人教版（2024）八年级全一册信息科技 第3单元 简单物联功能实践（11-15课）教案

第第页人教版（2024）八年级全一册信息科技第3单元简单物联功能实践（11-15课）教案第11课物联功能细分解一、教学目标分析知识与技能1.能够列举生活中的物联系统实例，准确描述物联系统的三层结构（感知层、网络层、应用层）及其功能。2.能够以数据流为核心分解物联功能，明确各层在具体功能中的协同作用。过程与方法1.通过案例分析（如物联公交站牌、智能家居），培养观察生活、抽象归纳的能力。2.通过小组讨论物联门锁功能，提升逻辑思维和团队协作能力，强化以数据为核心的系统分析方法。情感态度价值观1.激发对物联网技术的探索兴趣，感受科技在生活中的创新性应用。2.培养系统思维和跨学科整合意识，体会物联系统在提升生活便利性和智能化中的价值。二、教学内容及重点教学重点1.深入理解物联系统的三层结构（感知层、网络层、应用层）及其在实际场景中的具体作用。2.能基于数据流分析物联门锁的核心功能，明确各层如何协同实现智能化控制。教学难点1.从复杂的物联系统中抽象出三层结构模型，理解各层之间的数据传输与处理逻辑。2.运用系统分析方法设计新的物联功能（如健康监测联动），体现数据在功能拓展中的核心作用。三、教学过程设计教学过程教学内容教学方法情景导入（5分钟）师：同学们，在生活中我们经常用手机来控制智能家居或者门锁，这些场景中的设备是如何实现数据采集、传输、处理与控制等功能的呢？今天我们就来学习《物联功能细分解》，揭秘物联系统的工作原理。师：本节课的学习目标是寻找身边的物联系统，了解物联系统的三层结构，并能分析物联门锁系统的核心功能。师：本节课我们也将围绕以下两个问题开展：物联系统结构中各层分别实现什么功能？物联门锁系统可以分解为哪些功能？问题导向学习法知识点1：寻找身边的物联系统（5分钟）师：物联系统在生活中的应用非常广泛，如物联公交站牌、共享单车、物联家居、物联停车等。以物联公交站牌系统为例，该系统通过公交车搭载的北斗车载定位终端、加速度传感器等多个传感器和通信设备，实时感知公交车的位置、运行状态等数据并传输给服务器，再对数据进行分析处理，实现车辆定位、路线规划、到站提醒等应用功能，为乘客提供高效、便捷的出行体验。学习活动1（5分钟）师：现在我们来分析物联公交站牌的功能。该功能的工作过程是怎样的？你还知道哪些物联系统？这些系统有哪些功能？通过什么方式可以实现这些功能？师：以到站提醒功能为例，其工作过程可描述为：首先利用北斗定位终端和加速度传感器，精准采集公交的位置、速度数据；接着通过通信设备与数据网络，将采集到的数据传送至服务器；随后服务器系统对数据进行分析处理；最后把处理结果发送到公交车牌，以此实现到站提醒，让乘客能及时获取公交到站信息，展现物联网在智慧交通场景中信息采集、传输、处理与呈现的完整应用流程。师：物联系统在生活中应用广泛。智能家居系统，能实现家电、灯光控制，还有安防监控与环境监测。它借助智能传感器、家电及控制模块，通过Wi-Fi、Zigbee等无线通信技术。工作时，传感器采集室内温湿度、光照等数据，经无线信号传至家庭网关，智能终端或服务器处理后，自动调控空调、灯光等并展示状态。智能农业系统则用于监测农田环境，控制灌溉，预警病虫害，还能实现农产品溯源。它依靠农田传感器、监控设备，利用LoRa、NB-IoT等技术传输数据。采集的土壤、气象数据传至农业云平台处理，实现精准灌溉、病虫害预警，展示农产品生长信息用于溯源。案例教学法、小组讨论法知识点2：了解物联系统的三层结构（10分钟）师：通常把物联系统可以被划分为三层，即感知层、网络层和应用层。感知层作为基础，像电子标签读写设备、传感器等采集并预处理公交运行等数据，为系统奠基；网络层负责实现互联互通，凭借5G/6G、蓝牙等技术，安全可靠传输数据，充当连接纽带；应用层不仅能对感知层采集的数据计算、处理、分析挖掘，还可实时控制、精准管理现实世界，涵盖智能社区、智慧交通等多样应用，三层协同构建完整物联系统。类比法、图示分析法知识点3：分析物联门锁系统的核心功能（5分钟）师：物联门锁是物联系统的一个典型应用，可以实现刷卡开锁、门铃远程通知、远程控制开锁和刷脸开锁等多个功能。其每一个功能的实现都离不开软硬件的支持。讲授法学习活动2：（5分钟）师：现在我们以数据流为核心分析物联门锁系统的工作过程将关键要素填入表中。生：分组分析讨论。师：现在我们一起来总结下。物联门锁系统由感知层、网络层和应用层协同工作。感知层负责采集关键数据，刷卡开锁时采集门禁卡数据，门铃远程通知时获取门铃按下状态数据，远程控制开锁接收开锁指令，刷脸开锁则采集、识别、匹配人脸数据。网络层承担数据传输任务，将感知层数据传至应用层。应用层进行数据处理与指令执行，门禁卡校验通过后执行开锁；门铃状态数据传输后向用户通知反馈；接收到开锁指令就控制开锁；人脸匹配成功即控制开锁，通过各层紧密配合，实现物联门锁多样便捷功能。任务驱动法、故障分析法小组协作法、实践分析法拓展深化，回归生活（5分钟分钟）师：除了基础功能，物联门锁还能拓展新应用。可以将门锁与其他设备连接起来，实现智能化控制和管理。除了本课分析的功能，还可以实现什么功能？师：例如健康监测联动中，门锁触摸区设置健康传感器采集心率、血压等数据，经蓝牙低功耗传手机，再借手机网络传健康管理云平台，云平台分析异常时向用户或家人预警，联动智能家居调温湿度；社区服务关联里，门锁识别身份、记录出入及访客信息，用Wi-Fi传社区服务管理平台，平台推送生活服务、转达访客留言，对独居老人久未出门主动联系；能源管理协作方面，门锁记录回家、离家时间规律和开锁信息，经ZigBee传家庭能源中枢，再汇总传能源管理平台，平台依时间规律，离家时调空调、热水器到低功耗，快到家时提前开启，展现物联在不同场景采集、传输、反馈控制数据的应用。创新思维法、跨学科整合法课后作业（2分钟）师：请完成课后作业：畅想未来物联系统在教育领域的应用，例如“智能教室物联系统”。描述其功能（如自动考勤、环境调节）、工作过程（感知层采集数据→网络层传输→应用层处理）及便利（教师无需手动操作，学生考勤实时统计），字数不少于300字。课堂小结与评价（3分钟）师：本次课堂围绕物联系统展开，总结内容涵盖三方面：一是明确物联系统应用广泛、功能多样及相应实现方式；二是了解其由感知层、网络层、应用层构成，且三层协同实现智能化控制的原理；三是知悉物联门锁功能丰富，以及其可拓展新功能和在物联应用上的拓展价值。教学反思1.反思点：部分学生对三层结构的抽象概念理解困难，需更多具象类比，小组讨论时，部分学生难以将功能拆解到具体层次，需加强引导，拓展环节中，学生创新思维受限，可提供更多跨学科案例2.改进措施：增加快递物流案例：感知层（包裹条形码扫描）、网络层（物流信息系统传输）、应用层（用户实时追踪）。设计分层填空模板，引导学生逐步填写各层功能，降低分析难度。展示教育领域物联案例（如智能图书馆借还系统），启发学生联想。第12课刷卡开锁易实现一、教学目标分析知识与技能1.了解RFID门锁系统的组成及工作流程，能描述其输入、计算、输出模块的功能2.掌握舵机模拟开锁的硬件连接方法和程序逻辑，理解电子标签编码唯一性的作用3.能运用列表存储电子标签编号，实现刷卡开锁的判断逻辑，初步尝试用字典关联标签编号与用户信息过程与方法1.通过小组讨论、拆解实物、观看视频等方式，分析RFID门锁系统的工作过程，提升系统思维和分析能力2.经历“功能分析-硬件搭建-编程实现-测试验证”的实践流程，培养实践操作能力和问题解决能力3.在算法设计与实现过程中，发展计算思维和逻辑思维情感态度价值观1.体会物联网技术在生活中的应用价值，激发对物联网技术的兴趣和探索欲望2.通过小组合作学习，增强团队协作意识和交流分享能力3.感受技术创新为生活带来的便利，培养创新思维和安全意识二、教学内容及重点教学重点1.RFID门锁系统的工作流程（输入、计算、输出模块的具体功能）2.舵机模拟开锁的硬件连接与程序实现3.电子标签编码唯一性的理解与应用教学难点1.刷卡开锁功能中身份识别算法的设计（列表存储与判断逻辑）2.拓展任务中字典类型的应用（标签编号与用户姓名的关联及显示）三、教学过程设计教学过程教学内容教学方法情景导入（8分钟）师：生活中，诸如小区门禁、办公楼出入口等场所，人们刷卡门锁就会自动打开，请大家思考一下，刷卡究竟是如何实现开锁功能的呢？其中蕴含了哪些奥秘，今天我们就一同来深入探究。师：本节课我们将了解刷卡开锁的工作流程，同时学会分析刷卡开锁功能。师：今天的学习内容紧紧围绕下面三个问题：RFID门锁系统是如何工作的？物联门锁和普通门锁有什么不同？如何识别身份和控制开锁？师：我们先了解刷卡开锁的工作流程。大家要知道，RFID门锁系统是由内置电子标签的门禁卡、读卡器、控制模块以及锁体等部分组成的，通过这些组件协同工作，实现刷卡开锁功能。师：当门禁卡靠近读卡器时，读卡器自动读取电子标签内数据并传至控制模块，控制模块对数据进行分析判断，从而控制门锁的开启和关闭。问题导向学习新课教学知识点一：描述RFID门锁系统的工作过程（10分钟）师：同学们，前面我们了解了RFID门锁系统的组成及刷卡开锁基本流程。现在进入学习活动1，描述RFID门锁系统的工作过程。大家结合刚学的知识，梳理一下门禁卡、读卡器、控制模块和锁体之间是如何协同运作实现开锁的。师：在RFID门锁系统的工作流程里，当用户刷卡这一输入操作发生后，系统会依据既定规则开展计算，即对相关信息进行比对分析，以此判断用户是否具备权限通过，完成计算环节后，输出结果体现为允许开门或者禁止开门，从而实现刷卡开锁功能。师：门禁卡内部的电子标签起着关键作用，它主要用来存储用户身份数据。基于RFID技术，凭借这些存储的数据，就能实现刷卡开锁功能。师：我们已经了解了刷卡开锁的工作流程，现在进入分析刷卡开锁功能环节。根据RFID门锁系统工作过程，刷卡开锁功能可分为输入、计算和输出三个模块。这里的表格详细列出了各模块对应的硬件及实现思路：输入模块用电子标签和RFID读卡器读取电子标签的编号；计算模块通过主控板储存电子标签编号，同时判断编号是否在列表中；输出模块利用舵机模拟开门。师：回顾第7课读取电子标签编码的实践活动。现在思考两个问题：一是每个钥匙卡的编号是否相同；二是这些编号有什么用途。讲授法实践学习新课教学知识点二：体验舵机模拟开锁（10分钟）师：同学们，接下来进入学习活动2体验舵机模拟开锁。这是一个实践环节，大家要按步骤操作：第一步，连接主控板和舵机，确保硬件连接正确；第二步，实现舵机转动来模拟开锁功能，这考验大家对原理的运用；第三步，把程序烧录到主控板，然后仔细观察舵机转动情况。本实验活动需要用到的物联实验设备有主控板，RFID读卡器，RFID卡，4pin连接线，分支模块，舵机等。实验步骤第一步：连接主控板和舵机将舵机连接在分支模块的S2接口，注意舵机橙黄色的信号线对着S接口。将分支模块用4PIN连接线连接在主控板的P0/P1引脚。第二步：编写程序打开mPython软件，单击mPython的“教程”→教程案例→义务教育指南八年级代码→图形化程序→第三单元→第12课刷卡开锁易实现→学习活动2.mxml，打开本活动的程序。初始化舵机连接引脚P1，随后设置角度为180度并保持2秒，最后将角度调整为0度，转回起始位置。师：代码版如图所示。（3）第三步：单击mPython的刷入，将程序下载到主控板中。（4）第4步：功能测试。检验舵机能否按预期模拟开锁动作。师：前面学习了硬件连接方法、舵机工作原理，还掌握了读取电子标签编号及模拟开锁的操作，现在就基于这些知识，模拟实现RFID开锁系统的完整流程，通过实操进一步熟悉刷卡开锁从信号采集到执行的全环节逻辑。讨论法合作学习实践操作新课教学知识点三：体验舵机模拟开锁（10分钟）师：现在我们来体验学习任务三：舵机模拟开锁。任务1，我们要设计模拟实现算法。任务2是基于我们设计好的算法，真正去实现刷卡开锁功能。师：下面我们进入任务1，设计模拟实现算法。我们需要解决“刷卡开锁如何实现用户身份识别以及怎样设计算法”这个问题。师：我们一起来看流程图。刷卡开锁先经用户刷卡操作触发，门禁系统读取卡内电子标签编码，与预存有权限编码列表比对，若存在则控制舵机转动实现开门，不存在则不开门；算法流程上，先储存有权限电子标签编号，识别并获取标签编号后，判断是否在权限列表，在则控制舵机，不在则不控制，以此完成身份识别与开锁控制。师：下面进入任务2，实现刷卡开锁功能。在任务1硬件连接的基础上增加RFID读卡器，将RFID读卡器用4PIN连接线连接在主控板P13/P14接口。（2）第二步：编写程序打开mPython软件，单击mPython的“教程”→教程案例→义务教育指南八年级代码→图形化程序→第三单元→第12课刷卡开锁易实现→学习活动3.mxml，打开本活动的程序。首先初始化RFID模块并定义列表，将电子标签编号存储到列表内。尝试识别电子标签，获取电子标签后，判断获取的电子标签编号是否在列表中，若在则控制舵机转动，反之舵机则不转动。师：代码版如图所示。（3）第三步：单击mPython的刷入，将程序下载到主控板中。（4）第4步：功能测试。将RFID卡靠近RFID读卡器，观察舵机是否按预期转动，以此检验刷卡开锁功能是否正常实现。讨论法合作学习讲授法拓展深化，回归生活（4分钟）师：在小区管理里，为了能精准管理进出人员，会把门禁卡和业主身份数据关联起来，靠标签编号的唯一性来识别业主身份。尝试实现当用户刷门禁卡时，就能在显示屏上显示出用户的姓名。提示：可以在上一个活动的基础上进行更改，比如这个代码思路：首先初始化RFID模块，将其连接到P14和P13引脚。定义sn_list存储授权卡号，如“36384575”对应业主张三，“1025599731”对应业主李四。程序进入循环，持续读取RFID卡片信息。当检测到卡片时，获取其序列号并与sn_list比对。若匹配成功，通过映射关系找到对应的业主姓名，例如卡号“36384575”映射为“张三”。随后初始化舵机并控制其转动到180度（开门状态），同时在显示屏上显示“欢迎张三回家”。保持3秒后，舵机复位到0度（关门状态）。若卡号未授权，则在显示屏显示“未授权访问”并保持3秒。通过卡号与业主姓名的映射关系，结合硬件控制与显示输出，实现了刷卡显示业主身份的功能。问题导向学习讨论法实践操作课后作业（1分钟）师：本节课的课后作业为详细描述RFID门锁系统的工作流程，要求包含门禁卡、读卡器、控制模块和锁体之间的信息传递和动作执行过程，字数不少于200字。课堂小结与评价（2分钟）本节课，我们了解到了刷卡开锁的工作流程，进一步熟悉了RFID，实现了刷卡开锁功能。教学反思1.反思点：本节课通过情境导入和实践操作激发了学生兴趣，但在小组讨论环节，部分学生参与度不足，对算法逻辑的理解存在差异。拓展任务中，字典应用的讲解稍显仓促，部分学生未能完全掌握标签与用户信息的关联方法。此外，硬件设备的兼容性问题导致少数小组调试耗时较长，影响了教学节奏。2.改进措施：下次课将优化分组策略，增加引导性问题，如“如何用字典快速匹配编号与姓名”，提升讨论深度。针对算法难点，可通过流程图分步演示列表判断和字典调用过程。课前全面测试设备，提供备用组件，同时为基础薄弱学生设置分层任务，如先完成固定编号的开锁功能，再尝试动态数据关联，确保不同水平学生均能有效参与。第13课门铃通知即时到一、教学目标分析知识与技能1.理解物联系统中反馈的概念、类型及作用。2.掌握门铃远程通知功能的硬件架构与数据传输流程，明确MQTT服务器的核心作用。3.能通过编程实现“发布-订阅”模式下的跨设备通信。过程与方法1.通过“视频观察—模块分析—实践操作”的探究过程，提升逻辑思维与系统分析能力。2.在小组合作中完成硬件搭建与代码调试，增强动手能力与协作意识。情感态度价值观1.感受物联网技术在生活中的应用价值，激发对信息技术的兴趣。2.渗透信息安全意识，理解数据传输中的隐私保护重要性。二、教学内容及重点教学重点1.反馈的分类（可视化反馈、通知反馈）。2.门铃系统的输入-计算-输出模块功能。3.MQTT服务器的主题订阅与消息中转机制。教学难点1.主控板与服务器的网络连接配置。2.“发布-订阅”模式的跨设备通信逻辑。3.代码调试中传感器触发与消息显示的同步问题。三、教学过程设计教学过程教学内容教学方法情景导入（4分钟）师：现在的很多智能门锁，当有人按门铃时，即使主人不在家也可以通过手机等设备远程查看到信息，那么“物联门铃”如何远程获得门铃信息？通过本节课我们一起来学习。师：本节课我们的学习任务是认识物联系统中的反馈并学会分析门铃远程通知功能。问题导向学习新课教学知识点一：认识物联系统重的反馈（14分钟）师：同学们，接下来我们一起认识物联系统中的反馈。在物联系统里，反馈是对现实世界采取行动的过程，那些能实现反馈的设备，我们称之为输出设备。像灯泡、音响、电脑显示器，都是典型的输出设备。通过这些输出设备的反馈，大家能清晰知晓物联系统中的数据是怎样被利用的。师：我们以门铃远程通知系统为例来进一步认识物联系统中的反馈。当访客按下门铃，作为物联系统感知层的门铃采集到这一操作信号，经网络传输等环节，物联系统将信息处理后，在手机界面输出“显示有访客”的反馈，让用户及时知晓门外情况。师：除此之外，生活中还有很多物联应用。物联灯可以通过手机控制开关、调整亮度和色温；物联空调可以通过手机实现开关、调整温度、设置时间等操作。师：反馈的形式多种多样，主要有可视化和通知等方式。具体采用哪种反馈方式，取决于物品的功能用途。师：了解了物联系统中的反馈，接下来我们深入分析门铃远程通知功能。它由输入、计算和输出三个模块构成。输入模块，硬件上靠主控板和按键传感器，实现思路是采集门铃状态数据，再把消息发到MQTT服务器对应主题。计算模块，需要具备移动热点功能的计算机，实现思路是搭建MQTT服务器，设置主题，实现消息的发布和订阅。输出模块，主要硬件是主控板，实现思路是订阅MQTT服务器相应主题，收到消息就以通知方式提醒用户。师：经过以上分析，我们可以知道门铃远程通知功能的项目原理。门铃端是输入模块，相当于发布者，负责把“有人按门铃”这个信息发出去；MQTT服务器是计算模块，像一座桥梁，连接着门铃端和用户端；用户端是输出模块，作为订阅者接收消息。当有人按门铃，门铃端采集信息发给MQTT服务器，服务器再把消息推送给用户端，用户端就能收到“有人按门铃”的通知。新课教学知识点二：模拟实现远程通知功能（20分钟）师：同学们，接下来我们通过学习活动2来模拟实现远程通知功能，将前面所学门铃远程通知原理进行实践操作。本学习活动有两个关键任务。任务1：大家要把控制信息发布到MQTT服务器。具体操作是，按下按键后，主控板得向MQTT服务器指定主题“×××”发送“有人按门铃”的消息，这就相当于模拟门铃端的信息发布功能。任务2：需要订阅主题并显示按门铃信息。主控板B订阅主题“×××”消息，一旦收到“有人按门铃”的消息，就得在主控板上显示出来，这是模拟用户端接收和呈现信息。师：本实验活动需要用到的物联实验设备有两个主控板以及MQTT服务器。师：同学们，接下来我们学习MQTT服务器操作。首先，需访问/完成注册登录。登录后，进入“项目管理”，点击“+”添加项目，输入名称并确定。项目创建好后，点击“MQTT”区域的“查看”。最后，在设备管理界面点击“+添加设备”。师：完成结果如图所示。师：我们先来完成任务1：将按门铃信息发布至MQTT服务器。首先，要把主控板A连接Wi-Fi，这是建立通信的基础。接着，建立主控板A与MQTT服务器的连接，让二者能“对话”。然后，当主控板读取到按键传感器被按下这个动作时，就要向MQTT服务器对应的主题发送“有人按门铃”这条消息。最后是功能测试环节，把程序烧录到主控板A，连接好按键传感器和主控板，按下按键传感器，去MQTT服务器看看能不能收到消息。师：打开mPython软件，单击mPython的“教程”→教程案例→义务教育指南八年级代码→图形化程序→第三单元→第13课门铃通知即时到→学习活动2-任务1.mxml，打开本活动的程序。首先设置连接Wi-Fi，准确填写环境中可用的wifi名称和密码。接着配置MQTT连接信息，服务器为“”，端口1883，指定client_id、user、psd，这三个参数在物联网平台对应项目中添加设备时自动生成。将变量“bt”设为按键初始化（引脚A）。程序不断循环，当获取按键“bt”状态为1（即按键A被按下）时，向主题“5b47fD2cGl”发布“有人按门铃”消息，主题编号同样在物联网平台对应项目中的主题中查看，随后等待5秒，继续循环监测按键状态。点击“刷入”，把程序刷入主控板A。师：代码版如图所示。师：可以看到，当按键A被按下的时候，MQTT服务器发布“有人按门铃”消息。师：当MQTT服务器成功接收到这条“有人按门铃”的消息后，我们进入任务2。师：下面我们一起来完成任务2：从MQTT服务器订阅按门铃信息并显示。让主控板B连接MQTT服务器，在MQTT服务器中订阅对应主题，当收到主题消息时，在主控板B屏幕显示该消息。最后进行功能测试，将程序烧录到主控板B，按主控板A按键传感器，查看主控板B屏幕是否显示“有人按门铃”。师：在前面的项目中再次点击“+添加设备”，输入名称“主控板B”并确定。可以看到主控板B被添加后的信息。师：打开mPython软件，单击mPython的“教程”→教程案例→义务教育指南八年级代码→图形化程序→第三单元→第13课门铃通知即时到→学习活动2-任务2.mxml，打开本活动的程序。同样的方法，使设备连接wifi，使用主控板B设备的client_id、user、psd三个参数将主控板B与物联网服务器建立连接。连接上物联网平台后，订阅主题“5b47fD2cGl”的消息，当从该主题接收到消息时，将消息存于变量“msg”。若“msg”内容为“有人按门铃”，就在显示屏显示该消息，等待5秒后，清除屏幕显示内容。点击“刷入”，把程序刷入主控板B。师：代码版如图所示。师：功能演示：按下主控板A上的按键A，如果主控板B的屏幕成功显示出“有人按门铃”这条消息，就表明从信息发布到接收显示的整个流程运作正常。讲授法实践学习拓展深化，回归生活（4分钟）师：同学们，现在我们要进一步探讨除当前显示方式外，还有哪些途径能向用户发出门铃提示，以及对应的执行器，并尝试修改程序来达成。生：讨论回答。师：大家的回答都很好。除当前显示方式外，可通过以下途径发出门铃提示及对应执行器实现：1.声音提示：执行器为蜂鸣器或扬声器，程序中添加控制蜂鸣器引脚输出高低电平代码，可设置不同频率和时长的提示音。2.震动提示：执行器为振动马达，程序中添加控制振动马达引脚输出高电平触发震动。3.手机通知：执行器为手机APP，需集成MQTT客户端或短信API，在程序中添加消息推送代码，当检测到门铃触发时向手机发送推送通知。修改程序时，需根据所选执行器类型，在原按键检测或消息接收事件处理函数中增加对应执行器的控制代码，并配置好硬件连接和通信参数。问题导向学习讨论法实践操作课后作业（1分钟）师：本节课的课后作业为简述物联网系统中反馈的作用，以及门铃远程通知里反馈的实现方式。课堂小结与评价（2分钟）本节课，我们学习了门铃远程通知的工作过程，认识物联系统中的反馈，知道反馈的作用。了解了使用物联网服务平台存储和传输数据的方法，能够实现门铃远程通知功能。教学反思1.反思点：教学中通过视频情境与任务驱动有效激发兴趣，但存在硬件连接指导不足、代码理解难度大等问题。部分学生因参数配置问题受阻，代码逻辑讲解缺乏直观类比。小组协作时分工不明确，拓展环节执行器示例不足。2.改进措施：细化硬件操作图文指南，标注易错参数；用流程图拆解代码逻辑，增设可视化调试工具教学；明确小组分工角色，提供蜂鸣器、LED灯等执行器连接示例代码，增强实践可操作性，提升学生对物联系统反馈机制的综合应用能力。第14课远程控制更便捷一、教学目标分析知识与技能1.理解物联系统中反馈与控制的关系，知晓控制是基于反馈数据调整设备或系统工作状态。2.明晰远程控制开锁功能的实现流程，熟悉其输入、计算、输出模块组成及对应硬件。过程与方法1.通过模拟实现远程控制开锁功能的实践操作，提升对物联系统中控制过程的理解与应用能力，增强小组合作与问题解决能力。情感态度价值观1.激发对物联网技术的兴趣。2.体会物联网技术在生活中的便捷性与重要性。3.增强对信息技术的探索欲与创新意识。二、教学内容及重点教学重点1.物联系统中反馈与控制的关系。2.远程控制开锁功能的实现过程，包括各模块的作用及硬件组成。教学难点模拟实现远程控制开锁功能的实践操作，如MQTT服务器的搭建、代码的编写与调试。三、教学过程设计教学过程教学内容教学方法情景导入（10分钟）师：同学们，在现代生活中，远程控制技术为我们带来诸多便利。比如，当快递员按响门铃时，门铃远程通知功能能让我们在手机上即时收到提醒，即便不在家也能知晓访客情况。再如远程控制开锁，哪怕人在纽约，也能通过手机一键打开上海家中的门，方便亲友、家政人员等进门。这些应用场景，极大地提升了生活的便捷性与安全性，让人们切实感受到智能科技的魅力。那么为什么能够实现远程控制门铃开锁呢？师：本节课我们将认识物联系统中的控制，学会分析远程控制开锁功能。师：物联系统中的反馈与控制密不可分，控制是基于反馈的数据调整设备或者系统的工作状态。以火车站的验票系统为例，当乘客在闸机上刷身份证并注视摄像头时，系统采集乘客的身份数据，通过网络传输到验票服务器；验票服务器进行分析后，作出是否允许乘客通过闸机的决策，反馈给闸机系统；闸机系统根据反馈数据判断是否打开闸机。师：在物联系统中，控制通常分为人工控制和自动控制。以扫地场景为例，人工控制体现为人借助手机、APP或智能音箱语音指令，对扫地机器人执行启动、暂停、切换工作模式等操作，实现人为干预；自动控制则是扫地机器人启动后，依靠红外、激光等传感器探测障碍物、识别清洁区域，自主规划清扫路径、调节清扫力度，无需持续人工介入即可完成清扫任务，通过该场景清晰呈现两种控制类型在物联系统中的应用与区别。问题导向学习新课教学知识点一（14分钟）师：同学们来思考一下：你见过或听说过哪些远程控制的案例呢？它们是如何实现控制的？其实像智能家居，我们可以用手机APP控制灯具、空调等。这是因为设备内置通信模块连接局域网，手机APP经互联网发送指令就能实现控制。师：接下来我们分析远程控制开锁功能。其过程如下：首先，用户借助硬件设备（如手机）发出开锁指令。该指令通过网络传输至MQTT服务器，服务器作为中枢进行信息处理。处理后的指令再被发送至连接门锁的硬件设备（如舵机），舵机接收到指令后执行开锁动作。通过硬件设备、MQTT服务器、硬件设备之间的信息交互，完成远程控制开锁的功能，展现了物联网在智能家居控制中的应用。师：我们来深入分析远程控制开锁功能。它由输入、计算、输出三个模块组成。输入模块硬件采用主控板和按键传感器，负责采集按键状态数据，并将消息发布至MQTT服务器相应主题；计算模块借助具备移动热点功能的计算机搭建MQTT服务器，设置主题并实现发布与订阅功能；输出模块由主控板和舵机组成，通过订阅MQTT服务器相应主题，在收到消息后控制舵机转动。讲授法实践学习新课教学知识点二：模拟实现远程控制开锁功能（14分钟）师：现在我们来模拟实现远程开锁功能，完成学习活动二。本活动需要用到的物联实验设备有两块主控板，一个舵机，一个分支模块，一个4pin连接线以及MQTT服务器。师：同学们，搭建MQTT服务器时，首先要访问地址/进行注册并登录账号。之后，在界面中点击“项目管理”，在项目管理界面点击“+”来添加项目，输入项目名称并确定。接着点击“MQTT”区域的“查看”按钮，最后在设备管理区域点击“+添加设备”。师：完成后的效果如下。实验步骤：第一步：将舵机连接在分支模块的S2接口。将分支模块用4PIN连接线连接在主控板B的P0引脚。用数据线将主控B和主控板A与电脑连接起来。（2）第二步：连接主控板A和电脑。打开mPython软件，单击mPython的“教程”→教程案例→义务教育指南八年级代码→图形化程序→第三单元→第14课远程控制更便捷→学习活动2-任务1.mxml，打开本活动的程序。首先配置Wi-Fi连接信息，以便设备接入网络。接着设置MQTT连接参数，包括服务器地址“”、端口1883，以及client_id、user、psd等认证信息，实现与MQTT服务器的连接。然后初始化按键变量btn_a（关联引脚A）。程序进入循环，持续检测按键btn_a的状态。当按键状态为1（即被按下）时，向主题“5b47fDXrEq”发布“open”消息。师：代码版如图所示。师：程序编写完成后，将其刷入到主控板A中。师：接下来编写订阅者，也就是主控板B的程序，连接主控板B和电脑，打开mPython软件，单击mPython的“教程”→教程案例→义务教育指南八年级代码→图形化程序→第三单元→第14课远程控制更便捷→学习活动2-任务2.mxml，打开本活动的程序。首先定义open函数，实现舵机转动模拟开锁动作；接着配置Wi-Fi和MQTT连接参数并建立连接；订阅指定MQTT主题，收到消息后判断是否为“open”，若是则执行open函数，通过MQTT消息触发舵机动作，完成远程控制开锁逻辑。师：代码版如图所示。师：单击mPython的刷入，将程序下载到主控板B中。（4）第4步：功能测试。通过按下主控板A的A键，观察MQTT服务器是否收到“open”信息。师：服务器收到“open”消息后，观察舵机是否转动。讨论法合作学习实践操作拓展深化，回归生活（4分钟）师：现在我们进入拓展与提升环节。现在两个小组合作，尝试用自己小组的主控板去控制对方小组的舵机。同时，大家要思考：远程控制开锁功能存在哪些安全隐患呢？生：讨论思考。师：远程控制开锁功能存在网络易被黑客攻击致指令传输截获篡改、设备软硬件有漏洞易被不法分子利用、用户账户密码简单或被盗用可非法开锁、信号不稳定或受干扰时可能误开或无法开锁等安全隐患。问题导向学习讨论法实践操作课后作业（1分钟）师：本节课的课后作业为思考远程控制开锁功能在实际应用中的优缺点。优点方面，从便捷性、智能化等角度分析；缺点方面，从安全隐患（如数据泄露、非法入侵等）、依赖网络等角度分析。课堂小结与评价（2分钟）本节课，我们了解了物联系统中控制实现的过程，知道反馈与控制的关系；通过远程控制开锁功能的模拟实现，体会了控制在物联系统中的作用。教学反思1.反思点：案例引入贴合生活，但技术细节（如MQTT配置、代码异步机制）讲解不足，部分学生因环境配置和逻辑理解困难受阻。小组合作存在参与度不均，硬件故障排查预设不足，反馈机制依赖巡视，缺乏数据可视化监测。2.改进措施：细化技术操作手册，分步演示服务器搭建与代码调试；设计分层任务卡，明确组内分工；课前检测硬件并提供故障排查指南；引入实时消息监控界面，动态展示数据传输状态，增强反馈时效性。第15课面容钥匙显智能一、教学目标分析知识与技能1.认识人脸识别技术，能阐述机器识别人脸的基本过程。2.了解刷脸开锁的模块组成及实现思路，能结合物联系统分析其工作原理。过程与方法1.通过体验人脸识别平台、搭建刷脸开锁模拟环境，提升观察分析与实践操作能力。2.在小组合作中探究技术实现路径，增强问题解决与团队协作能力。情感态度价值观1.感受人工智能在生活中的应用价值，激发对物联网技术的学习兴趣。2.树立生物特征数据安全意识，养成谨慎授权个人信息的习惯。二、教学内容及重点教学重点1.人脸识别的基本过程（检测、特征提取、对比）。2.刷脸开锁的三大模块（输入、计算、输出）及与人脸检测平台的数据交互。教学难点1.多设备协同工作时的数据传输逻辑（如主控板与摄像头、舵机的指令传递）。2.监测到人脸开锁的编程逻辑。三、教学过程设计教学过程教学内容教学方法情景导入（8分钟）师：在智能生活场景构建中，门锁作为家居安防与便捷通行的关键节点，其开锁模式持续迭代。从钥匙开锁的物理机械适配，到刷卡开锁的射频识别应用，再到远程控制开锁的网络指令交互，展现了从传统机械逻辑向智能物联体系的演进。这些模式覆盖不同使用需求与场景，反映出智能门锁技术在安全性、便捷性维度的探索，接下来我们将深入剖析其技术原理与应用价值。师：伴随人脸识别技术快速发展，刷脸开锁应用愈发广泛，可为人提供更安全、便捷的生活体验。师：本节课将认识人脸识别，学习利用摄像头实现人脸识别并探究刷脸开锁功能。师：我们来思考：人脸识别是如何实现的呢？人脸识别有什么优势和挑战？师：人脸识别是基于人的脸部特征数据进行身份识别的技术。人脸识别的过程：系统对输入的图像进行人脸检测，找到并框出人脸，使用算法提取人脸图像中的特征点，不仅能识别出人的表情、年龄，还会根据预先设置的匹配算法和条件来判断输入人脸的身份，师：请同学们想想人脸识别靠哪些特征，还有机器是怎么描述和识别人脸的，然后在表格里勾选合适的特征，也可以把想到的其他特征填上去。问题导向学习新课教学知识点一：观察小组成员的五官特点（10分钟）师：现在我们开始学习活动一，观察小组成员五官特点并描述，然后把自己或组员不同角度照片上传到人脸识别平台，体验人脸识别功能，同时思考机器识别人脸的步骤。师：我们来看一个五官特征描述的例子。如图中面容，眉毛浓密，单眼皮，高鼻梁，厚嘴唇，方脸，这些五官特征的独特组合，构成个体面容的唯一性，为面容识别提供了丰富的信息基础，也展现了面容识别技术在精准捕捉和分析五官特征方面的应用价值。师：那么机器是怎样识别人脸的？首先是图像采集，借助摄像头获取人脸静态图像或动态帧。接着进行人脸检测，通过算法定位人脸并确定其边界。随后是