8上第2单元 实验3 博物馆环境监测系统实践 ———物联系统原型设计与搭建 学科实践（实验） 一、实验情境 每年的5月18日是国际博物馆日，旨在向世界展示博物馆和文化遗产的重要性。然而博物馆中的文物常常受到各种威胁，包括环境、人为和时间的影响。如何更好地保护这些宝贵的文化遗产，以保证它们可以更长久地向后人展示人类历史和文化风貌，是当代社会面临的一个重要的挑战。本实验将引导学生设计并搭建一个博物馆环境监测系统，利用物联网技术助力文物保护。 二、实验对象 本节课的教学对象是八年级学生，在日常生活、学习中已经接触到各种各样的物联网应用，并且对物联网相关内容有着浓厚的兴趣。但由于这是第一次进行从系统设计到研发的全过程，因此需要关注学生的方法思维和设计思考，促进他们对物联网系统的理解和应用。 三、实验目标 1．素养目标 （1）根据需求设计合适的选择合适的实验设备，通过硬件连接实现物联网系统原型的搭建，培养学生的系统设计与实施能力。 （2）通过编写程序、验证功能，理解物联网设备间的数据传输、处理等过程，增强学生对物联网工作原理及其在文物保护中的应用认知。 2．项目目标 实现“博物馆环境监测系统”原型的自动控制，确保环境条件在合适范围内，保障文物的安全与稳定。 四、实验重难点 1．实验重点 通过设计、搭建博物馆环境监测系统，探究物联网系统的工作原理； 2．实验难点 理解物联网系统的工作过程和物联网架构。 五、实验策略 从2025年“国际博物馆日”的主题出发，鼓励学生思考新技术如何助力博物馆建设。通过分析博物馆现状，引导学生提出有效的解决方案；同时鼓励学生思考还可以为博物馆增加哪些新功能以文物保护。在实验中，学生将模拟实时监测博物馆环境，全面体验物联网原型系统在解决实际问题中的应用价值。 六、实验准备 硬件：掌控板、温湿度传感器、光敏传感器、气敏传感器、风扇、LED灯、蜂鸣器 软件：mind+编程软件、SIoT物联网服务平台 其他：杜邦线、数据线 七、评价建议 学习评价可以从学生对项目的任务的完成度，对核心概念、原理的理解与核心素养提升三个维度进行设计。 维度 评价指标 评价等级 任务完成度 整体项目完成情况：是否按照计划完成了环境监测系统的设计、搭建和测试等各个环节。功能实现：是否成功实现了预定的功能，如环境数据的实时监测与反馈，系统阈值的判断等。时间管理：在各个阶段如何管理时间，是否能够在规定时间内完成各项任务并进行有效调整。 理解能力 理论基础知识：是否掌握了与项目相关的基本概念 系统设计原理：学生是否能够清晰地解释环境监测系统的工作流程，包括数据采集、处理与输出。编程原理：能否理解所编写程序的核心逻辑 核心素养 在项目中是否尝试使用新方法或新思路解决问题，提出的设计是否具有创意。在项目推进过程中，能否自主发现问题并进行有效解决。 八、学习流程 在本实验中，以学生为主体，以问题导向引导学生思考，从提出解决方案到设计方案，再到最后的实验验证。 九、学习过程 学习环节 学习活动 设计意图 问题导入与需求分析 通过观看多媒体材料了解国际博物馆日的主题，知道今年的主题以及明确主题含义。分成小组，讨论对博物馆环境的理解，并提出与环境因素相关的实际问题（如“温度过高对文物的影响”或“湿度过大题文物的保存风险”）。每组记录下所有讨论出的环境挑战与潜在解决方案，并形成一个初步的需求分析报告。 通过讨论和分享，培养学生的问题意识和分析能力，并鼓励他们积极表达个人观点与见解。 方案设计与讨论 在确定需求后，各小组开展方案设计，思考适合监测环境的传感器（如温度传感器、湿度传感器和光照传感器）和控制器（如Arduino等）。学生在组内讨论如何将传感器和控制器组 ... ...
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