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第5.3课《跨学科主题活动——为装置加上执行设备》教学设计
课题 跨学科主题活动——为装置加上执行设备 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：通过传感器获取实时的土壤湿度数据，分析是否需要调整灌溉量，从而提高水资源利用效率。计算思维：利用物联网（IoT）技术实现传感器与控制系统的互动，优化水量分配，并通过算法对土壤湿度进行精确控制。数字化学习与创新：借助移动设备和软件，可以实时监控和分析土壤湿度数据，推动农业生产的智能化和精准化。信息社会责任：在罗汉果种植灌溉中，合理利用信息技术减少水资源浪费，提升农业可持续性，是一种社会责任的体现。
教学重点 完成罗汉果种植灌溉装置搭建。
教学难点 为罗汉果种植灌溉装置加上执行装置。
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5.3课 跨学科主题活动——为装置加上执行设备1、观看视频。2、活动背景：我们已经知道了如何实现罗汉果种植灌溉装置的输入功能，也就是如何测量土壤湿度。而要完成整个灌溉过程，还要实现系统的计算和输出功能，这样才能使灌溉装置正常工作。 课程新知导入。 帮助学生初步认识本课研究内容。
讲授新课 新知讲解：一、算法设计土壤湿度较低时，罗汉果种植灌溉装置需要启动浇水设备;土壤湿度较高时，罗汉果种植灌溉装置需要关闭浇水设备。首先要使用 Micro:bit 确定土壤湿度的取值范围。可以结合罗汉果种植条件思考，例如罗汉果在种植过程中对土壤相对含水量的需求。Micro:bit 测量土壤湿度的数值范围是0~1023，当reading值小于614时需要启动浇水设备，reading值大于819时需要关闭浇水设备。二、功能实现一、连接舵机舵机又称伺服电机，是一种带有输出轴的小装置。当向服务器发送一个控制信号时，输出轴就可以转到特定的位置。如果控制信号持续不变，输出轴的角度、位置不变；如果控制信号发生变化，输出轴的位置角度也会相应发生变化。舵机一般有红、棕、橙三根线，红色线(电源正极)接VCC柱，橙色线(信号线)接信号柱(由单片机或者函数信号发生器传送)，棕色线(地线)接GND柱，信线和电源线要接地。连接舵机时的注意事项电源选择： 确保舵机电压与控制系统的电压匹配，以避免损坏舵机。信号接线：正确连接控制信号线、地线和电源线，避免接线错误导致信号不稳定。舵机角度：安装舵机时，确保其工作角度与控制需求一致，避免超出最大旋转角度。负载问题：在使用舵机时，注意控制负载，避免舵机超负荷运行，导致损坏。编程调试：在使用舵机控制灌溉设备时，编程要精确调节舵机的转动角度，确保水流控制准确。二、编程实现1.确定舵机浇水时的旋转角度。Miero:bi 主要通过“引脚”模块下的“舵机”模块实现浇水功能可使用“向伺服机构引脚P2写入”来改变舵机的角度。请同学们根据以下程序确定舵机开始浇水与停止浇水的角度。一般情况下，角度为0°时，开始浇水；角度为8°时，停止浇水。2.编程实现罗汉果种植灌溉装置的浇水功能。灌溉装置浇水的过程主要是根据土壤湿度的判定结果转动舵机进行调整的，同时在完成浇水后通过调整舵机来停止操作。请在动手编写程序之前，细化流程图，把程序补充完整。可在模拟器中调试程序的运行结果。细化流程图：补充程序：三、测评与验证请根据提示完成程序设计，并填写学习活动记录单，评价本任务的学习情况。还有哪些方法能实现罗汉果种植灌溉装置的输出 示例：1、自动控制系统：使用PLC（可编程逻辑控制器）或单片机控制系统，根据土壤湿度、温度、光照等环境因素自动调节灌溉量。2、太阳能供水系统： 通过太阳能电池板为灌溉装置提供能源，配合蓄水池和自动控制装置，节省能源且环保。 四、读一读灌溉技术已广泛应用于农业生产中。现在还有了更先进的农田灌溉决策技术，实现精准灌溉。那如何实现精准灌溉呢 与以往根据单点土壤湿度信息开展的灌溉决策服务不同，农田灌溉决策技术将作物所需水分诊断及灌溉预警决策与天气预报信息相结合，利用实时的气象信息指导更大面积的作物灌溉，有效提高了农田灌溉管理的科学性及区域灌溉水的利用率。五、课堂练习完成课件21—22页的课堂练习题。六、拓展延伸1、PLC与单片机控制PLC（可编程逻辑控制器）和单片机是实现设备自动化控制的两种重要技术。PLC通过输入信号（如开关、传感器）进行逻辑运算，控制输出设备（如电机、阀门），其编程通常采用梯形图或功能块图，便于工程师进行逻辑设计和调试。单片机则是集成了CPU、存储器和I/O接口的微控制器，编程多使用C语言或汇编语言，适合于更灵活的控制需求。两者都可以通过传感器获取环境数据，结合控制算法，实现对设备的自动化管理，从而提高生产效率和安全性。2、执行设备的选型与配置在灌溉系统中，常见的执行设备包括电磁阀、舵机和伺服电机。电磁阀适用于控制水流的开关，常用于自动化灌溉系统中，能够快速响应控制信号。舵机则适合于需要精确角度控制的场景，如调节喷头的方向。伺服电机则提供高精度和高扭矩，适用于需要复杂运动控制的设备，如自动化灌溉机器人。根据不同的需求，选择合适的执行设备可以提高灌溉效率和资源利用率。七、单元小结 1、单元结构2、单元学习内容评价 学习如何确定土壤湿度取值。学习舵机连接。完成编程实现。进行内容编写。进行测评与验证。进行读一读学习。完成课堂练习。进行知识拓展。完成单元小结内容。 结合具体的例子，介绍如何用 Micro:bit 确定土壤湿度的取值范围，引入所学知识点，为本课研究内容做准备。逐步学习如何连接舵机，并了解使用舵机时的注意事项，强化所学知识点。图文结合完成编程实现内容学习，加深对本课研究内容的理解和掌握，考察学生实践能力。引导学生思考如何编写罗汉果种植灌溉浇水功能，培养学生解决问题的能力，提高学生课堂参与度。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。学习更多知识内容，完善所学。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。引导学生回顾本单元所学内容，再一次强化所学内容。
课堂小结 跨学科主题活动——为装置加上执行设备1.进行设备算法设计2.完成功能实现实操练习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 设计一个基于传感器的自动灌溉系统，包括选择适当的传感器（湿度、温度等），并设计PLC控制程序。总结本单元所学内容。 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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