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第6.3课《自动孵蛋箱与电子开关》教学设计
课题 自动孵蛋箱与电子开关 单元 第六单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：深入了解电子开关和传感器在孵蛋箱控制系统中的应用，增强对信息技术改变生活的认识与兴趣。计算思维：学会设计并理解孵蛋箱温度控制的逻辑流程，通过编程实践培养逻辑思维、算法设计和问题解决能力。数字化学习与创新：通过编程实现孵蛋箱温度的自动调节功能，提升数字化工具的使用技能，激发创新思维和实践能力。信息社会责任：认识到控制系统可靠性对安全的重要性，学会设计冗余方案以提高系统稳定性，培养对技术安全的责任感。
教学重点 了解孵蛋箱的主要部件及其功能，特别是电子开关和传感器的作用。
教学难点 掌握孵蛋箱内温湿度调节的原理和方法，各部件如何协同工作以维持适宜的孵化环境。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 将鸡蛋孵化成小鸡是饲养鸡的重要环节。单纯依靠母鸡孵化小鸡存在孵化效率不高的问题，不适合大规模养殖。使用自动孵蛋箱，通过精准控制孵蛋的温度、湿度等环境因素，模拟母鸡孵蛋过程，能大大提高孵化效率。想一想：孵蛋箱里有哪些部件能帮助调节温度湿度？孵蛋箱里有电子开关和传感器，它们能监测环境并自动调节，确保孵化条件最佳。思考：如果孵蛋箱只有一个传感器，万一它坏了怎么办？如果只有一个传感器，坏了就可能导致孵化失败。所以，为了更可靠，可以增加冗余的传感器，这样即使一个坏了，另一个还能继续工作。孵蛋箱集成了先进的电子开关与高精度传感器技术，能够实时、精准地监测并调节箱内的温度与湿度条件，为蛋宝宝提供一个舒适且稳定的孵化环境。传感器是孵蛋箱的“眼睛”，实时监测箱内环境，为控制系统提供准确的数据支持。播放视频《全自动孵蛋小型家用迷你智能孵化箱》 新知导入。完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解自动孵蛋箱的基本功能。通过问题导入引发学生思考。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、了解电子开关为了给待孵化的蛋提供一个适宜的孵化环境，孵蛋箱应该具有以下基本功能：（1）能记录孵化时间；（2）能监测箱内温度并自动调节至适宜温度；（3）能监测箱内湿度并自动调节至适宜湿度（4）具有较高的可靠性。开动脑筋：根据控制原理，如何将孵蛋箱内的温度保持在一个适宜的范围之内？当孵蛋箱内温度过低时，需要加热提高箱内温度，当温度过高时，则需要停止加热，让孵蛋箱内的温度保持在一个相对稳定的范围之内。要实现这一功能，就需要根据周围环境温度的变化，利用电子开关来控制加热元件电路的开和关。电子开关利用电子器件实现电路通断，包括一个可控的电子驱动器件如继电器。它在控制系统中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。信息链接：在输入控制端施加一个小的电信号，继电器就可以在输出控制端实现关闭或者开启功能。继电器是一种用较小的电流去控制较大电流的“自动开关”。继电器广泛应用于自动控制系统。二、设计制作自动孵蛋箱模型自动孵蛋箱模型基本设计输入：通过温度传感器获取温度数据。计算：主控板通过比较运算，发出控制指令。输出：输出控制指令控制继电器打开或关闭发热元件。执行：发热元件实现加热功能。反馈：通过温度传感器不断获取箱内温度值，反馈到控制器及时控制发热元件打开或关闭，将孵化箱的温度控制在38~39℃。实验探究实验目的：制作孵蛋箱模型，实现温度自动调节功能。实验设计实验准备：主控板、扩展板、继电器、温度传感器、加热元件、电源和编程计算机。实验过程：1、硬件搭建。将主控板插入扩展板，通过连接线将温度传感器连接到扩展板P0口，将继电器连接到P1口，加热元件通电后连接到继电器上。实验过程：2、程序编写。添加扩展板、温度传感器模块，编写程序。实验过程：3、运行调试。将程序上传至主控板，观察孵蛋箱是否能实现温度的自动调节。提高控制系统可靠性的方法在控制系统中，每个控制环节都有可能出现故障，导致整个系统失控给我们带来危险或造成损失。比如，如果孵蛋箱的温度传感器失效，有可能出现温度失控，导致孵蛋失败，甚至引起火灾。因此，在一些重要的控制系统中，人们为了降低风险，提高系统的可靠性，通常会设计两套或两套以上的硬件、软件。例如，在飞机飞行控制系统中，安装了多个飞行速度传感器，配备了两套相同的飞机操控系统以提高飞机的可靠性和飞行的安全性。实验探究在自动孵蛋箱模型中，控制温度是关键。为了防止温度传感器出现故障可以增加一个温度传感器。当主控板从两个温度传感器分别采集到的温度值基本相同，则判断温度值测量正常；如果两个温度值有较大差异，则报警提醒异常。小组合作，设计控制流程，尝试编程实现以上功能。练习提升：1.孵蛋箱是一个 闭环 控制系统。2.小组合作，制作一个同时具有温度以及湿度调节功能的孵蛋箱。开拓视野：控制中的冗余设计如果在高温、高压力、强腐蚀性等比较恶劣的环境下工作，传感器往往容易受到损伤而发生故障。为了解决运行过程中传感器损坏而带来的控制失效问题，最好的解决方法是进行冗余设计。在被控对象中布置至少两个传感器，一个作为主传感器，另一个作为备份传感器。当主传感器出现故障时控制器自动切换到备份传感器。拓展延伸：湿度传感器的其他应用天气小帮手：湿度传感器能测空气里的水分，帮助天气预报员告诉你会不会下雨。植物小护士：放在花盆里，湿度太低时会提醒你给植物浇水，让小花不口渴。浴室防雾镜：浴室镜子用它感应湿度，自动加热防止起雾，照镜子永远清楚！饼干保鲜员：食品工厂用它检查仓库湿度，太潮湿时启动除湿机，饼干脆脆不返潮。衣服干燥小助手：智能晾衣架用它感知空气湿度，晴天自动晾衣，雨天提醒收衣服。博物馆保护侠：保护名画和古董的玻璃柜里藏着它，保持干燥环境，防止文物发霉。单元回顾与评价：单元回顾交流评价：我觉得这次实验特别有意思。我观察到孵蛋箱内的温湿度变化对蛋的孵化有很大影响，而且我还学会了如何根据传感器的数据来调整电子开关，让箱内的环境保持最适宜的状态。感觉这次实验让我对生物科技有了更深入地了解呢！ 阅读与思考说一说电子开关对孵蛋箱的作用。说一说电子开关的基本原理小组设计制作一个自动孵蛋箱模型，并分享心得体会。阅读与思考小组讨论有哪些方法可以提高可靠性，并协作完成实验探究。了解控制中的冗余设计。说一说你还能想到什么湿度传感器的应用。回顾单元内容。 了解孵蛋箱的基本功能帮助学生了解电子开关的用途与基本原理。通过编程实现孵蛋箱温度的自动调节功能，提升数字化工具的使用技能，激发创新思维和实践能力。认识到控制系统可靠性对安全的重要性，学会设计冗余方案以提高系统稳定性，培养对技术安全的责任感。学会设计并理解孵蛋箱温度控制的逻辑流程，通过编程实践培养逻辑思维、算法设计和问题解决能力。帮助学生理解冗余设计的重要性。拓展学生的知识点。帮助学生巩固本单元的内容。
课堂小结 自动孵蛋箱与电子开关1.进行新知引入2.认识红外传感器3.体验电子围栏模型制作4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 请编写一个程序，实现2个温度传感器对比控制。小组讨论改进孵蛋箱的方法。完成PPT38-39页的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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