第4单元第13课第一节《基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施》教案【河北大学版】《信息科技》八年级

中小学教育资源及组卷应用平台 第4.13课《基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施》教学设计 课题 基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施 单元 第四单元 学科 信息科技 年级 八年级 核心素养目标 信息意识：主动了解物联网云平台控制 LED 灯的技术原理，明确远程控制与局域网控制的差异，提升对物联网系统优化需求的敏感度。计算思维：分析物联网 LED 灯控制系统的流程，拆解云平台接入、数据交互等关键环节，培养用技术解决远程控制问题的思路。数字化学习与创新：学会选择适配的物联网云平台与开发板，能动手搭建简单的远程 LED 灯控制系统，提升数字工具应用与系统设计创新能力。信息社会责任：关注物联网设备通信过程中的数据安全，如避免控制指令被劫持，不随意泄露设备接入云平台的密钥，树立技术应用的安全意识。 教学重点 掌握基于物联网平台的 LED 灯控制系统的需求分析、系统设计思路，以及云平台和开发板的选择方法。 教学难点 理解物联网云平台与系统开发板的通信机制，以及如何将理论设计转化为实际可操作的系统开发验证流程。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 第4.13课 基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施问题情境大家有没有发现，我们之前设计组建的联网LED灯控制系统只能在局域网内实现控制。也就是说，一旦脱离局域网环境就无法使用这个控制系统。现在，我们准备设计、组建一个更强大的基于物联网平台的系统，优化对灯具的控制方式。 思考之前 LED 灯控制系统的局限。 引发学生对优化控制系统的兴趣，明确新课目标。 讲授新课 新知讲解：实践探究一、需求分析物联网LED灯控制系统可以实现远程开关灯控制、灯的开关状态显示、开关灯次数及时间记录等诸多功能，具体功能需依据实际需求来确定。试一试我们要设计的物联网LED灯控制系统需要实现哪些功能呢？进行分析并完成表4-6。表4-6物联网LED灯控制系统的功能需求功能具体说明显示灯的开关状态实时显示灯的开关状态数据记录与处理记录每次开灯、关灯的时间远程控制功能通过手机 APP等终端远程控制 LED 灯的开关亮度调节功能支持远程或本地调节 LED 灯的亮度小知识物联网系统的核心在于 “联网交互” 与 “智能联动”，上述功能既满足基础控制需求，又通过数据记录、远程操作、自动化联动提升了系统的智能化和实用性，符合简易物联网系统的设计目标。二、系统设计想一想与之前设计的LED灯局域网控制方案相比，采用物联网云平台的方案需要对物联网的感知层、网络层、应用层中的哪个部分进行再设计？主要对网络层和应用层进行再设计。网络层新增云平台作为数据中转节点，改变原有的 “终端 - 开发板” 直接通信模式。应用层新增云平台的数据存储、处理功能，替代原局域网方案中简单的本地数据交互。小知识云平台在物联网系统中扮演 “数据中枢” 角色，除了实现设备间的通信中转，还能提供数据存储（如长期保存 LED 灯开关记录）、数据分析（如统计某时段开灯时长）、设备管理（如添加 / 删除受控 LED 灯）等增值功能，大幅提升系统的扩展性。在图4-19所示的方案中，控制终端通过无线局域网与系统开发板直接进行信息交互，一旦脱离局域网，通信立即中断。图4-19局域网方案在图4-20所示的方案中，控制终端和系统开发板之间增加了一个云平台，二者都连接到云平台上，通过云平台进行信息交互。云平台还可以存储数据，方便系统进行数据处理和分析。图4-20物联网云平台方案想一想物联网云平台是如何与系统开发板进行通信的 我们要设计的系统需要选择哪种类型的云平台呢？通信方式：开发板通过 WiFi/4G 模块连入互联网，用 MQTT（或 HTTP 等协议，和云平台双向通信：上传 LED 灯状态，接收开关、亮度调节等指令。云平台 ... ...