人教版（2024）八年级全一册信息科技第21课 文物保护新手段 教案

第第页人教版（2024）八年级全一册信息科技第21课文物保护新手段教案一、教学目标分析知识与技能1.能够阐述物联网在文物保护中的具体应用，准确描述博物馆环境监测系统的工作原理及所涉及的物联网技术。2.能够熟练掌握物联网环境监测系统中数据采集、传输、存储、分析处理和反馈控制的操作流程，学会选择合适的物联实验设备搭建模拟系统。过程与方法1.通过对博物馆环境监测系统的实践探索，提升分析问题、解决问题的能力，培养逻辑思维和创新思维。2.通过分组讨论和合作实践，增强团队协作能力和沟通能力。情感态度价值观1.认识到文物保护的重要性和紧迫性，激发对文物保护的责任感和使命感。2.培养对物联网技术的兴趣，提高对科技应用于文化领域的关注度。二、教学内容及重点教学重点物联网在文物保护中的应用方式。博物馆环境监测系统的功能需求分析、功能实现过程以及模拟系统的搭建与操作。教学难点理解博物馆环境监测系统各环节的工作原理及相互关系。设计高效的监测系统，尤其是算法设计和异常情况的处理逻辑。在实践操作中解决遇到的技术问题，如传感器的连接与调试、数据传输的稳定性等。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，在历史的长河中，文物承载着无数珍贵的记忆，它们是人类文明的璀璨明珠。想象一下，当我们走进博物馆，那些静静陈列的文物，背后有着怎样的故事？博物馆里有这样一种高气密墙展柜，它配备了气体净化装置和控湿装置，能防止外界有害气体和湿度变化对文物造成损害。大家见过文物修复过程吗？文物修复师们戴着专业手套，小心翼翼地修复和鉴定文物，他们让破损的文物重焕生机。这些文物保护措施，背后都蕴含着大学问。今天，我们就一起来探究文物保护的新手段。师：这节课咱们有两个学习目标。一是了解物联网在文物保护中的应用，二是通过博物馆环境监测系统的实践探索，掌握利用物联网解决问题的方法，并能迁移应用于解决其他问题。师：来思考两个关键问题：物联网如何助力文物保护？博物馆环境监测系统是如何工作的？使用了哪些物联网技术？师：这节课我们有两大学习内容。先一起探索物联网在文物保护中的应用，再进行博物馆环境监测系统实践。问题导向学习知识点一：探索物联网在文物保护中的应用（4分钟）师：在生活里，物联网已无处不在。在文物保护邻域也有它的身影，利用物联网技术，将文物连接互联网，可以实现对文物全方位、全时段的监测和管理。像故宫的实时监测和调控，秦始皇帝陵360度的全景漫游展示，敦煌莫高窟的数据大屏。讲授法知识点二：博物馆环境监测系统实践（4分钟）师：我们知道环境会加快文物被侵蚀的速度，使文物产生裂缝，褪色或发霉，那么请同学们通过博物馆环境监测系统实践，来探寻如何更好地保护每一件文物，让它们免受岁月的侵蚀？问题导向学习学习活动一：探究博物馆环境监测系统的功能实现（6分钟）师：同学们思考两个重要问题：与传统的环境监测工具相比，基于物联网的博物馆环境监测系统有什么优势？需要实时监测哪些环境数据？师：基于物联网的博物馆环境监测系统相比传统工具，在监测的实时性、精准性、全面性、智能化及数字化管理定位等方面更具优势。师：温度、湿度、光照强度、烟雾、二氧化碳浓度等因素都会对文物所处的环境产生影响，因此实时监测它们尤为重要。其中温度和湿度会直接影响文物的保存。通过实时监测、控制温度和湿度，可以确保环境达到最佳状态。讲授法学习活动二：分析博物馆环境监测系统的功能需求（8分钟）师：下面我们从需求分析、功能实现、算法设计这几方面，深入分析博物馆环境监测系统的功能需求。师：我们按环节梳理，像反馈与控制环节要实时获取当前环境的温度和湿度，传输存储环节要将获取的数据发送并存储在物联网服务平台，分析处理数据环节要利用物联网服务平台上的数据图表，分析环境数据是否在阈值范围之内，最后再反馈实时显示温度和湿度，若温湿度超出阈值范围，则执行打开或关闭空调、打开或关闭恒湿器的操作。师：前面分析了需求，现在看功能实现。数据采集靠传感器，传输存储需利用通信模块与云平台，分析处理需使用专门软件，反馈控制由主控板完成。请大家完善图片，加深理解。师：对于算法设计，我们首先要设置网络及物联网平台，一直循环以下操作：获取文物存放环境的温度和湿度数据，将这些监测数据上传到物联网服务平台进行处理；然后系统会检查当前温度是否在预设的安全阈值区间内，如果温度过高就会打开空调来降温，如果温度过低就会关闭空调；如果温度正常：维持现有状态。温度检测完成后，系统也会监测湿度是否在预设的安全阈值区间内，如果湿度过高就会打开恒湿器除湿，如果湿度过低就会关闭恒湿器，同样如果湿度正常就维持现有状态。师：通过物联网技术实现对文物保存环境的实时监控和自动调节，确保文物始终处于最适宜的温湿度环境中，防止因环境因素导致文物的损坏。需把握步骤逻辑，绘制完整流程图。讲授法学习活动三：模拟实现博物馆环境监测物联系统功能（12分钟）师：下面我们进入模拟实践，根据确定的功能需求，来模拟实现博物馆环境监测物联系统。师：首先配置物联网服务平台。进入“掌控IOT”平台（网址：/，依照相关指引与要求进行操作，完成平台的初始化与参数设置等工作，确保主控板与平台之间能够顺利实现数据的交互与传输，为后续的功能实现奠定基础。师：进入掌控IOT在线物联网服务平台后，点击“项目管理”-“添加项目”，输入项目名称，再点击“查看”-“添加设备”，用以获取MQTT信息。师：完成硬件搭建任务所需的设备有：一块主控板，两个继电器，一个DHT11传感器，一个分支模块，一个USB加湿器，一个制冷片组件还有三根4pin连接线。师：先把制冷片组件、USB加湿器分别与两个继电器相连，再把DHT11传感器和两个继电器分别用三根4pin连接线与主控板P0,P1口，P13,P14口，P15,P16口相连，注意连接方式和接口位置。师：接下来编写实现身高记录的测量和反馈功能程序，打开mPython软件，在人教版扩展库（educore）中拖出代码。按照功能需求，读取温湿度传感器数据，并在显示屏显示，将温湿度数据上传到MQTT服务器；如果温度不在正常范围，就开启空调，并开始计时，否则关闭空调，温度计时器清零；如果湿度不在正常范围，就开启恒湿器，并开始计时，否则关闭恒湿器，湿度计时器清零；如果空调或者恒湿器运行超时，蜂鸣器就发声报警。师：代码版如图所示。师：最后点击“刷入”，将代码版程序刷入主控板中。师：下面我们来进行功能演示。DHT11传感器实时采集外界温湿度信息，主控板获取数据并实时呈现温湿度数值，制冷片和加湿器会根据设定的温度和湿度范围打开或关闭，当空调或者恒湿器运行超时，系统执行异常提醒功能。师：请同学们分小组，在MQTT服务器中的项目主题详情中查看并分析温湿度数据，检测不同位置的环境数据，将数据记录在表中。师：对于收集的数据，通过分析图表可以直观发现数据的变化情况。在具体实现方式上，可以在物联网服务平台直接查看图表，也可以下载数据用电子表格工具制作图表，还可以尝试使用Python模块实现数据可视化。师：每个小组选择一个固定位置收集一定时间段的数据。获取的数据：博物馆环境的温度、湿度数据；获取数据的环境：博物馆内特定区域（如展柜、展厅等）；数据分析形式：物联网服务平台，电子表格，Python模块。师：请同学们查找不同文物的保存环境要求，填写表格，确定环境数据阈值。比如木器漆，油画、书画、古籍、文献、碑帖和织绣等的适宜温度范围为14-20℃，适宜湿度范围为50-60%RH；青铜器的适宜温度范围为20℃，适宜湿度范围为0-40%RH。讲授法实践操作法小组合作法拓展与提升（3分钟）师：下面进行拓展提升部分。同学们思考一下：在博物馆中，除了要为文物营造恒温、恒湿的环境，还有哪些环境因素值得关注？请在探索本项目的基础上，为博物馆环境监测系统增加一个新的功能。实地考察本地的博物馆、学校的校史馆等，观察是否利用了物联网相关技术。若有，请在充分了解后，提出升级改进方案；若没有，请设计一个方案。师：此外我们还可以增加异常提醒功能，如在一定时间内温度还没达到预设值就控制蜂鸣器或者LED灯等报警。讲授法课后作业（1分钟）师：请同学们在课后根据课堂所学的博物馆环境监测系统知识，设计一个针对学校校史馆的简易物联网环境监测方案，画出系统流程图，并简要说明各环节功能。课堂小结与评价（2分钟）本节课，大家对物联网在文物保护中的应用有了清晰的认识，通过博物馆环境监测系统的实践探索，掌握了利用物联网解决问题的方法，并能迁移应用于解决其他问题。这是非常宝贵的技能，希望大家能灵活运用，去应对生活中的其他问题。教学反思1.反思点：学生对物联网助力文物保护的原理及监测系统各环节关联理解不深，实践中硬件搭建和代码编写困难，反映出复杂知识体系构建不足、技能熟练度欠缺。小组讨论部分学生参与度低，理论讲解与实践操作时间分配不合理，