教学设计+物联网与智能家居（门）+吴宁静

一、基本信息

作品名称	物联网与智能家居（门）
作者姓名	吴宁静
作者单位	平阳县昆阳镇第二小学
教材名称	《趣味物联网作品设计》
教材类型	自编教材
教材简介	这是谢作如、谢贤晓老师团队编写的校本教材。课程的逻辑结构分为掌控板编程基础、简易气象台、电子沙盘设计和简易智能家居四个单元，每个单元4个内容，共16课。
执教年级	五年级
课时长度	4课时
涉及器材	掌控板
涉及软件	Mind+软件、SIOT软件
文件清单	教学设计、教学课件、演示视频、任务单、评价表、配套代码

二、作品内容

物联网与智能家居（门）

【硬件搭建】

所需材料：掌控板*2、IO扩展板、180°舵机、电源、激光切割的家居模型木板、胶枪、牵引线等，将一块掌控板插入扩展板，并连接舵机。两块掌控板都需要连接电源。

【作品功能】

在Mind+中编写程序，分别上传到两块掌控板，通过SIOT平台实现远程开关门的效果，并将门的状态显示在掌控板的屏幕上。

  

【教学内容】

本课主要内容是设计一个智能家居模型（门），目的是要让学生通过这节课深入了解物联网与智能家居。从学生身边的物联网应用入手，通过启发与发现、观察与思考、讨论与体验，使学生逐步了解物联网技术及其相关知识。本节课学生通过学习SIOT平台的使用，掌握舵机的角度设置，能够对实现对舵机等设备的远程监控与控制。

【学情分析】

本课教学对象是小学高年级创客社团的学生，他们对掌控板和mind+软件有一定的基础，并且他们对互联网技术的应用有了一定的了解，而对于物联网技术的更多的了解是来自于身边的应用，对概念的理解还是比较模糊的，所以要让学生亲身体验物联网技术的应用给我们的生活带来的方便，并尽量通过讨论、实践与想象设计，发挥学生的能动性，使全体学生都能自主探索并获取新知。

【教学目标与要求】

1. 知识与技能

学习字符类型变量，学会设置舵机角度，对智能家居有更深刻地认识，对SIoT物联网平台的使用也更加熟练。

2. 过程与方法

（1）通过视频展示、亲自实践、创意设计等环节，提高对物联网及其应用的认识；

（2）通过对实验器材传感器、舵机、LED灯等的实践，了解传感器的作用，并设计相关的物联网实际应用。

3. 情感、态度与价值观

（1）在体验与实践相结合的过程中感受物联网的应用，产生并保持学习的兴趣；

（2）通过分组讨论、小组合作等方式开展多种形式的团队合作，培养学生的动手能力、解决实际问题的能力，提高团队协作能力；

（3）通过对创意设计的交流与展示，培养学生的创新能力与语言表达能力；

（4）能辩证地认识物联网技术对社会发展、科技进步和日常生活产生的影响。

【教学重点与难点】

重点：物联网的智能家居模型（门）的设计与应用。

难点：物联网的基本概念。

【教学方法与手段】

体验式教学和模拟法学习。通过制作一个智能家居模型（门）来了解其核心技术，对智能家居进行全面的剖析。

【教学准备】

多媒体准备	带有WIFI的电脑室
硬件准备：	[tr]180°舵机 电源 名称 数量 作用 掌控板 1 整个装置的主体。支持WiFi和蓝牙双模通信，支持图形化及python代码编程，可作为物联网节点，实现物联网应用。同 时包含显示屏，还可以与扩展板 连接。 IO扩展板 [size=10.5000pt] 1 可以将掌控板和各个传感器连接。 1 利用舵机旋转角度的设置进行 开关门。 1 进行供电。 激光切割的家居模型木板 1 通过激光切割利用木板来做一个 外观模型。 胶枪 牵引线 1 粘连木板以及固定舵机、传感 器等。
软件准备：	Mind+软件、SIOT软件

【教学过程】

一、智能家居——视频激趣（课前）

教师活动：下发SIOT软件与学习任务单。出示漫画，讲一讲道一道，那些烦人“锁”事并于课前做一个小调查，在生活中有没有同学曾经忘记带钥匙或者离开了家却忘记了关门之类？老师曾经有一次也忘记了带办公室的钥匙。这时候就需要我们亲自回家一趟，费时费力，给我们生活带来诸多不便。为此，老师设计了一个关于门的家居模型，引导学生思考怎么解决这个问题。这里的门和传统的门有什么区别呢？带着问题我们一起来观看这个家居模型。请两位学生上台帮助教师演示。最后教师演示使用siot平台发送信息远程开关门。

学生活动：两位学生上台帮助教师演示。一位实现手动开门，另一位实现远程开门。

全体认真观看家居模型演示，思考家居模型的门和传统的门有何区别。

【设计意图】课初利用课堂小调查与学生交流，引发学生共情，思考如何解决忘带钥匙的问题。带着问题观看演示，引导学生探究，激发了学生的学习兴趣，让学生发现物联网技术的特殊性，从而产生强烈的好奇心，由此为后续的学习埋下伏笔。

二、家居设计师大赛——情境导入

教师活动：请学生回答智能门和传统的门有什么区别？教师对回答正确的学生予以肯定，并帮助学生概况小结：它可通过手动开关来实现门的开关（传统的），同时也可通过手机实现远程控制开关和读取门的状态（智能的）。引出举办家居设计师大赛，请学生当一回智能家居的小小设计师，两个同学为一组，将激光切割的木板制作外观，固定舵机，运用物理网技术，制作一个智能家居模型。同学们作为乙方，老师作为甲方，模型制作完成要给甲方进行演示并解说这其中运用的物联网的原理。评价最高的设计师小组将获得本次大赛的奖励。出示总任务——给乙方的一封信：

学生活动：回答智能门和传统的门有什么区别，自行组队，了解这节课的主要任务。

【设计意图】通过家居设计师大赛的情境导入，引起对学生对智能家居探索的兴趣，让学生精神饱满的参与到课堂学习中来，明确这节课的主要任务。

三、学思践悟——走近物联

教师活动：演示如何加装舵机模块，简单讲解的使用以及读数，要求学生进行测试。

出示家居设计师任务一：

学生活动：使用激光切割的木板制作外观，对控制门的舵机进行调试。根据门的位置及连接的方式，确定舵机安装如下：

编写脚本：

学生通过按下关门、开门按钮来完成校对，了解到这样安装的舵机的指针旋转方式是逆时针方向的（即关门是数值小，开门时数值大）。因此大致确定关门时舵机的度数为60，门开30度，所以开门时舵机的度数为90。

教师活动：教师在巡视过程中给予完成的学生星星奖励。请学生展示自己的舵机安装以及编程，帮助有困难的学生完成。讲解字符型变量，要求学生接收到open和close时开关门。播放相应的视频并布置家居设计师任务二：通过SIOT平台发送信息可以远程开关门，并记录门的状态。请完成的速度比较快的学生上台演示一下如何连接WIFI和MQTT并进行补充。

学生活动：完成MQTT服务器架构，双击运行SioT软件。

在整个实验过程中服务器保持运行状态（一定不能关闭小黑窗，不然你的SIOT平台就登录不了啦）。从运行界面可得服务器本机IP地址：192.168.8.112。可通过访问SIOT服务器的IP地址（如http://192.168.8.112:8080），利用用户名：siot密码：dfrobot来登录，实现消息的查阅及发送。

对掌握板进行编程。（利用Mind+软件的上传模式）

编写脚本：

登录SIOT平台进行测试，向对应的Topic发送open和close，检测门是否会开启和关闭。

   

教师活动：让学生拿出另外一块掌控板进行编程，同样需要完成MQTT服务器架构。出示家居设计师任务三：按下远程遥控掌控板的A、B键，可以开关门并显示门的状态。引导学生思考远程遥控掌控板如何知道门是否开启。

学生活动：思考远程遥控掌控板如何知道门是否开启。对远程遥控掌控板进行编程，完成任务三。

编写脚本：

       师生共同活动（过程性小结）：对学生碰到的错误，进行及时讲解。

【设计意图】进行物联网家居模型的设计，对学生来说有一定的难度。因此不是让学生完全的自我探究，而是提供脚手架，对任务进行分解，通过让学生上台演示以及教师提供适当的引导和视频的观看，降低本次任务的难度，增加其完成率。通过实际的运用帮助学生深刻理解物联网的作用。这样的设计既活跃了课堂气氛，也同时让生活实践更好地融入到课堂教学。

四、自学探究——创意无限

教师活动：引导学有余力的学生进行自学探究，根据学习任务单完成声控灯。你想不想来设计自己需要的一种物联网应用呢？这样可以为你的智能家居模型加分哦，有多余时间的设计师可以查看学习任务单中的甲方的额外加分项任务。

甲方的额外加分项任务：完成声控灯的设计

器材：LED灯（可装置在模拟家居门口）

要求一:当声音强度大于一定值时，LED灯点亮。

要求二：通过SIOT平台可以检测声音强度。

设计师们，你们知道LED灯的接哪个引脚吗？请大家观察这张表格，找一找哪些引脚可以模拟输入。

教大家一个简便的方法区分模拟信号和数字信号，在数字电路中，数字信号只有0、1两个状态数字信号，像按钮和LED灯这样的设备，只有按下和松开，点亮或熄灭这样的两个状态，那么他们就是进行数字输入。

学生活动：学有余力的学生进行自主探究声控灯的编程。

【设计意图】通过提高任务，进行分层教学，并串联本课的教学内容，再次熟悉本课的各项操作，更好的培养学生的运用能力以及创新能力。

五、挑剔的甲方——趣味评价

教师活动：展示个别学生作品。老师对学生的家居模型进行评价，要求学生说明原理。为学生的智能家居进行评价。

学生活动：学生操作演示，说明原理，并完成自评表。

【设计意图】进行趣味评价，学生通过操作演示并合作说明原理，能够对教学内容进行直观的反馈。

六、总结提升——憧憬未来

教师活动：老师宣布我们所有同学都成为了被甲方认可的家居设计师，我们将给我们优秀的家居设计师给予奖励。最后老师还想跟大家玩一个造句游戏——物联网这个词拆分开是三部分，包含“物”和“网”两个名词以及“联”这个动词，你能用这三个字简单的介绍物联网吗？引导学生说出物与物之间通过网联接。今天我们通过观看视频、亲自实践、创意设计等形式认识了物联网，开始走近了物联网，你能说说在这节课时里有哪些收获吗？引导学生进行总结收获。

学生活动：用这三个字对物联网进行造句，加深对物联网的理解。对本节课内容进行概况总结。课后完成拓展的内容。

【设计意图】用造句游戏引导学生解释物联网，将学生对物联网的认识由感性层面提升至理性层面。通过总结，系统的梳理本堂课的内容，不断的加深记忆，掌握本节课学习的知识与技能，在体验与实践相结合的过程中感受物联网的应用，保持学习物联网的兴趣。

七、板书设计

八、教学反思

本课通过在五年级创客社团中教学之后，我发现了在课堂实施过程中的不足和惊喜。

（一）亲身体验的重要性

试课的时候，我是播放演示视频给学生看，效果并不是很好。后来改为请两个学生上台演示，底下观看的学生个个兴趣高涨，注意力非常集中。学生在上课过程中亲身体验物联网技术的应用给我们的生活带来的方便，通过讨论、实践与想象设计，学生的能动性充分发挥。

（二）网络的问题

学校电脑室的网络不佳，部分学生的设备连接SIOT平台可能有一定的延迟，或连接不上的问题，这里可以考虑让学生连接自己的手机热点。

（三）舵机的设计

舵机的安装和角度的设计对学生来说都是一个难点，这里我采取了先分组讨论的方式，让学生自主探究，然后让学生代表进行汇报，大部分学生能很快掌握。

（四）课堂情境的重要性

本课是设计了一个家居设计式大赛的课题情景，“家居设计师”（学生）需要不断地完成“挑剔的甲方”（老师）提出的问题，在完成项目任务的过程中掌握知识与技能，同时增强学生的团队合作意识。在作品的最后，学生需要完成自我评价，教师也需要进行过程性评价与总结性评价，通过宣布被甲方认可的家居设计师，给予奖励，全体学生在课堂中表现都十分积极。

吴老师加下我吧rzsyzzxw，请您进教学群或者作者群。

老师可以将作品参赛表格发送至此次大赛组委会的邮箱：934188532@qq.com
具体要求：首届"掌控板"教学应用设计大赛最全指南