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視頻標簽：物聯(lián)網(wǎng)
所屬欄目：信息技術優(yōu)質(zhì)課視頻
視頻課題：初中信息技術《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)》廬江
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初中信息技術《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)》廬江
初中信息技術優(yōu)質(zhì)課評選活動
模擬建設智慧小班級-物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)
教學設計
2021 年 11 月
模擬建設智慧小班級-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。
【位置與作用】
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)，是在學生學習物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸之后，進一步學習物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)使用的新課程。
2.本節(jié)課的學習為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)新應用”奠定基礎，在“物聯(lián)網(wǎng)與探索”模塊中起著橋梁作用。
【課時安排】1 課時
【思維特征】
學生的邏輯思維能力較強，但編程思維有待發(fā)展。
【心理特征】
對科技充滿興趣，樂于嘗試新鮮事物。
【知識水平】
具備一定的計算機基礎知識，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，學生的物聯(lián)網(wǎng)基礎可能比較薄弱。
【素養(yǎng)目標】
1.通過“模擬空調(diào)控制系統(tǒng)-溫度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)”的任務分析，發(fā)展計算思維。
2.根據(jù)任務要求完成系統(tǒng)功能設計并體驗數(shù)據(jù)可視化，培養(yǎng)數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。
【學業(yè)目標】
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)應用需求選擇合適的數(shù)據(jù)可視化方式。
【教學重點】
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。
【教學難點】
模擬空調(diào)控制系統(tǒng)-溫度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)功能實現(xiàn)。
【基本理念】
堅持以素養(yǎng)為導向，培養(yǎng)學生學習的主體性，鼓勵學生“做中學”、“創(chuàng)中學”。
【教學方法】
演示法、講授法、項目教學法（主）。
【學習方法】
觀察體驗法、合作探究法、項目學習法（主）。
【教學準備】
1.教師：多媒體課件、storyline課件、教室模型、MakeCode代碼、python代碼等。
2.學生：模擬空調(diào)控制硬件系統(tǒng)（含microbit、風扇等）。
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。
【教師資源】
1.多媒體課件、storyline課件、教學設計。
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、風扇和LED燈等。
【學生資源】
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
| 教學活動 | ||
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教學 步驟 |
師生活動 | 設計意圖 |
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（一）情境 設問， 體驗 新奇 |
（一）情境設問，體驗新奇（4分鐘） 情境設問：同學們，感覺教室冷嗎？室內(nèi)的溫度是多少，怎么知道的？學生輕松回答第一個問題，第二個問題不能準確的回答，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：當光線變暗自動開啟燈光、當溫度升高自動開啟空調(diào)等功能，并引導學生觀察溫度數(shù)據(jù)和光照度曲線的變化，通過演示，使學生產(chǎn)生動手實踐的想法。 最后提出任務概述：讓我們一起來建設這樣的智慧小班級，從而進 入新課。 |
1.通過簡單交流，拉近與學生的距離，并層層遞進， 啟發(fā)學生進行思考。 2.通過視頻和實物展示和演示來提升學生認知與興趣，激發(fā)學習積極性，最后帶著基本的任務要求進入新課。 |
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（二） 自主學習、 互動 講解 |
（二）自主學習、互動講解（12分鐘） 為落實教學目標，首先讓學生自主學習 sotryline 課件，5 分鐘左右，學 前通過多媒體預設問題： 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？ 學生帶著問題學習比盲目學習效果更好。學習完成后，進行提問，檢查學習效果，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.學生帶著問題先自主學習，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，加深學生對本節(jié)課新 |
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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。 基本知識介紹完成后，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。 | |
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（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，多媒體呈現(xiàn)明確的系統(tǒng)功能。 其次，對任務進行分析，預設問題：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讓學生明確實現(xiàn)任務的基本步驟。 任務分析完成后，學生進行實踐操作環(huán)節(jié)，時間 10-15 分鐘，學生以小 組為單位分步依次完成如下子任務，由于學生的物聯(lián)網(wǎng)基礎相對薄弱，此處為本節(jié)課的教學難點。 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生硬件接線情況。其次進行 MakeCode 編程，通過分享學生機屏幕的方式展現(xiàn)學生編程過程，遇到錯誤或困難地方給予指導。 步驟 2：溫度數(shù)據(jù)可視化。首先簡單介紹 Matplotlib 庫；其次引導學生 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，而且還有效的學習新知，提升動手操作和實踐能力。 |
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形代碼，由學生動手完成 MakeCode 編程，下載驗證模擬空調(diào)控制系統(tǒng)是否工作正常。 最后進行項目一學習點評： 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 旨在檢驗學生新知理解情況，并啟發(fā)學生思考當前溫度可視化方式（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。 |
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（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。其次引導學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)四學習點評，預設兩個問題：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 旨在讓學生通過溫度數(shù)據(jù)可視化方式的前后對比，啟發(fā)學生根 據(jù)應用需求選擇合適的可視化方式。 |
1.在項目一的基礎上進一步體驗 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)學生理解本節(jié)課的重點二：根據(jù)應用需要選擇合適的可視化方式。 |
| （五）小結與作業(yè) |
【學習小結】（3分鐘） 本節(jié)課有什么收獲？最大的感悟是什么？ 通過學生的總結分享，體現(xiàn)學生的主體性，同時通過總結讓學生鞏固深化知識。 【作業(yè)布置】（2分鐘） 完成“項目二：模擬燈光控制系統(tǒng)-光照度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)”。 |
1.小結：學生總結分享，鞏固深化知識。 2.作業(yè)為完整系統(tǒng)的另一個小項目，旨在進一步提升學生動手實踐能力。 |
視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.jixiangsibao.com
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