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第7单元 第5课
跨学科学习：科技助农慧种植--设计与实现智慧农植园系统
（黔教版）六年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
通过系统实践理解智能农业对粮食安全的意义，倡导节水节肥的绿色种植模式，树立农业安全观。
体会科技助农对国家安全的重要意义，能够在探索智能算法，优化资源分配，尝试引入图像识别技术监测作物病害。
通过模块化设计将复杂农业问题分解为可执行的子系统，设计与搭建小型的智能农植园系统，提升跨学科知识应用能力。
了解信息系统研发的一般过程，能够运用系统思想与模块化方法设计信息系统的结构与功能，理解数据对决策的价值。
02
新知导入
科技助农，智慧种植。
智慧农植园系统让精准感知、定量决策、智能控制、智慧管理赋能种植业，从而提高农业种植生产力，助力农业现代化。
让我们一起来了解种植的相关知识，设计并搭建一个小型的智慧农植园系统，体会科技助农的价值。
一、项目情景
02
新知导入
1. 了解信息系统研发的一般过程，能够运用系统思想与模块化方法设计信息系统的结构与功能。
2. 历经需求分析、系统设计、系统实现、测试与优化等一系列工程思维活动，结合数学、科学、道德与法治、美术等学科知识，设计与搭建小型的智能农植园系统，提升跨学科知识应用能力。
3. 体会科技助农对国家安全的重要意义，树立农业安全观。
二、项目目标
02
新知导入
03
新知讲解
智慧农植园能够精准地显示农植园中的各种数据，例如温度、湿度、农作物生长状态等。通过智能算法实现定量的决策与智能控制，例如浇水的时机和水量等，从而实现农作物种植的智能管理。
为确保项目顺利开展，可以按以下环节进行项目规划:
三、项目分析
03
新知讲解
项目组人员分工 全班分为若干小组，每个小组3~5人，明确分工
确定研究内容 确定项目的研究内容:了解农作物种植相关知识，设计与实现智能农植园系统
项目研究路径 依据项目研究内容，设计项目活动
预设项目成果 通过项目活动的开展，搭建小型智慧农植园系统
03
新知讲解
分析系统的需求是为了明确系统必须“做什么”。查资料，了解植物生长过程及智能种植的相关知识，讨论与分析智慧农植园系统的需求，提出完整、准确、清晰、具体的要求，形成系统需求列表。
四、项目实施建议
分析系统
03
新知讲解
(1)具有数据采集功能，精准地感知农植园中的环境、作物生长情况等数据，例如湿度值、温度值、作物生长速度值等。
(2)具有数据分析功能，根据分析结果进行决策，例如根据湿度值、温度值决定是否浇水等。
(3)能够控制各种设备,例如能够自动卷帘自动浇灌等。
(4)能够远程管理，例如通过手机查看各种数据、发送控制指令等。
03
新知讲解
设计系统是为了回答系统的需求应该如何实现。首先依据需求列表简要地设计系统的结构与功能，然后详细地设计系统的硬件搭建方法和软件实现方法。
设计系统
03
新知讲解
1. 总体设计系统的结构
根据系统的需求列表，讨论并设计系统的结构，绘制系统功能结构图。
(1) 设计系统的时候，要利用系统的思想模块化方法。既要整体思考系统的结构,又要划分多个功能模块或子系统，“分而治之”。
(2) 设计控制中心，用于传输控制指令管理各种设备等。
(3) 设计数据采集模块，用传感器获取各种数据。
03
新知讲解
(4) 设计数据分析模块，用算术运算、逻辑运算分析数据，从而实现智能决策与控制。
(5) 设计数据存储模块，将各种数据存储起来，便于随时调用。
03
新知讲解
可以使用绘图软件进行系统中多种场景的搭建，并进行调整，利用内置的常用绘图工具(矩形/圆角矩形/椭圆/多边形/星形/线条)提高绘图效率。
小科提示
03
新知讲解
2.设计硬件搭建方法
我们知道了智慧农植园的总体结构和各部分功能，那么该如何搭建硬件系统呢 选取所需硬件，并填入下表。
03
新知讲解
硬件名称 功能描述
温度传感器 监测农植园内的环境温度，确保植物生长在适宜温度范围内
湿度传感器 检测空气或土壤的湿度，帮助调节灌溉系统，避免过度或不足的浇水
光照传感器 测量光照强度，为喜光或喜阴植物提供合适的光照条件
土壤湿度传感器 直接检测土壤中的水分含量，辅助自动化灌溉系统的精准控制
03
新知讲解
3.设计软件实现方法
硬件搭建方法设计完毕后，还需要用软件控制硬件来发挥作用。依据智慧农植园功能，想一想软件的实现方法，用文字或程序流程图描述你的关键算法。
03
新知讲解
实现系统是为了把设计变为现实。我们首先需要完成硬件搭建、软件编写。然后，为了让系统能够稳定运行，我们还需要测试与调试，从而进一步优化我们的系统。
实现系统
03
新知讲解
1.实现硬件搭建
根据系统的设计，选取硬件搭建各个子系统(模块)，并进一步集成总装。
(1)搭建前，要做好准备工作，了解设计图，备齐零件、工具等。
(2)搭建时，先组装各个功能模块或子系统，再进行总装。
(4)搭建后，要对系统进行仔细地调试利用反馈原理优化系统。
(3)组装模块时，一般不会花太大的力气要注意看模块的接口是否匹配，方向是否正确。
03
新知讲解
2.实现软件编程
在硬件搭建的基础上，根据文字或流程图描述的算法编写程序。
1.初始化硬件接口配置传感器、执行器、通信模块的引脚与协议。
2.数据采集与处理·读取传感器数据，并进行滤波处理。
3.控制逻辑实现·根据温度阈值触发执行器动作。
4.通信与监控·将数据发送至云端或手机APP。
03
新知讲解
3.测试与优化
在硬件搭建与软件编写的过程中，测试与优化是保证系统质量的重要步骤。在测试优化过程中，将遇到的问题与解决方法记录下来，并填入下表。
03
新知讲解
序号 问题描述 解决方法
① 传感器数据不稳定(如温湿度数值波动大) 检查接线是否松动，更换抗干扰能力更强的传感器
② 执行器(如水泵)未按预期启动 确认控制信号是否正确发送，测试执行器单独工作是否正常
③ 控制器(如树莓派)频繁死机或程序崩溃 优化代码逻辑，增加散热装置
03
新知讲解
可以讲一讲你的核心算法的优点。
分享你们的成功经验和失败教训。
说一说你的智慧农植因里的植物及它们的生长习性。
可以展示你是如何精准控制温度、湿度的。
成果展示
03
新知讲解
可以展示你是如何精准控制温度、湿度的。
我们通过温度传感器和湿度探头实时监测环境数据，当温度过高时自动开启遮阳帘和喷雾系统，温度过低时则启动暖光灯；土壤湿度传感器会控制滴灌系统分区精准浇水，空气湿度异常时自动调节加湿器或通风扇。所有数据都显示在电子看板上，还能通过手机APP接收预警，比如"温度超标！"，让植物始终处于最佳生长环境。这套智能系统不仅省水省电，还能通过数据对比帮助我们优化种植方案。
03
新知讲解
说一说你的智慧农植园里的植物及它们的生长习性。
智慧农植园种植了番茄、生菜、草莓和香草等特色作物，每类植物都配备了专属的智能养护系统。番茄区通过温度传感器和自动补光装置维持20-28℃的最佳生长环境；生菜采用湿度传感器联动喷雾系统，保持70%的空气湿度；草莓种植区创新设计了昼夜温差调节系统；香草类植物则在智能温室中茁壮成长。所有种植区都实现了手机APP远程监控，并会生成详细的生长日志。特别的是，每种植物都配有专属二维码，扫码就能获取实时生长数据和个性化养护建议，让现代农业科技为植物生长保驾护航。
03
新知讲解
通过项目介绍、系统演示等方式，综合评价各小组的分析、设计、实现等任务的完成情况，自己在本项目中的目标达成度，以及自己和小组成员在学习过程中的表现。
五、项目评价
03
新知讲解
1.思考:智慧农植园还可以进行哪些功能性拓展
六、项目拓展
智慧农植园可以进行多种功能性拓展，比如添加传感器监测温度、湿度和光照，在环境异常时自动报警；或者安装自动浇水系统，根据土壤湿度调节灌溉，节约水资源。还可以用摄像头记录植物生长过程，方便观察和分析，同时利用智能捕虫灯或声音驱虫器减少害虫。此外，结合太阳能供电既环保又省电，而电子屏或互动实验设计还能让农植园成为有趣的科普教育基地。这些拓展不仅让农业更智能，也让学习和实践变得更生动。
03
新知讲解
2.按照信息研发系统的一般过程，尝试设计与制作智慧教室的模型。
04
课堂练习
一、选择题
智慧农植园系统的核心功能不包括以下哪一项？（ ）
A. 自动浇灌控制 B. 农作物基因编辑
C. 环境数据采集 D. 远程管理
在设计系统时，“模块化方法”的主要目的是？（ ）
A. 增加系统成本 B. 降低开发复杂度
C. 减少传感器数量 D. 延长硬件寿命
B
B
04
课堂练习
3.以下哪种传感器不适合用于监测植物生长环境？（ ）
A. 温湿度传感器 B. 光照传感器
C. 加速度传感器 D. 土壤pH传感器
4.在测试优化环节，发现自动浇灌系统频繁误触发，最可能的原因是？（ ）
A. 湿度阈值设置不合理 B. 网络延迟过高
C. 手机APP界面颜色错误 D. 数据存储空间不足
5.体现“信息社会责任”的设计是？( )
A. 使用高耗能处理器 B. 公开所有用户种植数据
C. 设置节水灌溉算法 D. 取消数据加密功能
C
A
C
04
课堂练习
二、判断题
智慧农植园系统可以完全替代人工种植管理。 ( )
使用Arduino开发板时，GPIO接口可以随意插拔传感器。（ ）
数据分析模块只需要算术运算，不需要逻辑运算。（ ）
远程管理功能必须考虑网络安全防护。（ ）
系统测试时只需验证功能，无需记录优化过程。（ ）
×
×
×
×
√
04
课堂练习
三、操作题
设计并实现一个小型智慧农植园系统。
了解信息系统研发的一般过程，能够运用系统思想与模块化方法设计信息系统的结构与功能。
历经需求分析、系统设计、系统实现、测试与优化等一系列工程思维活动，结合数学、科学、道德与法治、美术等学科知识，设计与搭建小型的智能农植园系统，提升跨学科知识应用能力。
体会科技助农对国家安全的重要意义，树立农业安全观。
05
拓展延伸
智慧农植圆与碳中和的结合
智能环境调控：通过物联网传感器精准控制温湿度和CO 浓度，优化作物生长条件，减少30%的农业碳排放。
可再生能源利用：棚顶太阳能板搭配储能系统，满足园区80%用电需求，实现低碳运营。
废弃物循环利用：智能堆肥箱将厨余垃圾转化为有机肥，年减少3吨甲烷排放。
数字化碳管理：区块链技术追溯农产品全生命周期碳足迹，电子看板实时显示碳汇数据。
05
拓展延伸
基于机器学习的病虫害预测系统
摄像头模块采集作物叶片图像。
使用轻量级CNN模型（如MobileNet）识别常见病虫害。
结合环境数据预测病虫害发生概率。
05
拓展延伸
垂直农场与城市农业的智能化改造
设计多层立体种植架的自动控制系统。
开发基于LED光配方的智能补光系统。
研究无土栽培的营养液自动调配算法。
07
课堂总结
1
引入新知内容
跨学科学习：科技助农慧钟植--设计与实现智慧农植园系统
2
制定和分析项目目标系统
3
完成分析和项目目标系统
4
完成课堂练习
5
进行知识拓展
1
2
3
4
5
08
板书设计
跨学科学习：科技助农慧钟植--设计与实现智慧农植园系统
1、进行新知引入
2、制定和分析项目目标系统
3、完成分析和项目目标系统
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、利用所学知识设计一个迷你智慧小花盆帮助植物自动管理光照和浇水。
2、单元总结。
09
课后作业
1、利用所学知识设计一个迷你智慧小花盆帮助植物自动管理光照和浇水。
2、回顾本单元所学内容，完成一份思维导图。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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