，感受万物互联对人们工作、学习、生活的影响。
        ● 教学过程
        1.现场体验，感知物联网
        同学们，老师在家里种植了草莓盆栽，想不想看看老师家里草莓的生长情况呢？
        活动1：远程查看草莓盆栽，感知物联网。
        （1）利用手机APP异地查看草莓的实时影像。
        （2）我们能看到异地的草莓盆栽需要哪些硬件和软件？
        （3）在整个过程中，摄像头、网络、服务器、手机各起到了什么作用？分析、归纳物联网的体系结构，如图1所示。
        小结：摄像头用于获取真实世界的信息，属于物联网的感知层，感知层主要通过各种类型的传感器，实时辩识和采集物体的属性、环境状态、行为模式等信息;摄像头拍摄的视频通过无线局域网、有线局域网、互联网等上传至服务器，网络层主要负责传输感知层获取的信息，也称为“传输层”;手机通过APP和服务器实现视频监控，属于物联网的应用层，应用层面向各类行业的物联网管理平台和应用平台，如智能家居、智能交通、智能农业等。
        设计意图：借助远程查看家中草莓的真实物联网应用，激发学生的好奇心。引导学生在分析本应用中相关设备具体作用的基础上，感知物联网从信息感知到信息传输、智能处
理的基本过程，并由点到面扩展至同类设备和应用，归纳出物联网的体系结构，为后面设计简单物联网系统做了较好的铺垫。
        2.远程监测，初设物联网系统
        师：今天，老师将“智慧大棚”搬到了课堂上，让我们运用物联网技术，搭建一个大棚智能控制系统，对种植草莓的环境数据进行监测和管理。
        活动2：设计远程监测系统，监测草莓生长环境数据。
        （1）哪些环境因素会影响草莓的生长？
        （2）分析监测系统结构，确定监测所用传感器、网络与监测平台（如图2）。
        ①我们准备监测哪些数据？要获得这些数据，需要哪些传感器？
        ②观察教师提供的器材，到有“WIFI”字样的模块，你知道WIFI有什么作用吗？
        ③这套器材如何监测获得的环境数据？
        （3）学生分组，4人一组，明确各人的工作职责（如表1）。
        （4）搭建草莓生长环境远程监测系统。
        ①对照硬件连接接口表安装传感器（如表2）。
        ②打开监测例程，仿照读取土壤温度脚本，添加读取湿度和光照脚本，对照硬件连接接口表设置对应的读取接口，并设置WIFI名称和密码（如图3）。
        ③下载监测程序至主控板。
        （5）登录“中小学物联创新平台”，监测草莓生长环境的温度、湿度与光照，并汇报监测结果（如表3）。
        设计意图：通过分析影响草莓生长的环境因素，得出“智慧大棚”远程监测系统的任务需求。依据活动1中得出的物联网体系结构，通过一、认一认等活动确定所需的传感器以及传输信息的网络，并仿照现有例程完善读取数据的脚本，登录应用平台获取环境数据，学生在搭建簡易物联网系统的过程中，能对物联网系统的基本工作原理有更为直观形象的认识。
        3.自动控制，完善物联网系统
        师：远程监测系统可以实时监测并反馈草莓的生长环境，但管理过程中仍需人工干预，如浇水等，怎样让草莓管理不依赖人工，真正实现自动化、智能化呢？让我们为监测系统增加自动控制功能。
        活动3：完善自动控制功能，实现草莓管理自动化。
        （1）阅读资料，了解适宜草莓生长的环境数据。
        温度、湿度、光照等是影响植物生长发育的重要因素，在合适的环境下植物会长得很好。草莓对温度很敏感，植株生长的适宜温度为25℃左右;由于草莓根系较浅，植株小，叶片大，蒸腾作用强，对水分的要求较高，一般营养生长期需保持土壤持水量在60%左右;草莓是一种喜阴植物，光照度不高于30Lux。
scratch编程app        （2）分析控制方式（如表4）。
        （3）连接硬件设备（如表5）。