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1、初中信息技术优质课评选活动模拟建设智慧小班级-物联网数据呈现教学设计*2021年11月模拟建设智慧小班级-物联网数据呈现J课题g析【课题内容】物联网中数据可视化及其作用，物联网中数据呈现的方式。【位置与作用】L本课在八年级“物联网与探索”模块的第四章第一节，是在学生学习物联网数据采 集与传输之后，进一步学习物联网数据使用的新课程。2.本节课的学习为4.2节“物联网数据控制”、第五章“物联网工作过程”和第六章 “物联网创新应用”奠定基础，在“物联网与探索”模块中起着桥梁作用。【课时安排】1课时 r1B.竺【思维特征】学生的逻辑思维能力较强，但编程思维有待发展。【心理特征】对科技充满兴趣，乐于尝试
2、新鲜事物。【知识水平】具备一定的计算机基础知识，对互联网和物联网也有所了解。但本次授课情况特殊, 学生的物联网基础可能比较薄弱。:教姜目标【素养目标】1 .通过“模拟空调控制系统-温度数据呈现”的任务分析，发展计算思维。2 .根据任务要求完成系统功能设计并体验数据可视化，培养数字化学习与创新能力。【学业目标】1 .了解数据可视化定义及其作用、物联网数据呈现的定义；2 .理解常见的数据可视化方式及作用，能根据应用需求选择合适的数据可视化方式。【教学重点】1 .常见的数据可视化方式及其作用。2 .能根据实际需求选择合适的数据可视化方式。【教学难点】模拟空调控制系统-温度数据呈现功能实现。.tl 帑
3、【基本理念】坚持以素养为导向，培养学生学习的主体性，鼓励学生“做中学”、“创中学” O【教学方法】演示法、讲授法、项目教学法（主）。【学习方法】观察体验法、合作探究法、项目学习法（主）。【教学准备】1 .教师：多媒体课件、storyline课件、教室模型、MakeCode代码、python代码等。2 .学生：模拟空调控制硬件系统（含microbit,风扇等）。3 .环境：Python3. 7. 9、MakeCode4. 0软件、串口驱动、花生壳软件（仅教师机）等。;教学资源列表【教师资源】1 .多媒体课件、storyline课件、教学设计。2 .项目资料：智慧教室完整系统模型图、完整系统控制器
4、编程（MakeCOde代码）、基 于matplotlib库的python代码、基于grafana工具的python代码。3 .智慧教室模型：含microbit控制器、光线传感器、噪声传感器、风扇和LED灯等。【学生资源】1. storyline 课件2.项目资源：数据采集与传输代码（MakeCode）图、基于matplotlib库的python代码、 完整系统数据可视化体验网址文本文件。【环境资源】1. Python3. 7. 9 及 python 库安装. bat2. MakeCode在线编辑器和串口驱动教学活动教学 步骤师生活动设计意图（-） 情境 设问， 体验 新奇（一）情境设问，体验新
5、奇（4分钟）情境设问：同学们，感觉教室冷吗？室内的温度是多少，怎么知道 的？学生轻松回答第一个问题，第二个问题不能准确的回答，产生疑 问。此刻不急着解决刚才的问题，而是进一步设问：如果能实现教室的 温度、湿度、光照等信息的实时采集并通过图表呈现，若再进一步，能 根据温度和光照度等信息实现室内空调和灯光的自动控制是不是很美 好？由此提出智慧教室概念，并通过一段小视频进一步激发兴趣。接着展示智慧教室模型，并进行基本的演示：当光线变暗自动开启 灯光、当温度升高自动开启空调等功能，并引导学生观察温度数据和光 照度曲线的变化，通过演示，使学生产生动手实践的想法。1 .通过简单交流， 拉近与学生的距 离，
6、并层层递 进，启发学生进 行思考。2 .通过视频和实 物展示和演示来 提升学生认知与 兴趣，激发学习 积极性，最后带 着基本的任务要 求进入新课。最后提出任务由WSt述：让我们一起来建设这样的智慧小班级，从而进（二） 自主 学习、 互动 讲解（-）自主学习、互动讲解（12分钟）为落实教学目标，首先让学生自主学习SotryIine课件，5分钟左右， 学前通过多媒体预设问题：1 .常见的图表数据可视化方式有哪些？2 .本节课将要完成哪个小项目？学生带着问题学习比盲目学习效果更好。学习完成后，进行提问，检 查学习效果，紧接着进行基本知识讲解：L数据可视化定义及作用；1 .学生带着问题 先自主学习，初
7、 步了解本节课基 本知识和项目要 求。2 .通过教师简而 精的讲解，加深 学生对本节课新（三）项目一：模 拟空调控制系统温度数据呈2 .物联网数据呈现的定义；3 .常见数据可视化方式及其作用：图表可视化及其作用、文木可视化、 地理位置数据可视化。Mil彳展AS 基本知识介绍完成后，进入项目一：模拟空调控制系统-温度数据呈现。（三）项目一：模拟空调控制系统-温度数据呈现（15分钟）首先组织学生小组讨论：系统要实现哪些功能？小组讨论后进行总 结，多媒体呈现明确的系统功能。其次，对任务进行分析，预设问题：基于实验提供的模拟空调控制硬 件系统，如何分步实现系统功能？通过小组进一步讨论和师生总结让学 生
8、明确实现任务的基本步骤。任务分析完成后，学生进行实践操作环节，时间10-15分钟，学生以 小组为单位分步依次完成如下子任务，由于学生的物联网基础相对薄 弱，此处为本节课的教学难点。步骤1：数据采集与传输。温度采集采用microbit内置温度传感器;数据传输采用USB转串口方式。首先需进行硬件搭建，通过手机投屏的方式分享学生硬件接线情况。其次进行MakeCOde编程，通过分享学生机屏幕的方式展现学生编程过程，遇到错误或困难地方给予指导。步骤2：温度数据可视化。首先简单介绍MatPIoUib库；其次引导学生运行素材中提供的代码文件，观察温度数据可视化；最后让学生修改折线图样式，积极畅游自己的想法，
9、展示不同小组温度呈现结果。一或竽 3 6 .A步骤3：模拟空调控制，通过多媒体提供算法流程图和MakeCode知的理解。L从对系统功能 进行讨论，到实 现步骤进行深入 分析，让学生明 确项目系统功能 和实现方法，发 展计算思维素 养。2.通过步骤1至 步骤3实践， 学生体验物联 网数据呈现的 整个流程，不 仅回顾了旧 知，而且还有 效的学习新知， 提升动手操作和 实践能力。形代码，由学生动手完成MakeCode编程，下载验证模拟空调控制系统 是否工作正常。最后进行项目一学习点评：1 .在模拟空调控制系统中为什么要实现温度数据可视化呢？2 .基于matplotlib实现的温度数据可视化是什么图表
10、类型？可视化界 面有什么优点和缺点？如果想数字特征明显该选用什么图表类型？问题1旨在让学生明白通过温度数据的呈现可以检验空调控制系统工 作是否正常，理解数据可视化作用。问题2旨在检验学生新知理解情况，并启发学生思考当前温度可视化 方式（折线图）的优缺点：即折线图能反映出数据随时间变化的趋势， 但数据特征不明显。进而寻找仪表可视化方式，为环节四”项目拓展体 验-完整系统数据可视化”做好铺垫。3.通过项目点评， 巩固新知，并发 现温度数据可视 化折线图存在一 些不足，进而为 下个环节做好铺 垫。（四） 项目 拓展 体验 完整 系统 数据 可视化（四）项目拓展体验-完整系统数据可视化GO分钟）首先对
11、grafana做简单介绍。其次引导学生在浏览器中输入素材提供的 网址，体验PC端数据可视化：即常见数据可视化方式及作用。在完整 系统数据呈现界面中，可以看到温度、湿度可视化采用仪表图，光照度 和噪声可视化采用折线图。1.在项目一的基 础上进一步体验 基于grafana 工具 的完整系统专业 数据可视化，感 受本节课重点 一：常见数据可 视化方式及作 用。同时通过移 动端体验数据可 视化的便捷性。2. 对比项目一中温 度数据前后不同 的可视化方 式，启发学生理 解本节课的重点 二：根据应用需 要选择合适的可 视化方式。.MM . G-9 4MaHfGMfwa最后，教师进行手机跨屏演示，学生体验：
12、数据可视化的便捷性。接下来进行环节四学习点评，预设两个问题：问题1：基于grafana实现的温度数据可视化属于什么图表类型，有什么优点和缺点？问题2：对比项目一中温度数据可视化方式，如果是你，更倾向于选择 折线图还是仪表图呢？问题1旨在让学生理解常见的数据可视方式中仪表图特点和作用。问题2旨在让学生通过温度数据可视化方式的前后对比，启发学生（五） 小结 与作 业【学习小结】（3分钟）本节课有什么收获？最大的感悟是什么？通过学生的总结分享，体现学生的主体性，同时通过总结让学生巩固 深化知识。【作业布置】（2分钟）完成“项目二：模拟灯光控制系统-光照度数据呈现”。1 .小结：学生总结 分享，巩固深化 知识。2 .作业为完整系 统的另一个小项 目，旨在进一步 提升学生动手实 践能力。模拟建设智慧小班级-物联网数据呈现一、知识学习:1 .数据可视化定义及作用2 .物联网数据呈现定义3 .常见的数据可视化方式及作用二、项目学习L探究学习：温度数据呈现4 .拓展体验：完整系统数据可视化
