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第3课《反馈控制自动浇水》教学设计
课题 反馈控制自动浇水 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 八年级下
核心素养目标 信息意识：观察家电传感器检测过程，识别设备信息采集方式，理解温湿度数据触发设备决策，培养感知环境信息变化的意识。计算思维：实现自动浇水器的判断与调控功能，用流程图设计智能浇水逻辑，构建自动化系统抽象模型。数字化学习与创新：用主控板、继电器搭建浇水系统，编程控制水泵倒计时启停，实现传感器与执行器联动的数字化创新实践。信息社会责任：操作中遵守高压电安全规范，对比桔槔与现代灌溉技术影响，形成正确使用设备、尊重知识产权的科技伦理观。
教学重点 掌握空调、电饭锅等家电通过传感器（如温度、湿度）采集数据，对比预设值后触发执行器（制冷、加热）的完整流程，理解自动化控制的核心逻辑。通过主控板编程、传感器与继电器硬件连接，完成倒计时控制水泵的完整项目，从流程图设计到调试运行，体验数字化创新全流程。
教学难点 实现自动浇水器的判断与调控功能。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 1.聚焦动手制作智能浇水器，用湿度检测仪监测土壤，数据传给控制中心对比设定值。太干就自动浇水，像植物口渴会提醒喝水。全程自动循环，帮你体验"检测-调节"的精准控制原理。播放视频《楼顶花园自动浇水》。 分组讨论太阳能在不同领域的应用及其未来发展前景。观看视频 通过学习讨论引导学生了解可再生能源的重要性，培养环保意识。了解自动浇水的用法
讲授新课 新知讲解： 一、议一议很多家用电器都能"自己动脑子工作"！比如空调会自动检测温度调节冷热，请列举3种类似电器，并说明它们如何"检测→判断→行动"。电饭锅：用温度传感器检测锅内温度，发现温度达到100℃就自动转成保温模式冰箱：用温度计监控冷藏室，温度高了立刻制冷，低了就暂停降温扫地机器人：用激光眼扫描房间，遇到障碍物自动绕路，没电了会自己跑回去充电二、能量加油站将系统的输出信息送到输人端，与输入信息进行比较，并利用两者的偏差进行控制的过程称为反馈控制。反馈控制是按偏差进行控制的，能让系统有抗干扰能力。智能浇水器能够比较设定的土壤湿度值与实际采集的湿度值，根据两者偏差，启动浇水功能，调节土壤湿度值，实现反馈控制浇水，具有较高的控制精度。有哪些常见装置可实现浇水功能呢？智能浇水器通过"检测当前湿度→对比设定值→自动启动抽水小马达/开关水龙头/旋转喷头"实现精准控水，像给植物装了个会自我纠正的智能水管家。三、议一议在本单元的实验中使用的水泵如右图所示，它是卧式小潜水泵。请仔细观察，一起讨论、分析它是如何将水从一个容器泵入另一个容器的。这个小水泵就像个"抽水小马达"！它的工作秘密藏在内部旋转叶片上：1 吸水：通电后叶片高速旋转，把进水口附近的水"卷"进泵里（像快速转动的风扇把空气吸过来）2 运水：旋转的叶片把水推向出水口方向，形成水流通道3 排水：水流被旋转力量挤压，从出水口喷射到目标容器四、能量加油站潜水泵的工作原理准备阶段：使用前必须让水管和泵里灌满水（就像用吸管喝水前要先吸满水）旋转甩水：通电后小风扇飞速旋转，水流被离心力甩向四周（像转动雨伞时水珠被甩出去）自动补水：当中心区域水被甩光，这里会形成"空泡泡"（真空低压区），外界的水在空气压力下立刻挤进来补充五、写一写分组讨论，在使用水泵浇水的过程中，如何控制水泵开始工作、停止工作？需要添加什么样的硬件设备？这个硬件设备受什么变量影响？(1) 控制水泵的硬件设备可能是:① 电流开关（继电器） → 像拍手开关灯一样，用弱电流控制水泵强电流的通断② 自动水龙头（电磁阀） → 像感应水龙头，收到信号瞬间开闸放水③ 智能小芯片（单片机） → 像大脑决策，综合湿度/时间数据后下令抽水④ 湿度感应器 → 像植物口渴探测器，土壤一干就发抽水警报(2) 控制硬件设备工作的变量可能是:① 土壤湿度检测值 → 湿度≤50%时启动，≥70%时停止（像手机电量低于20%提示充电）② 定时器预设时间 → 设定每天下午6点自动浇水（像闹钟到点响铃）③ 手动按钮信号 → 紧急情况下一键强制启动/暂停（像电梯紧急停止按钮）④ 环境温度数据 → 高温天增加浇水频率（像天热时人要多喝水）六、能量加油站潜水泵的工作原理 电磁继电器 = 电控开关卫士1 遥控指令：弱电流→电磁铁吸下衔铁（像钥匙开门）2 通电工作：触点闭合→水泵/大功率设备启动3 安全断电：断电流→弹簧拉回衔铁→触点分离（门自动锁） 核心功能：小电流控大电流，手不碰高压电！七、做一做当"泥土干度检测仪"发现花盆太干燥时，我们可以用 水泵+电控开关 自动浇水！现在需要设计一个 智能计时浇水方案：倒计时启动：主控板发送"开始"指令（就像打开手机秒表）抽水阶段：倒计时期间→电控开关闭合→水泵轰轰抽水（像拧开倒计时水龙头）自动停水：倒计时结束→电控开关弹开→水泵停机（闹铃响就关水）任务：根据系统控制示意图，画出这个"检测→定时浇水→停止"的流程路线图八、实践1.准备硬件：主控板x1、电池盒x1、电磁继电器x1、水泵x1。2.连接硬件：以小组为单位，按照下面的硬件连接图，将主控板、电磁继电器、电池盒、水泵按指定接口连接到一起。然后，编程实现对水泵的控制。3.编写程序。（1）初始化。首先，设置两个变量，分别代表倒计时和时间值。倒计时初始值设置为0，时间初始值设置为3。然后，设置主控板液晶屏的显示界面，如下图所示。初始化参考程序，如下图所示。（2）编写两个采样时间按钮程序。设置两个采样时间选择按钮，一个是30秒，一个是60秒。水泵运行时间设定程序如下图所示。（3）编写主程序。在主程序中，先等待3秒，然后从主控板引脚P24输出高电平:电磁继电器导通，电池盒给水泵供电，启动水泵，同时开始10秒的倒计时，主控板界面上水泵状态变为“开”。倒计时结束后，引脚P24输出低电平，电磁继电器断开，水泵停止工作，主控板界面上水泵状态变为“关”。4.运行调试。运行上述程序，并观察、分析结果。遇到问题时，尝试调试解决。九、科技漫游桔槔你知道吗？早在3000多年前的商代，我国劳动人民就发明了一种"省力提水器"——桔槔（jié gāo）。这个巧妙的设计利用了最简单的杠杆原理，就像小朋友玩的跷跷板一样有趣！结构三件套横杆：用结实的长木杆当"提水手臂"支架：竖立的高架子作为支点配重：另一头绑上大石头当"省力助手"工作四部曲① 压杆取水：把水桶那头往下压，就像按跷跷板一样，让空桶浸入井中② 装水蓄力：水桶灌满后，借助另一头石头的重量③ 轻松提拉：轻轻一抬，大石头就像"隐形的帮手"把水桶提上来④ 精准灌溉：直接把水倒入农田沟渠省力小秘密通过调节石头重量和支点位置，古人实现了"四两拨千斤"的效果。原本需要两个壮汉才能提上来的水，现在妇女儿童也能轻松完成，效率提升近10倍！这个设计比单纯用手提水节省70%的力气，就像给你的手臂装了个"省力弹簧"。历史小彩蛋《庄子》里记载，春秋时期农民用桔槔"一日可灌百畦"。直到今天，在我国部分农村还能见到这种古老智慧的活化石呢！它不仅是最早的省力机械之一，更为后来水车等农具的发明提供了灵感。十、拓展延伸红绿灯的智能控制逻辑时间表指挥官：预设不同时段的倒计时规则，比如早晚高峰延长绿灯时间。车流侦察兵：地底线圈感应车流量，自动调整红绿灯时长（车多绿灯长，车少红灯快）。电子体温计比传统水银计强在哪安全小卫士：不含易碎有毒的水银，意外摔坏也不会污染环境。秒读小能手：10秒出结果+夜光数字显示，比等5分钟看细线更方便。超市扫码枪如何识别商品黑白密码本：条形码的粗细条纹对应数字编码，像用条纹写隐形身份证号。光速翻译官：激光扫描反射光差异，瞬间把条纹图案转成商品信息数字流。 一、议一议小组就“智能家电对生活的利弊”进行讨论，并分享讨论结果。二、能量加油站小组设计一个小型智能系统，实现检测到自动调整的过程。三、议一议小组协作用简易材料制作一个水泵模型，观察并演示水的吸入和排出过程。四、能量加油站引导学生用吸管和水模拟潜水泵的准备阶段，体验灌满水的过程。五、写一写小组讨论和展示如何利用继电器、电磁阀、单片机、湿度感应器控制水泵，并记录讨论结果。六、能量加油站设计一个遥控小装置，学习如何用继电器控制水泵的启停。七、做一做学生根据说明绘制“检测→定时浇水→停止”的流程路线图。八、实践小组合作，根据连接图将主控板、电池盒、电磁继电器、水泵正确连接。
九、科技漫游小组研究桔槔的历史背景及对现代机械的影响，并进行讨论。十、拓展延伸对比实验使用电子体温计和传统水银温度计，分析优缺点。 一、议一议通过讨论引导学生思考智能家电与生活的关系培养学生的批判性思维和表达能力。二、能量加油站培养学生的设计和系统思维能力、团队协作能力。三、议一议培养学生的动手能力，并直观理解水泵的工作原理。四、能量加油站帮助学生理解初始灌水对泵运作的重要性。五、写一写通过讨论分享提高学生对不同硬件控制原理的理解。六、能量加油站通过设计与实际操作培养学生动手能力和对继电器应用的理解。七、做一做帮助学生通过设计方案理清智能浇水系统的步骤和逻辑。八、实践通过实际操作，提高学生动手能力和对电路连接的理解。九、科技漫游通过研究讨论增强学生对历史科技发展的认识。十、拓展延伸让学生通过实际操作理解两者的不同。
课堂小结 反馈控制自动浇水1、进行新知引入2、了解反馈控制的概念3、掌握潜水泵的工作原理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 1、简述智能空调如何实现自动调节室温 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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