陈杰
南京师范大学附属中学树人学校信息技术高级教师，中国电子学会会员，江苏省计算机学会会员，江苏省科普作家学会会员、《无线电》杂志项目与制作专栏作者。致力于创客教育、STEAM教育研究，出版创客类图书3本。所带学生在各级各类创客大赛、创新大赛中成绩优异。

教学目标

知识与技能 学习物联网模型基本架构，能够构建出数据采集的物联网模型；学习掌握SIoT服务器程序的使用方法，搭建温湿度数据采集模型；经历物联网模型搭建过程，有意识地使用物联网技术解决现实问题。

过程与方法 在项目化探究的过程中，以自主学习、小组合作、教师辅助指导方式开展教学。学生围绕主题，开展搭建物联网平台的实践活动。

情感态度与价值观 借助生活中的情景引入新课，建立技术服务于生活的理念，提高学生的学习兴趣；使学生经历观察、讨论、抽象等活动，建立物联数据传输的模型，感受万物互联的影响；小组合作交流，培养学生合作的意识与沟通协作能力。

教学重点与难点

教学重点 能够将现实世界的物理现象抽象为一般数据模型；掌握物联网模型基本结构，搭建简易物联网模型。

教学难点 行空板的配置、物联网模型的搭建是技术上的难点，如何将现实世界物理现象抽象出数据模型，建立知识与实际问题的连接，是理论上的难点。

教学过程

一、创设情境

师：近年来，物联网温室大棚在我国农业生产中得以广泛应用，农户只需坐在家中就可以实时监测大棚内的温湿度数据。那么，同学们知道这些温湿度数据如何上传到物联网平台吗？

有学生可能会回答出用温湿度传感器来监测，教师可继续追问数据采集后如何保存、保存在哪里等问题，引导学生说出物联网等平台。若学生能够完整回答出物联网的一个基本流程，则教师继续展示出图1，让学生完成图中填空。

设计意图：现实生活中物联网应用非常广泛，多数学生有过物联网操作的经验，但真正能够从物联网运行的原理角度去理解和探究问题的经验还是很少。此环节是为了让学生从另外一个角度——数据流向或者说用户的角度去思考问题，从而将现实世界物理现象抽象出物联网模型。

二、分组合作，探究新知

1.连接设备，实现Web上传

师：我们从数据流向的角度了解了物联网的运行原理。实际上，物联网按照其组成架构可划分为感知层、网络层和应用层，分别对应数据的采集、数据的传输与存储、数据的应用等。具体如图2所示。

师：我们已经了解了物联网的架构，那么大家有过搭建物联网的经历吗？我将给大家介绍一种特殊的方案——用行空板＋DHT11温湿度传感器作为数据采集的工具，同时用行空板开启SIoT服务，可供我们进行云端的数据访问。

先给大家布置任务一：完成室内温度数据的采集及物联网的上传，并实现Web访问。

操作性内容介绍（以下内容已做成学生操作手册）：1.硬件设备及相关资料——行空板+DHT11温湿度传感器；2.SIoT服务介绍；3.行空板连入Wi-Fi；4.程序参数配置及烧录。

学生分组（3人一组）领取硬件后，完成任务一，教师巡视指导。

连入Wi-Fi 将行空板通过USB与PC端连接，行空板会虚拟为一个网卡设备，此时板子IP地址固定为10.1.2.3。在浏览器中输入上述地址，登录行空板。鼠标点击“网络设置”连接，输入Wi-Fi热点的名称及密码，连接无线热点。连接成功后，系统分配给行空板一个新的IP地址：10.6.34.139，该地址就是后续我们查看数据的物联网地址。

将行空板连接路由器或手机的热点（注意需要使用2.4G Wi-Fi），然后其他编程设备（电脑、平板、手机）连接同一个热点。如果出现电脑和行空板连接同一个Wi-Fi，但是依然无法连接的问题，可能此Wi-Fi禁止网络中的设备互相访问，这时则需要尝试更换一个热点进行测试。

开启SIoT服务 行空板中自带SIoT服务，进入系统后，点击“应用开关”连接，进入SIoT开关界面，确认SIoT服务启用，否则采集的数据无法上传。

学生根据提供的学习资源展开小组交流，完成教师布置的任务。

2.编写程序，初始设置

师：我们已经对行空板完成了网络连接和环境部署，下面就要编写程序实现温湿度数据的测量及上传。

步骤一：环境部署

打开Mind+编程软件，进入后将其切换至“Python”模式。

鼠标点击“扩展”按钮，在官方库页面中添加“行空板”和“MQTT-py”库。（如图3）

步骤二：程序初始化

程序初始化指令如图4所示。

其中指令“初始化MQTT”设置：MQTT平台选择SIoT，地址为上述行空板获取的IP地址，SIoT Port端口为1883，用户名为siot，密码为dfrobot。

步骤三：主程序

程序初始化指令如图5所示。

3.运行测试，问题分析

行空板加载完成后，Mind+菜单中会出现一个连接远程终端的选项，点击10.1.2.3选项，连接成功后，Mind+的终端即相当于行空板的终端，点击“运行”，Mind+会将Python代码发送到行空板上。学生动手实践，查看数据（如图6）。

设计意图：本环节是让学生通过运行测试验证物联网数据的上传，体会物联网在解决问题时的优势，并为今后自己设计搭建物联网模型奠定基础。此部分内容主要是操作性内容，以学生自主学习为主，教师巡视指导。

三、创新设计，拓展延伸

1.基础挑战：上传湿度数据

师：同学们，刚才我们已经完成了任务一，能否继续挑战自己，适当修改程序，将湿度数据也上传到物联网上？

学生分组完成上述任务。

2.进阶挑战：高效统计交作业

师：交作业是每个学生每天到校做的第一件事情。由于学生到校时间不同，每次收作业时，课代表总会花费一定的时间按学号整理顺序，统计出没有交作业的人，并将未交名单提交给任课教师。这样的方式费时费力，你能运用今天所学的知识高效地解决收作业的问题吗？

学生1：在各自同学的桌面上放置压力传感器，放上就表示交作业。

学生2：上述方案存在漏洞，如果要交的是语文作业，结果放的是数学作业，就无法区分。

学生3：我们可以使用草料堆为每个学生每门课生成一个二维码，通过摄像头扫描识别作业本上的二维码，就可以将“学科+姓名”信息提交到物联网端。

学生经过讨论得出方案后实施拓展任务。

师：物联网采集数据不是最终的目的，我们需要学会利用采集的数据进行分析、反馈控制、智能决策。

设计意图：此环节的设置是为了拓展学生的视野。物联网数据的采集不仅仅可以通过传感器来获得，还可以通过其他很多方式，这为后续学生设计物联网模型拓展思路。

四、梳理知识，质疑解惑

学生对今天所学内容进行总结，并填写表格。教师进行简单点评，并对今天所教知识进行梳理。

教学反思

本课以智能农植园的实际需求引入教学，项目内容设计的是以SIoT物联网程序为基础，结合行空板（开源硬件）搭建一个简易物联网模型，在整个搭建过程中学生体验到了物联网平台的配置、参数的设置、程序的编写，经历了物联网搭建的关键环节。同时在拓展环节，教师更是以学生现实生活中收作业本的案例来进行拓展延伸，旨在为学生建立合理使用技术来解决实际生活中问题的意识。