模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)-教學(xué)設(shè)計

模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)初中信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課評選活動模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)教學(xué)設(shè)計2021年11月模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)【課題內(nèi)容】

物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)可視化及其作用，物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的方式?！疚恢门c作用】

1.本課在八年級“物聯(lián)網(wǎng)與探索”模塊的第四章第一節(jié)，是在學(xué)生學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸之后，進一步學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)使用的新課程。 2.本節(jié)課的學(xué)習(xí)為4.2節(jié)“物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)控制”、第五章“物聯(lián)網(wǎng)工作過程”和第六章“物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用”奠定基礎(chǔ)，在“物聯(lián)網(wǎng)與探索”模塊中起著橋梁作用?！菊n時安排】1課時【思維特征】

學(xué)生的邏輯思維能力較強，但編程思維有待發(fā)展?！拘睦硖卣鳌?/p>

對科技充滿興趣，樂于嘗試新鮮事物?！局R水平】

具備一定的計算機基礎(chǔ)知識，對互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)也有所了解。但本次授課情況特殊，學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)可能比較薄弱?！舅仞B(yǎng)目標(biāo)】

1.通過“模擬空調(diào)控制系統(tǒng)-溫度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)”的任務(wù)分析，發(fā)展計算思維。2.根據(jù)任務(wù)要求完成系統(tǒng)功能設(shè)計并體驗數(shù)據(jù)可視化，培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力?！緦W(xué)業(yè)目標(biāo)】

1.了解數(shù)據(jù)可視化定義及其作用、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的定義；

2.理解常見的數(shù)據(jù)可視化方式及作用，能根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的數(shù)據(jù)可視化方式。第1頁/共6頁模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)【教學(xué)重點】

1.常見的數(shù)據(jù)可視化方式及其作用。2.能根據(jù)實際需求選擇合適的數(shù)據(jù)可視化方式?！窘虒W(xué)難點】

模擬空調(diào)控制系統(tǒng)-溫度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)功能實現(xiàn)?！净纠砟睢?/p>

堅持以素養(yǎng)為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，鼓勵學(xué)生“做中學(xué)”、“創(chuàng)中學(xué)”?！窘虒W(xué)方法】

演示法、講授法、項目教學(xué)法（主）?！緦W(xué)習(xí)方法】

觀察體驗法、合作探究法、項目學(xué)習(xí)法（主）?！窘虒W(xué)準(zhǔn)備】

1.教師：多媒體課件、storyline課件、教室模型、MakeCode代碼、python代碼等。2.學(xué)生：模擬空調(diào)控制硬件系統(tǒng)（含microbit、風(fēng)扇等）。3.環(huán)境：python3.7.9、MakeCode4.0軟件、串口驅(qū)動、花生殼軟件（僅教師機）等?！窘處熧Y源】

1.多媒體課件、storyline課件、教學(xué)設(shè)計。 2.項目資料：智慧教室完整系統(tǒng)模型圖、完整系統(tǒng)控制器編程（MakeCode代碼）、基于matplotlib庫的python代碼、基于grafana工具的python代碼。3.智慧教室模型：含microbit控制器、光線傳感器、噪聲傳感器、風(fēng)扇和LED燈等?！緦W(xué)生資源】

1.storyline課件

2.項目資源：數(shù)據(jù)采集與傳輸代碼(Makecode)圖、基于matplotlib庫的python代碼、完整系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化體驗網(wǎng)址文本文件。【環(huán)境資源】

1.Python3.7.9及python庫安裝.bat

2.MakeCode在線編輯器和串口驅(qū)動第2頁/共6頁模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)教學(xué)活動教學(xué)

步驟師生活動設(shè)計意圖（一）情境

設(shè)問，體驗

新奇（一）情境設(shè)問，體驗新奇（4分鐘） 情境設(shè)問：同學(xué)們，感覺教室冷嗎？室內(nèi)的溫度是多少，怎么知道的？學(xué)生輕松回答第一個問題，第二個問題不能準(zhǔn)確的回答，產(chǎn)生疑問。此刻不急著解決剛才的問題，而是進一步設(shè)問：如果能實現(xiàn)教室的溫度、濕度、光照等信息的實時采集并通過圖表呈現(xiàn)，若再進一步，能根據(jù)溫度和光照度等信息實現(xiàn)室內(nèi)空調(diào)和燈光的自動控制是不是很美好？由此提出智慧教室概念，并通過一段小視頻進一步激發(fā)興趣。接著展示智慧教室模型，并進行基本的演示：當(dāng)光線變暗自動開啟燈光、當(dāng)溫度升高自動開啟空調(diào)等功能，并引導(dǎo)學(xué)生觀察溫度數(shù)據(jù)和光照度曲線的變化，通過演示，使學(xué)生產(chǎn)生動手實踐的想法。 最后提出任務(wù)概述：讓我們一起來建設(shè)這樣的智慧小班級，從而進入新課。1.通過簡單交流，拉近與學(xué)生的距

離，并層層遞進，啟發(fā)學(xué)生進行思

考。2.通過視頻和實物展示和演示來提升學(xué)生認知與興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，最后帶著基本的任務(wù)要求進入新課。（二）自主

學(xué)習(xí)、互動

講解（二）自主學(xué)習(xí)、互動講解（12分鐘）

為落實教學(xué)目標(biāo)，首先讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)sotryline課件，5分鐘左右，學(xué)前通過多媒體預(yù)設(shè)問題：

1.常見的圖表數(shù)據(jù)可視化方式有哪些？2.本節(jié)課將要完成哪個小項目？學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)比盲目學(xué)習(xí)效果更好。學(xué)習(xí)完成后，進行提問，檢查學(xué)習(xí)效果，緊接著進行基本知識講解： 1.數(shù)據(jù)可視化定義及作用；1.學(xué)生帶著問題先自主學(xué)習(xí)，初步了解本節(jié)課基本知識和項目要求。2.通過教師簡而精的講解，加深學(xué)生對本節(jié)課新第3頁/共6頁模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)2.物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的定義；

3.常見數(shù)據(jù)可視化方式及其作用：圖表可視化及其作用、文本可視化、地理位置數(shù)據(jù)可視化?；局R介紹完成后，進入項目一：模擬空調(diào)控制系統(tǒng)-溫度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。知的理解。（三）項目

一：模

擬空

調(diào)控

制系

統(tǒng)-溫

度數(shù)

據(jù)呈

現(xiàn)（三）項目一：模擬空調(diào)控制系統(tǒng)-溫度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)（15分鐘）

首先組織學(xué)生小組討論：系統(tǒng)要實現(xiàn)哪些功能？小組討論后進行總結(jié)，多媒體呈現(xiàn)明確的系統(tǒng)功能。其次，對任務(wù)進行分析，預(yù)設(shè)問題：基于實驗提供的模擬空調(diào)控制硬件系統(tǒng)，如何分步實現(xiàn)系統(tǒng)功能？通過小組進一步討論和師生總結(jié)讓學(xué)生明確實現(xiàn)任務(wù)的基本步驟。任務(wù)分析完成后，學(xué)生進行實踐操作環(huán)節(jié)，時間10-15分鐘，學(xué)生以小組為單位分步依次完成如下子任務(wù)，由于學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)相對薄弱，此處為本節(jié)課的教學(xué)難點。步驟1：數(shù)據(jù)采集與傳輸。溫度采集采用microbit內(nèi)置溫度傳感器；數(shù)據(jù)傳輸采用USB轉(zhuǎn)串口方式。首先需進行硬件搭建，通過手機投屏的方式分享學(xué)生硬件接線情況。其次進行MakeCode編程，通過分享學(xué)生機屏幕的方式展現(xiàn)學(xué)生編程過程，遇到錯誤或困難地方給予指導(dǎo)。步驟2：溫度數(shù)據(jù)可視化。首先簡單介紹Matplotlib庫；其次引導(dǎo)學(xué)生運行素材中提供的代碼文件，觀察溫度數(shù)據(jù)可視化；最后讓學(xué)生修改折線圖樣式，積極暢游自己的想法，展示不同小組溫度呈現(xiàn)結(jié)果。步驟3：模擬空調(diào)控制，通過多媒體提供算法流程圖和MakeCode圖1.從對系統(tǒng)功能進行討論，到實現(xiàn)步驟進行深入分析，讓學(xué)生明確項目系統(tǒng)功能和實現(xiàn)方法，發(fā)展計算思維素

養(yǎng)。2.通過步驟1至步驟3實踐，學(xué)生體驗物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的整個流程，不僅回顧了舊知，而且還有效的學(xué)習(xí)新知，提升動手操作和實踐能力。第4頁/共6頁模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)形代碼，由學(xué)生動手完成MakeCode編程，下載驗證模擬空調(diào)控制系統(tǒng)是否工作正常。最后進行項目一學(xué)習(xí)點評：1.在模擬空調(diào)控制系統(tǒng)中為什么要實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)可視化呢？ 2.基于matplotlib實現(xiàn)的溫度數(shù)據(jù)可視化是什么圖表類型？可視化界面有什么優(yōu)點和缺點？如果想數(shù)字特征明顯該選用什么圖表類型？ 問題1旨在讓學(xué)生明白通過溫度數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)可以檢驗空調(diào)控制系統(tǒng)工作是否正常，理解數(shù)據(jù)可視化作用。問題2旨在檢驗學(xué)生新知理解情況，并啟發(fā)學(xué)生思考當(dāng)前溫度可視化方式（折線圖）的優(yōu)缺點：即折線圖能反映出數(shù)據(jù)隨時間變化的趨勢，但數(shù)據(jù)特征不明顯。進而尋找儀表可視化方式，為環(huán)節(jié)四“項目拓展體驗-完整系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化”做好鋪墊。3.通過項目點評，鞏固新知，并發(fā)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)可視化折線圖存在一些不足，進而為下個環(huán)節(jié)做好鋪墊。（四）項目

拓展

體驗-

完整

系統(tǒng)

數(shù)據(jù)

可視

化（四）項目拓展體驗-完整系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化（10分鐘）

首先對grafana做簡單介紹。其次引導(dǎo)學(xué)生在瀏覽器中輸入素材提供的網(wǎng)址，體驗PC端數(shù)據(jù)可視化：即常見數(shù)據(jù)可視化方式及作用。在完整系統(tǒng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)界面中，可以看到溫度、濕度可視化采用儀表圖，光照度和噪聲可視化采用折線圖。最后，教師進行手機跨屏演示，學(xué)生體驗：數(shù)據(jù)可視化的便捷性。接下來進行環(huán)節(jié)四學(xué)習(xí)點評，預(yù)設(shè)兩個問題：

問題1：基于grafana實現(xiàn)的溫度數(shù)據(jù)可視化屬于什么圖表類型，有什么優(yōu)點和缺點？ 問題2：對比項目一中溫度數(shù)據(jù)可視化方式，如果是你，更傾向于選擇折線圖還是儀表圖呢？ 問題1旨在讓學(xué)生理解常見的數(shù)據(jù)可視方式中儀表圖特點和作用。 問題2旨在讓學(xué)生通過溫度數(shù)據(jù)可視化方式的前后對比，啟發(fā)學(xué)生根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的可視化方式。1.在項目一的基礎(chǔ)上進一步體驗基于grafana工具的完整系統(tǒng)專業(yè)數(shù)據(jù)可視化，感受本節(jié)課重點

一：常見數(shù)據(jù)可視化方式及作

用。同時通過移動端體驗數(shù)據(jù)可視化的便捷性。2.對比項目一中溫度數(shù)據(jù)前后不同的可視化方

式，啟發(fā)學(xué)生理解本節(jié)課的重點二：根據(jù)應(yīng)用需要選擇合適的可視化方式。第5頁/共6頁模擬建設(shè)智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)（五）小結(jié)

與作

業(yè)【學(xué)習(xí)小結(jié)】（3分鐘）

本節(jié)課有什么收獲？最大的感悟是什么？ 通過學(xué)生的總結(jié)分享，體現(xiàn)學(xué)生的主體性，同時通過總結(jié)讓學(xué)生鞏固深化知識?！咀鳂I(yè)布置】（2分鐘）

完成“項目二：模