第四单元 第5课 温湿度的报警与响应（教学设计）-教科版八年级信息科技上册

温湿度的报警与响应教学设计

物联网数据

传输一一简初中信息

课题温湿度的报警与响应单元学科年级八年级

易温湿度传技术

输系统

本课是物联网单元的核心深化环节，从第4课的环境监测报警延伸至“报警-响应”闭环的

实现。教材从物联网“上行数据”与“下行数据”的双向传输原理入手，以智能门锁等生活

化案例解释概念，降低理解难度。重点在于引导学生理解：物联网不仅能够采集与上报数据,

更应通过平台下发指令（自动或人工）进行响应控制，从而体现物联网系统的完整性与实用

教材

性。课程设计上，通过填写流程图、设计响应措施、编程实践等环节，逐步培养学生从概念

分析

理解到动手实现的能力。尤其是在已有监测程序基础上添加下行消息接收与显示功能，体现

了软硬件结合的迭代开发思想。最后拓展部分引导学生联系共享单车等现实场景，分析复杂

情境下的物联网流程，有助于提升其系统思维与问题解决能力。整体上，本课实现了从感知

报警到决策响应的能力跨越，为构建完整的物联网应用奠定了重要基础。

信息意识：理解物联网系统中上行与下行数据构成的双向传输闭环，认识数据从感知报警到

人工或自动响应控制的完整流程与价值。

计算思维：能够运用算法流程图设计报警响应逻辑，并通过编程实践在主控板与物联网平台

学习间实现指令与数据的双向收发。

目标数字化学习与创新：能在上节课监测报警项目基础上进行迭代开发，整合新功能，创新性地

构建一个完整的“监测-报警-响应”应用系统。

信息社会责任：思考物联网自动响应与人工干预的应用场景，关注技术在解决实际问题时对

效率、安全与社会生活的影响。

重点本课的教学重点在于引导学生理解物联网数据双向传输（上行与下行）的完整闭环，掌握从

报警触发到平台响应的基本原理。通过分析智能门锁等案例，明确响应机制的必要性。在实

践环节，重点在于指导学生在已有监测程序基础上，编程实现接收并显示平台下发的响应指

令，从而构建一个完整的“感知-报警-响应"物联网应用系统。

难点教学难点主要集中在学生对“下行数据”这•抽象概念的理解，以及如何在编程实践中将平

台指令与硬件响应准确关联。具体体现为：理解自动与人工响应两种模式的选择逻辑，并能

在流程图设计中清晰表达；在代码层面，正确配置主控板以接收、解析并执行来自物联网平

台的不同控制命令。

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课在本单元第4课，我们实现了应用物联网对植物生了解本课的学通过教师简要介

长环境情况的监测和报警，但仅仅报警就能够解决习主题、学习绍，让学生知晓

问题吗?报警后的自动响应或人工响应才是监测和目标、学习路本课的学习主

报警的最终H的，本课我们借助物联网平台传输指径等。题。

令数据，实现温湿度的报警与响应。

讲授新课一、概念建立与案例分析阅读分析：阅帮助学生理解物

们已经知道，在物联网系统中，传感器感知到的环读智能门锁案联网应用从单向

境数据可以通过Wi-Fi传输到物联网平台。这其实例，在流程图报警到双向响应

是物联网数据传输的一个过程，可以称为数据的上中标注数据上控制的必要性，

行，也就是设备上传数据信息到平台。相应地，其行与下行的路建立“上行数

实还有数据的下行，也就是平台或者应用层下发命径。据”与“下行数

令数据到设备。数据的上行和下行同时构成了物联讨论交流：结据”的完整概念

网的网络层数据传输闭环。合生活经验模型。通过智能

以智能门锁为例,当有人拜访时，门锁终端采集客（如共享单门锁等生活化案

人数据（如人脸信息）发送到物联网平台，房间主人车、智能家例，将抽象的数

收到数据后通过终端设备选择“开门”后，房门随居），讨论并据流向具体化，

即打开，客人就可以进入房间。列举其他物联为后续设计与实

做一做网应用中数据践奠定理论基

根据关于智能门锁案例的介绍，阅读下图，将图中双向流动的例础。

的编号填写在对应的括号中。子。

（）上行数据（客人信息）

（）下行数据（开锁请求及客人信息）

（）上行数据（开'】/拒绝）

（）下行数据（开门/拒绝）理解了物联网数据传输的

数据上行和数据下行的概念，本课我们就可以对温

湿度监测报警情;兄做出更进•步的响应，也就是通

过物联网平台发送卜行数据，实现对所出现问题的

干预或纠正。

二、流程设计与方案规划

一般情况下，物联网平台可以根据报警信息设定自流程图绘制：引导学生将“响

动的响应控制命令，在收到报警信息时自动发送下根据文字描应”这一抽象需

行数据控制相关设备。除此之外，遇到自动响应故述，补充完成求转化为具体

障或不适合自动响应处理等情况时，可以通过物联温湿度报警响的、可执行的方

网平台人为发送消息来实现人工响应。例如，面对应的算法流程案。通过补充算

“高温”的报警，可以发送“开启喷灌”或“开窗”图。法流程图和填写

等命令，控制农业大棚中的相关设备进行工作C方案规划：结响应措施表格，

写一写合上节课的报培养学生的计算

阅读下面的温湿发报警响应算法，将算法流程图补警类型，设计思维与系统设计

充完整，注意规范使用流程图符号。至少三种具体能力，明确自动

①物联网平台收到报警信息A的响应措施与人工响应的逻

②判断是否自动响应（如“高辑差异，并思考

③如果自动响应,进入第4步算法，否则进入第5温”一“开启不同报警情景下

步算法风扇”），并的具体应对措

④物联网平台自动发送响应消息C“已自动响应”填入表格，说施。

到主控板明上行报警信

⑤物联网平台手动发送响应消息B到主控板息与下行响应

⑥主控板显示收到的响应消息指令的对应关

系。

I上！

--------i-------1]

1・・

按照第4课的报警情况设计，你会设定哪些响应措

施呢?请至少列举三个例子填写到下表中。

温湿度监测报警系统中的上下行数据

物联网平台接收到的物联网平台发送的响

报警信息A应消息B或C

硬件确认：检让学生在动手实

三、编程实践与系统实现

查硬件连接。践中巩固概念、

1.准备硬件。

本课所用的硬件设备与本单元第4课的一样吗？编程调试：编落实设计。通过

2.连接硬件。写代码，设置在第4课程序基

本课硬件设备的连接与本单元第4课相比有变化文本显示对础上迭代开发，

吗？象，并添加接增加接收和显示

3.编写程序。收物联网平台下行指令的功

编程实现应用物联网平台发送响应时，需要用到发下行消息的功能，亲身体验从

送消息的代码指令。能指令。数据感知到控制

因为发送的响应消息要显示在主控板上，所以我们功能测试：运执行的完整物联

需要设置在主控板上显示响应消息的位置，也就是行程序，在物网闭环。在实践

设置文本对象。联网平台模拟中深化对双向通

接下来，通过编写物联网平台发送消息的代码指发送不同的响信和系统集成的

令，就可以实现“在SIoT物联网平台发送处理报应指令（如理解。

警问题的响应消息，主控板接收并显示响应消息”“浇水”），

这一功能。比如，当SIoT物联网平台收到“干燥”观察主控板是

报警时，人工发送“浇水”的响应消息，主控板即否正确接收并

可显示“请浇水”，表示已经收到了“浇水”的消显示，完成

息。“报警-响

在本单元第4课的基础上，编写完整的报警与响应应”全流程测

程序，调试并运行。观察物联网平台收到的报警信试。

息，按照上面响应消息的设计，在物联网平台中发

送响应消息，观察物联网平台和主控板的变化，实

现上行数据传输和下行数据传输的完整过程。

拓展

共享单车是生活中很常见的一种物联网应用。请结

合自己使用共享单车的经验，使用自然语言或算法

流程图，尝试描述从请求开锁到开锁响应再到关锁

付费这一物联网应用的完整过程。注意考虑可能出

现的问题。例如1,上一次骑行未付费，请先付黄再

请求开锁；使用月卡，不用单次付费；单车故障，

不能正常开锁；等等。

参考：

使用共享单车时，我先打开APP扫描车锁二维玛。

系统会先检查账户状态：若上次骑行未结费，会提

示“请先支付上爸订单”；若持有月卡则直接验证

通过。随后APP将开锁请求（含车辆编号、用户信

息）经移动网络发送至物联网平台。

平台向智能锁发送开锁指令，车锁内置通信模块接

收后启动电磁锁.若遇到单车故障（如GPS弁常、

电池耗尽），车锁无法响应，APP会提示“车辆故

障，请换一辆“c开锁成功后，APP开始计时计费。

崎行结束手动关锁，锁内传感器检测到物理锁舌闭

合，自动向平台发送关锁信号。平台停止计费，并

根据用户账户类型结算：月卡直接扣减次数，非月

卡则从余额或支付渠道扣款，并推送账单明细。整

个过程依赖物联网的实时通信与状态同步。

单元总结与评价作品展示与答通过展示交流与

单元作品展示与交流辩：以个人或多维评谕，引导

1.以个人或小组为单位，对本单元完成的“简易温小组形式，现学生系统梳理本

湿度传输系统”作品进行功能介绍和效果演示c场演示“简易单元物联网知

2.填写作品评价表，对本单元完成的作品进行评温湿度传输系识，巩固蓝牙

价。统”功能，讲/Wi-Fi传输技术

作品评价表解设计思路与应用。通过概念

学生自评（）分同学互评（）分教师评价（）

技术实现。图构建与实践项

分

多维评价与反目迁移，促进学

评价

评价标准分值得分思：依据评价生知识结构化与

维度

表进行自评、能力进阶，培养

作品紧扣“简易温湿度传输系

统”任务主题，功能设计完5互评，听取教其利用物联网思

备，效果丰富，使用体验良好师点评，从主维解决真实问题

能实现报警功能，有过程性数题、技术、创的创新意识与系

主题4

据呈现，使用体验流畅

意、合作等维统设计能力。

能实现报警功能，但未呈现过

3度全面反思作

程性数据，效果单

品。

未实现报警功能，程序或硬件2

连接有多处错误

硬件连接正确，程序代码逻辑

5

清晰，简洁规范

硬件连接正确，程序代码正

4

确，但效率有待提高

技术

硬件连接正确，程序关键代码

3

正确，细节需修改

硬件连接混乱，代码编写待完

2

成

作品运行的各个环节呈现效果

5

新颖、独特

过程性数据的显示和报警有一

4

定的创意

创意

过程性数据的显示和报警较为

3

单调，创意体现不足

没有体现过程性数据，运行效

2

果较为单一

小组成员分工明确，任务分配

5

合理，作品展示效果好

小组成员有分工，能完成分配

4

的任务，作品展示顺利

合作小组成员分工不明确，任务分

配不太合理，作品展示效果一3

般

小组成员分工不合理，有成员

2

未参与，作品展示效果不好知识结构化：

单元内容小结与概念图补充完成物联

1.在本单元中，我们学习了物联网网络层的概念、网网络层知识

作用和传输技术，重点学习和实践了蓝牙传输技概念图，建立

术、晅-Fi传输技术，并运用这些知识模拟实现了“传输技术-

一个简易温湿度远程监测报警系统，同时进行报警系统架构-应

响应。用场景”的认

2.根据在本单元项目实践中学到的知识，将下页的知体系。

知识概念图补充完整。项H迁移设

实践项目计：基于智慧

本单元的课程主题其实是当前智慧农业领域的一农业背景，设

个缩影，除了温室大棚，花卉蔬菜种植基地、草地计一个“智能

牧场、科学试验场等场所都在使用智慧手段提高种节水灌溉控制

植效率。另外，节水农业灌溉也是现代农业的•大系统”，明确

课题。我们知道，水资源十分珍贵，而农作物生长系统组成、数

又离不开水资源，利用智慧化手段来监测土壤含水据传输方式与

量可以精确控制对农作物的浇水频率和浇水量，保控制逻辑，完

证农业生产需要，同时充分节约水资源。请尝试设成筒易方案构

计一个简易物联网控制系统来满足这样的应用需思。

要。

设计思路参考：

1.感知层（数据采集）

土壤水分传感器：部署在农田关键位置，实时监测

土康体积含水量

气象传感器：采集温度、湿度、光照强度、降雨量

等环境数据

作物生长监测摄像头：可视化管理作物生长状态

水位/流量传感器：监测灌溉管道水流量和蓄水池

水位

2.传输层（通信网络）

短距离通信：LoRa或Zigbee用于田间传感器组网

远程传输：4G/5G或NB-loT将数据上传至云平台

网关设备：边缘计算网关进行本地数据处理和林议

转换

3.平台层（数据处理与存储）

云服务平台：接收、存储和处理传感器数据

数据分析模块：

土壤含水量趋势分析

作物需水量模型（结合气象数据和作物生长阶段）

灌溉决策算法

数据库：时序数据库存储传感器数据，关系数据库

存储农田信息

4.应用层（控制与交互）

智能灌溉决策系统：

闷值自动灌混：设置土康湿度阈值触发灌溉

智能预测灌溉：基于天气预报和作物需水模型预测

性灌溉

远程控制终端：

移动APP：实时查看数据、手动/自动控制切换

Web管理平台：农田分区管理、灌溉计划设置

自动执行设备：

电动阀门控制器

水泵控制模块

滴灌/喷灌系统

课后练习一、选择题结合本课学习通过课后练习，

在物联网系统中，智能花盆的土壤湿度传感器检测内容，独立完进一步巩固本课

至『'干燥”并将此信息上传到云平台，这个过程属于成课后练习。学习的温湿度的

（）O报警与响应相关

A.数据下行的内容。

B.数据上行

C.数据处理

D.数据存储

当物联网平台收到“温度过高''的报警后，根据预设

规则自动向大棚的风扇控制器发送“开启”指令。这

个过程主要体现了（）。

A.人工响应

B.上行数据传输

C.自动响应

D.数据采集

在温湿度报警响应系统中，主控板上显示“已收到

浇水指令”这条消息，它最直接的来源是（）。

A.本地湿度传感聘实时读数

B.物联网平台下发的下行数据

C.预先存储在程序里的固定文本

D.其他传感器上传的数据

二、判断题

物联网的数据下行仅指平台向设备发送控制指令，

不包括平台向用户手机App推送报警信息。：）

一个完整的物联网应用闭环通常包括：感知、上传

（上行）、分析/决策、下发（下行）、执行。（）

在本课实践中，我们只需要编写接收并显示平台响

应消息的代码，不需要考虑物联网平台如何发送消

息。（）

三、解答题

请结合共享单车案例，描述从用户扫码请求开锁到

骑行结束关锁付费的完整过程。要求：明确指出其

中至少一处数据上行和一处数据下行，并简要说明

如果遇到“账户余额不足”的问题，系统应如何响应。

参考答案

一、选择题

B（解析：传感器将数据发送到平台是数据上行。）

C（解析：平台根据规则自动发送指令，属于自动

响应。）

B（解析：主控板显示来自平台的消息，是接收下

行数据的结果。）

二、判断题

x（解析：数据卜.行泛指从平台到终端设备的数据

流，包括向用户App推送信息。）

Y（解析：这五个环节构成了物联网从感知到控制

的完整闭环。）

x（解析：需要理解平台发送消息的机制和格式，

才能正确编写接收和解析代码。）

二、解答题

示例流程与说明：

上行数据：用户使用手机App扫描单车二维码，该

开锁请求（包含单车ID和用户ID）上传至服务器。

平台决策：服务器验证用户身份和账户状态。

下行数据：若验证通过，服务器向指定单车的智能

锁下发“开锁”指令。

执行与结束：车领打开，开始计费。用户骑行结束

手动关锁，锁具将"已关锁''状态（又一次上行）上

报服务器，服务器停止计费并生成账单。

问题响应：如果在步骤2验证时发现“账户余额不

足“，系统不会执行下行“开锁”指令，而是通过App