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第3.2课《手动控制灌溉》教学设计
课题 手动控制灌溉 单元 第三单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：通过搭建手动控制灌溉系统，敏锐感知土壤湿度数据采集与传输过程，强化对物联网感知层作用的认知。计算思维：深入剖析手动控制灌溉系统逻辑，能精准理解传感器数据读取、处理及执行器控制的原理，清晰梳理手动控制流程。数字化学习与创新：在实践操作中紧密结合硬件连接与程序编写，积极探究手动控制在灌溉系统中的应用，提升学生数字化实践与创新能力。信息社会责任：关注手动控制灌溉系统运行，精准洞察其在农业生产中的应用价值与局限，牢固树立合理运用信息技术助力农业发展的责任意识。
教学重点 学生通过搭建手动控制灌溉系统，敏锐感知土壤湿度数据采集与传输过程，强化对物联网感知层作用的认知。
教学难点 关注手动控制灌溉系统运行，精准洞察其在农业生产中的应用价值与局限，牢固树立合理运用信息技术助力农业发展的责任意识。
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3.2课 手动控制灌溉学习目标：1. 掌握采集温室大棚内土壤湿度数据的一般方法。 2. 了解常用的执行器。3. 实现手动控制灌溉，掌握控制系统的手动控制过程。播放视频活动背景：从感知层、网络层到应用层，从采集数据、传输数据到处理与控制数据，各个环节在物联网系统中紧密相联、缺一不可。感知是物联网的基础，传输是物联网的通道，而处理与控制则是物联网系统的应用目标。因此，若想实现温室大棚手动控制灌溉，首先要通过传感器感知温室大棚里土壤的湿度，然后将数据传输至物联网平台，最终人工按照实际需求控制灌溉(图 3-2-1 )。 了解学习目标了解活动背景 帮助学生初步了解本课学习任务通过活动背景引导学生了解本课基本内容
讲授新课 新知讲解：一、做中学：土壤湿度数据的采集及传输为了能够准确及时地进行土壤灌溉，必须掌握土壤湿度数据。可以使用行空板和土壤湿度传感器获取土壤湿度数据，并将获取的土壤湿度数据显示在行空板屏幕上。土壤湿度传感器通过判断土壤中水分含量的多少来判定土壤的湿度大小，当土壤缺水时，传感器输出值将变小，反之将变大。(1)准备设备:如表 3-2-1所示。序号设备数量1行空板实验平台12土壤湿度传感器1(2)设备及电路连接:土壤湿度传感器连接行空板主控P21接口，硬件连接如图 3-2-2所示。(3)编写程序实现功能:将采集的土壤湿度数据上传到行空板 SIoT服务器平台，设定订阅主题为“土壤 /data”，具体程序如图 3-2-3 所示。(4)查看数据:登录行空板 SoT服务器平台,找到订阅主题“土壤”,查看相关数据“data”(图 3-2-4)。小贴士：电阻式土壤湿度检测法基于土壤湿度不同电阻不同的原理，用金属电极、电阻测量电路等组件实现。通过校准干燥和湿润阈值判断湿度，成本低、电路简单，适合家庭等场景，但电极易腐蚀、精度受土壤影响，可作低成本替代或教学演示。在一个完整的物联网项目中，执行器通常负责根据控制信号进行实际操作，比如共享自行车依赖类似电磁锁的执行器实现“开锁”的动作。常见的执行器如表 3-2-2所示。序号名称图片功能1LED灯珠发出灯光的提醒装置，可实现的状态改变:亮、灭或亮度介于亮与灭之间2蜂鸣器发出声音的提醒装置，可实现的状态改变:发声状态、安静状态或按一定频率发出声音3继电器一种能够使电路断开或导通的执行器件，可实现的电路状态改变:断开状态或导通状态4电机电机可实现的状态改变:全速转动状态、静止状态或调速转动状态5舵机舵机是一种特殊的电机，能够比较精确地控制和保持输出轴的角度二、思考灌溉系统中可能会用到的执行器是哪种 为什么 灌溉系统中常用继电器。因为灌溉一般由水泵实现输水，继电器可控制电路通断，能连接水泵电路，根据土壤湿度等信号，精准控制水泵开启（电路导通）或关闭（电路断开 ），实现灌溉与否，适配灌溉系统需求。要实现手动灌溉，首先需要确定土壤灌溉的阈值，经过测试得知阈值为300。当土壤湿度传感器检测到的湿度值小于 300 时，表明土壤比较干涸，需要灌溉。三、做中学手动控制灌溉(1)器材列表:如表 3-2-3 所示。序号设备数量1行空板实验平台12土壤湿度传感器13继电器14水泵1(2)设备及电路连接:土壤湿度传感器连接行空板 P21接口，继电器接行空板 P24接口硬件连接如图 3-2-5 所示。(3)当土壤湿度传感器检测到的湿度值小于 300 时，服务器通过 MQTT 向物联网云端发送数据，并在数据采集端播放提示音。用于判断湿度值大小并发送数据至云端的程序如图3-2-6 所示。(4)完整程序如图 3-2-7所示。初始化物联网配置，屏幕显示相关数据。(5)物联网云端的用户接收到数据后，可在 SIoT 云端发送相应的操控指令，例如发送“water”到数据采集端，从而实现物联网远程控制灌溉(图3-2-8)。(6)运行测试:进入 SIOT服务器平台“土壤 /data”主题，查看采集到的数据。SIoT服务器平台提供数据反向发送功能，如图3-2-9所示。在“发送消息”后的文本框中输入程序定义好的关键词“water”，点击“发送”按钮，采集端外接的电器接收到信号后即开始工作。小贴士： 提高手动控制灌溉系统效率可采取以下方法：制定标准化灌溉计划，按作物和土壤预设频率时长；分区管理并标记提醒，避免遗漏；简化设备如装快接阀门；用湿度计等工具辅助判断；多人协作分工，统一标准；结合天气预报调整计划，减少浪费，以此提升针对性与效率。四、思考在手动控制灌溉系统中，触发灌溉行为的关键是什么 这种控制方式有什么优点和缺点 触发关键：人工依据土壤湿度传感器采集数据，在物联网平台发送预设指令，控制执行器动作，触发灌溉。优点：人工可灵活依据实际情况（如土壤干湿、作物需水期）随时决策灌溉，且搭建使用简单。缺点：依赖人工值守，易因疏忽错过时机；多区域场景下人工操作效率低，难快速响应。五、课堂练习： 完成课件24-25页的课堂练习题六、拓展延伸：智能联动灌溉 除了土壤湿度，还可以把气象数据（如降雨量、空气湿度）接入灌溉系统。如果当天降雨量充足，即使土壤湿度达到灌溉阈值，系统也能智能判断不进行灌溉，更科学地节约水资源。太阳能供电灌溉 在没有稳定电源的农田，使用太阳能板为灌溉系统供电。白天太阳能板收集能量储存起来，晚上或阴天时，储存的电能就能维持土壤湿度传感器、继电器等设备正常工作，环保又灵活。远程语音控制灌溉通过连接智能语音助手（如小爱同学、天猫精灵），用户不用手动操作物联网平台，直接用语音下达指令，比如 “打开农田灌溉系统”，就能实现远程控制，让灌溉操作更便捷。 完成做中学阅读小贴士认识执行器表完成思考练习题完成做中学阅读小贴士完成思考练习题完成课堂练习补充三个额外知识点 通过做中学了解土壤湿度数据的采集方法和运输方法让学生了解电阻式土壤湿度检测法通过认识执行器表使学生了解常见的执行器及其功能通过思考练习题进一步了解执行器的分类和使用情况，培养学生独立思考能力通过做中学让学生了解如何手动控制灌溉，培养学生动手能力为学生补充额外知识点，了解提高灌溉效率的方法让学生进一步了解手动灌溉系统中的细节培养学生独立思考能力，了解学生本节课吸收情况补充学生课外知识
课堂小结 手动控制灌溉1.进行新知内容2.掌握土壤湿度数据的采集方法3.了解常用的执行器4.完成课题练习5.进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 完成相关填空题(详情请看课件P31页)绘制手动灌溉与自动灌溉系统的对比海报，标注设备、原理、优缺点，张贴在班级展示区。 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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