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第5.2课《跨学科主题活动——测量土壤湿度》教学设计
课题 跨学科主题活动——测量土壤湿度 单元 第五单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：了解如何通过现代技术进行数据采集、处理与分析，增强对信息技术在日常生活中的应用认知。计算思维：通过设计和编写土壤湿度测试程序，控制自动灌溉系统的启停，提高解决实际问题的能力，理解并应用计算机程序与控制逻辑。数字化学习与创新：通过使用Micro:bit数字化工具，进行创新性地解决现实问题（如自动灌溉），不仅能提升数字化技能，还能激发创新思维。信息社会责任：认识到信息技术在环境保护、资源节约和可持续发展中的作用尤其是自动化灌溉系统有助于节约水资源，减少浪费。
教学重点 理解测量土壤湿度的原理。
教学难点 能够自行设计土壤湿度测试装置并进行优化处理。
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5.2课 跨学科主题活动——测量土壤湿度1、观看视频。2、活动背景：搭建罗汉果种植灌溉装置，首先要实现输入功能，也就是需要了解Micro:bit测量土壤湿度的原理，然后才能使用Micro:bit测量土壤湿度。 课程新知导入。 帮助学生初步理解本课研究内容。
讲授新课 新知讲解：一、原理介绍Micro:bit 测量土壤湿度的原理:土壤本身具有一定的电阻，电阻值取决于土壤中水分和养分的含量。水本身是不导电的，但水中的营养成分有导电作用。土壤中的水分和养分的结合使土壤具有一定的导电性，就像电子电路中的可变电阻器。在一定范围内，土壤中的水分越多，电阻就越小，土壤的导电性能就越好。可变电阻的作用是调节电路中电流的大小，它是由一个电阻体和滑动系统组成的电子元件。常见的可变电阻电位器：用于调节音量、亮度等，通常有三个引脚。滑动变阻器：通过滑动触点改变电阻值，常用于实验室和调节电路。数字可变电阻：通过数字信号控制电阻值，适用于自动化和智能设备。电阻测量装置连接方法如下图所示。步骤一：用鳄鱼夹将一颗钉子连接到3V针脚上，并将钉子插入土壤中。步骤二：用鳄鱼夹将另一颗钉子连接到P0针脚上，并将钉子插入土壤中。我们使用“模拟读取引脚值”这条语句来读取引脚P0上的电压，该引脚返回 0(不导通)至1023(最大电流)之间的值。同时，使用“绘制条形图”语句，以在屏幕上显示该值。（出示图片）电阻测量装置连接时的注意事项确保电源关闭：在连接电阻测量装置前，务必关闭电源以避免短路或损坏设备。正确连接极性：注意测量仪器的正负极连接，避免反向连接导致测量错误。选择合适的量程：根据被测电阻的大小选择合适的测量范围，避免超出仪器的测量能力。避免干扰：在测量过程中，尽量避免外部电磁干扰，确保测量结果的准确性。定期校准：定期对测量仪器进行校准，以确保其测量精度。试一试连接设备，编写程序。将钉子分别插入干燥土壤和潮湿土壤中，观察屏幕上的 LED 灯有什么反应。我观察到的现象将钉子插入干燥土壤中，大部分LED灯 熄灭(填“点亮”或“熄灭”);将钉子插入潮湿的土壤中，大部分LED灯 点亮(填“点亮”或“熄灭”)。二、做一做灌溉系统要对土壤湿度进行检测，如何做才能显示土壤的湿度值 你将如何调整程序 当按钮A被按下时，显示土壤湿度值，可通过添加变量reading来存储读数值。因为需要时刻监测按钮A是否被按下，所以要将这段代码加入循环中。第一步：测试并记录干燥土壤和潮湿土壤的P0输入值。干燥土壤数值很低，潮湿土壤数值很高。第二步：将钉子插入干燥土壤中，按下A并记录测量值。第三步：将钉子插入潮湿土壤中，按下A并记录测量值。重复测量多次并记录。测量次数土壤的 PO 输入值干燥土壤潮湿土壤第一次150800第二次130650第三次100650第四次120900第五次145700你选择的值120（最低）900（最高）一般情况下，如果使用的是Micro:bit V1，干燥土壤数值是 250时潮湿土壤是1000;如果使用的是Micro:bit V2，干燥土壤数值是600时，潮湿土壤数值是 1000。壮壮想让罗汉果种植灌溉装置能长期工作，并节省电量，你有什么办法帮他进行优化吗 方法1：将电路连接在P1引脚上。因为我们的电路直接连接到3V引脚，所以总是会消耗电量。如果我们将电路改接在P1上，如下图所示，并仅在测量时将引脚调高，就能既节省电量，又能避免铁钉受腐蚀。（出示图片）方法2：降低屏幕的亮度，降低LED灯对电量的消耗。方法3：土壤水分变化非常缓慢，所以不需要一直测量，每隔一段时间测量一次即可，如间隔5秒测量一次。请你参考上面的方法把代码补充完整，并分别使用干燥土壤和潮湿土壤进行实验，测试电路是否仍然有效。（出示图片）土壤测试效果干燥LED灯熄灭/条形图显示低值（如接近0）潮湿LED灯点亮/条形图显示高值（接近1023）自动化灌溉系统Micro:bit具有多种GPIO（通用输入输出）端口，可以通过编程控制外部设备的开关，实现自动化灌溉系统。首先，需要通过继电器或晶体管将Micro:bit与电磁阀或水泵连接，因Micro:bit的GPIO端口输出电流有限，不能直接驱动大功率设备。通过编写代码，设置某个GPIO端口为输出，当湿度传感器读取到土壤湿度低于设定值时，Micro:bit将发送信号打开继电器，从而启动电磁阀或水泵进行灌溉。要实现这一系统，还需要定期采集土壤湿度数据，并根据数据进行判断和控制。三、测评与验证请完成程序设计，并填写学习活动记录单，评价本任务的学习情况。我设计了一些与众不同的内容，主要包括：示例：自定义湿度分级（如“干燥/湿润/潮湿”三档）；增加LED灯或蜂鸣器提示土壤状态；数据存储功能（如通过蓝牙传输到手机记录长期数据）。四、课堂练习完成课件25—26页的课堂练习题。五、拓展延伸1、不同类型的灌溉技术各有其适用场景和优缺点滴灌适用场景：适合水资源稀缺地区和高价值作物。优点：水分利用效率高，减少水分蒸发和渗漏，能够精确控制水量。缺点：初期投资较高，维护成本较大，易受堵塞影响。喷灌适用场景：适合大面积农田和果园。优点：覆盖范围广，适合多种作物，能够模拟自然降雨。缺点：水分蒸发损失较大，受风影响较大，需定期维护。沟灌适用场景：适合平坦地形和水源充足的地区。优点：设备简单，成本低，适合大面积灌溉。缺点：水分利用效率低，易造成土壤侵蚀和盐碱化。2、数据可视化Micro:bit的LED屏幕可以显示简易的土壤湿度数据，但如果希望展示更直观、丰富的数据，可以将数据通过串口或蓝牙发送到手机或电脑上。利用图表、曲线等方式在设备上展示湿度变化，使数据更加直观易懂。通过编程，可以将数据实时传输至图表应用（如Excel、Google Sheets）或开发自定义的图形化界面，帮助用户更好地理解土壤湿度的变化趋势，从而优化灌溉管理。3、电流和电阻原理电流是电子流动的过程，电阻则是物质阻碍电流流动的属性，而电导是物质允许电流通过的能力。湿土和干土的电导性不同，因为湿土含有水分和溶解的离子，能更容易导电，而干土由于水分较少，离子不易流动，电导性较差。因此，湿土会提供更低的电阻，导致电流通过的能力增强。土壤的电导性可以用来间接测量湿度，从而控制灌溉系统的启动。 认识检测土壤湿度的原理。认识电阻。学习相关步骤。完成试一试。进行程序调整。完成测试记录。思考相关内容。学习自动化灌溉系统。进行测评与验证。完成课堂练习。进行知识拓展。 结合具体的例子，介绍如何检测土壤湿度以及其中原理，引入所学知识点。拓宽所学。图文结合，引导学生结合具体的步骤内容，明确如何用智能设备测量土壤的湿度情况。引导学生完成实践内容，帮助学生更好的理解和掌握本课知识点。在实践中解决情况，调整优化检测设备，提高学生的创新能力和解决问题的能力。让实践结果更加明确直观。在老师的引导下完成装备省电优化，进一步强化所学知识点，让所设计的装备更具有可行性，功能更强。强化所学知识。引导学生在测评和验证中回顾本课知识点内容，以及思考是否完成相关任务，强化所学。考察学生对本课知识内容的理解和掌握。拓宽学生所学知识。
课堂小结 跨学科主题活动——测量土壤湿度1.Micro:bit测量土壤湿度的原理2.完成具体实践操作3.完成评价与验证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 使用Micro:bit测量一段时间内的土壤湿度，并将这些数据绘制成图表，分析土壤湿度的变化规律。说一说在本次课程中小组遇见的困难以及解决办法。 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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