资源简介

(共20张PPT)
第三单元第一课
采集环境温度
从感知到守护
01
情境启程：植物守护召唤
第三单元第一课
采集环境温度
争做“植物守护神”
湖南某中学植物实验室里，不同植物对环境温度有着严苛要求。我们如何拥有“感知温度”的超能力，来保护这些珍贵的生命？
谁是合格的“植物守护神”？
实验室里，对温度敏感的植物状态不佳，而人工巡检总有滞后与盲区。
核心问题：
我们如何拥有“感知温度”的超能力，来保护这些植物？
本课任务：亲手制作一个会显示的温度采集器，让技术持续守护生命！
02
目标与原理探秘
本节课我们的目标
信息意识
认识温度数据价值与传感器作用。
计算思维
理解传感器原理与数据采集流程。
数字化学习与创新
动手制作一个会显示的温度采集器。
信息社会责任
树立合理使用技术、减少误差的责任感。
探索：机器的“感官”
温度采集器是一个用来采集环境温度数据的机器，是物联网的“眼睛”和“皮肤”。
感知层
(传感器)
网络层
(数据传输)
应用层
(数据处理)
物联网通过机器采集数据，实现万物互联。
能量加油站：认识DHT11
DHT11是一个集成化的数字温湿度传感器，就像一个功能完整的“感官”模块。
测温元件：核心部件，感知温度变化。
电阻式感湿元件：同步感知环境湿度。
单片机：处理数据并输出数字信号。
写一写：温度是如何被“感知”的？
温度变化
(环境)
电阻值变化
(NTC热敏电阻)
电压变化
(电信号)
示数变化
(液晶屏)
核心原理： NTC热敏电阻 的特性是 温度升高，电阻下降
03
动手实战：打造会说话的温度计
合作探究：打造会“说话”的温度计
小组合作，完成硬件连接、程序编写、数据测试，让你们的温度计“开口说话”！
硬件连接师
主程序员
测试员
记录员
第一步：硬件搭建
按照接线图，将DHT11传感器与主控板正确连接，搭建数据采集的物理通路。
思考题：
数据从传感器到屏幕，经过了哪些“关卡”？
第二步：设计大脑——编程逻辑
请根据描述，补全算法流程图，将实际问题转化为计算思维。
开始
初始化
定义变量
显示变量
【循环开始】
延迟3000ms
读取传感器
更新变量
第二步：设计大脑——编程逻辑
请根据描述，补全算法流程图，将实际问题转化为计算思维。
开始
初始化
定义变量
显示变量
【循环开始】
延迟3000ms
读取传感器
更新变量
第三步：编写程序
将流程图转化为代码，让温度计“活”起来。
# 1. 初始化传感器 dht11 = DHT11(pin=Pin(2))
# 2. 定义变量 temp = 0
# 3. 显示初始值 display(temp)
# 4. 循环读取与更新 while True:
# 延迟3秒 sleep(3000)
# 读取传感器数据 temp = dht11.temperature()
# 更新显示 display(temp)
第四步：运行调试与数据记录
运行程序，观察数据，并如实记录。
时间/s 10 20 30 40 50 60
自然环境温度 ___ ___ ___ ___ ___ ___
人为扇风温度 ___ ___ ___ ___ ___ ___
04
数据洞察与责任反思
议一议：从数据中发现了什么？
问题思考
哪种环境下温度波动更大？为什么？
如果结果与预期不同，可能受哪些因素影响？
我们的实验中存在哪些误差？
能量加油站：误差
偶然误差：不可避免的微小波动。
系统误差：传感器精度导致。
人为误差：操作失误， 可以且应该避免 。
技术精度有限，但我们的责任心无限。
拓展：为何“舍近求远”？
问题：很多开发板自带温度传感器，为什么我们还要用外接的DHT11？
答案：开发板自带传感器主要用于监测 芯片自身温度 ，易受主板发热影响，测量 环境温度不准确 。DHT11专为 环境监测 设计， 精度更高 。
根据需求选择合适工具，是信息社会责任的体现。
本课总结
感知
DHT11
NTC
电阻变化
行动
连接
变量
循环
显示
思维
物联网
计算思维
误差分析教学教案设计
总第 09 课时
课 题 名 称 采集环境温度
学习目标 （包含学科核心素养） 认识到环境温度数据在智能栽培中的价值，理解传感器在物联网中的作用。 能够理解温度传感器的工作原理，掌握数据采集与显示的编程逻辑。 动手搭建温湿度采集器，实现数据采集与显示功能，并进行调试与优化。 理解技术在农业中的应用价值，培养合理使用技术、减少误差的责任意识。
问 题 类 型 学生问题 为什么我们要用传感器来采集温度，而不是直接用手感觉？ 温度传感器是怎么把温度变化变成数字信号的？ 为什么采集温度要每3秒一次，不能更快或更慢吗？
学科问题 NTC热敏电阻的阻值随温度变化的关系是什么？ 在数据采集过程中，哪些因素会导致误差？如何分类这些误差？ 为什么在植物栽培实验中通常不使用开发板自带的温度传感器？
教师问题 1.如果我们把传感器的采集频率从3秒改成1秒，会对数据结果有什么影响？ 2.你能解释一下NTC热敏电阻是如何通过电压变化来反映温度变化的吗？
问题系统 （星号标出核心问题） 1.NTC热敏电阻的阻值随温度变化的关系是什么？ 2.在数据采集过程中，哪些因素会导致误差？如何分类这些误差？ 为什么在植物栽培实验中通常不使用开发板自带的温度传感器？
问题探究流程 导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）
导（问题引导）： “聚焦”情境：（播放一段快节奏视频）展示湖南某中学植物实验室里各种对环境温度有不同要求的植物，以及管理员老师忙碌穿梭的场景。画面突然定格在一位对温度变化敏感、即将枯萎的植物上。 教师提问（核心问题）：“同学们，如果我们就是实验室的管理员，我们如何像超级英雄一样，拥有‘感知温度’的超能力，及时发现问题并保护这些植物？” 知识点：物联网在智能农业中的应用价值；温度采集的必要性。 引导过程： 学生自由发言，可能会提出“用手摸”、“用温度计”等方法。 教师追问：“用手摸能每时每刻监控吗？能同时监控所有区域吗？当温度超出范围时，能自动报警吗？”——引导学生认识到人工方法的局限性，从而引出需要一个智能的、自动的“环境温度采集器”。 衔接：今天，我们就来亲手打造这个属于我们自己的“植物守护神”——环境温度采集器。 学（自主探究）： 任务驱动：每位学生化身“硬件工程师”，研读“DHT11数字温湿度传感器”的技术手册（即教材中的“能量加油站”和“写一写”部分）。 知识点：DHT11传感器的组成与工作原理；NTC热敏电阻的特性；模拟信号到数字信号的转换。 自主探究任务清单： 阅读与理解：阅读“能量加油站”，找出DHT11内部包含哪三个关键部分？（答案：测温元件、电阻式感湿元件、单片机） 完成“写一写”：根据文字描述，完成流程图填空。 答案： 温度变化（D. 环境） 电阻值变化（B. NTC热敏电阻） 两端电压变化（B. NTC热敏电阻） 示数变化（A. 液晶显示屏） 原理阐述：尝试用一句话向你的同桌解释，温度传感器是如何“感觉”到温度变化的？（参考答案：温度变化引起NTC热敏电阻的阻值变化，进而导致其两端电压变化，这个电压信号被处理成数字信号，我们就读到了温度值。） 教师角色：巡视指导，对共性问题（如NTC阻值与温度的关系）进行简短澄清。 探（合作探究）： 任务驱动：小组（4-5人）合作，完成“环境温度采集器”从硬件连接到软件编程、再到数据测试的全过程。小组角色可分配为：硬件连接师、主程序员、测试员、记录员。 知识点：硬件连接；编程逻辑（初始化、定义变量、循环采集、显示更新）；数据记录与分析。 合作探究步骤： 硬件搭建（对应教材“实践1-2”）： 任务：根据教材图示，将DHT11传感器正确连接到主控板的指定引脚（如P21）。 探究问题：观察连接图，数据从传感器到屏幕，经过了哪些“关卡”？（答案：传感器 → 主控板引脚 → 主控板处理 → 液晶显示屏） 编程实现（对应教材“实践3”与“设计”）： 任务：补全教材中的算法流程图，并合作编写Python程序。 流程图补全关键点（答案）： 开始 → 初始化传感器/屏幕 → 定义变量：温度数据 = 0 → 屏幕显示温度数据 → 延迟3000毫秒（3秒） → 读取传感器温度值，更新“温度数据”变量 （箭头返回至“屏幕显示温度数据”步骤，形成循环） 编程挑战：主程序员带领组员逐行编写代码，重点理解“循环”和“变量更新”的意义。 数据采集与“议一议”（对应教材“运行调试”与“议一议”）： 任务：运行程序，完成教材中的两组数据记录表（自然状态 vs 人为扇风）。 数据分析与讨论（“议一议”深化）： 问题一：计算两组数据的平均值和方差（范围），比较哪种环境下温度波动更大？为什么？（答案：人为扇风环境下，由于空气流动加剧热交换，温度波动更大，方差值通常更高。） 问题二：各组分享“人为影响”操作，如果某组扇风后温度反而升高了，可能是什么原因？（引导思考：手扇风带来的热源、传感器位置、扇风方向等。） 问题三（结合“能量加油站：误差”）：在我们的实验中： 偶然误差：可能是一次读数时微小的气流扰动。 系统误差：可能是DHT11传感器本身的精度限制。 人为误差：可能是接线松动、记录数据时看错数字。 哪些可以避免？（人为误差可以通过仔细操作来避免。） 四（课堂检测）： 1.选择题：NTC热敏电阻的阻值随温度升高会怎样？(B) A. 升高 B. 下降 C. 不变 判断题：在编程中，变量“温度数据”只需要定义一次，就可以在循环中反复使用和更新。（√） 填空题：环境温度采集器每3秒采集一次数据，这是通过程序中的 循环 模块实现的。 五、拓（知识拓展）： 情境：教师展示一块常见的开发板（如ESP32、Arduino Uno），指出：“同学们，其实很多开发板本身就自带温度传感器，我们为什么还要额外连接一个DHT11呢？” 知识点：传感器精度与应用场景的匹配。 探究任务： 学生查阅资料或根据已有知识猜测原因。 揭示答案：开发板自带的温度传感器通常用于监测芯片自身温度，以防止过热。它受到主板元件发热的严重影响，测量环境温度非常不准确。而DHT11是专门为测量环境温湿度设计的，精度和可靠性高得多。 引申思考：“所以，在选择技术方案时，我们不能‘贪图方便’，而要像一名真正的工程师一样，根据应用场景和需求，选择最合适的工具。这就是‘信息社会责任’的体现——用最合适的技术解决问题。”
板 书 设 计 采集环境温度
区域一：核心问题 区域二：原理探究（感知） 如何智能感知环境温度？ 环境 → NTC热敏电阻 → 电阻↓（温升） → 电压变 → 数字信号 区域三：实现流程（行动） 开始 → 初始化（传感器、屏幕） → 定义变量温度数据 → 循环：【屏幕显示】 → 延迟3秒 → 【读取传感器并更新变量】 区域四：关键概念 物联网感知层：传感器的“感官” 变量：会变化的量 误差：偶然（不可免）、系统（不可免）、人为（可免）
教 学 反 思
通过植物枯萎的“危机”情境和角色扮演，有效激发了学生的学习兴趣和解决问题的内在动力，使知识学习不再是枯燥的步骤，而是有意义的创造。 从导入的核心问题，到自主探究的“写一写”，再到合作探究中关于数据、误差的深度“议一议”，问题层层递进，有效引导学生从识记、理解走向分析、应用与创造，培养了计算思维与科学探究能力。 合作编程与调试环节是本节课的高潮，也可能成为时间的“瓶颈”。对于基础较弱的班级，需考虑提供更细致的代码片段脚手架，或适当延长课时，以确保所有小组都能体验到成功的喜悦。
1第三单元第一课《采集环境温度》课堂检测
一、 选择题（共5题，请将正确答案的序号填入括号）
（简单） 1. 我们本节课使用的DHT11数字温湿度传感器内部不包括以下哪个元件？（ ）
A. 测温元件
B. 电阻式感湿元件
C. 液晶显示屏
D. 单片机
（中等） 2. 关于NTC热敏电阻，下列说法正确的是？（ ）
A. 温度升高，其电阻值也随之升高
B. 温度变化引起其电阻值变化，进而导致电压变化
C. 它直接输出数字信号给显示屏
D. 它的主要功能是检测土壤湿度
（中等） 3. 在编写环境温度采集器的程序时，让温度数据每隔3秒更新一次，我们主要需要使用以下哪个编程概念？（ ）
A. 定义变量
B. 条件判断
C. 循环结构
D. 随机数
（较难） 4. 在实验数据分析中，我们发现即使用扇风人为降温，记录的温度值也比预期偏高且稳定。这种误差最可能是？（ ）
A. 偶然误差
B. 系统误差
C. 人为误差
D. 计算误差
（较难） 5. 制作植物栽培实验室的温湿度采集器时，一般不直接使用开发板自带的温度传感模块，主要是因为？（ ）
A. 开发板自带的模块无法编程
B. 开发板自带的模块功耗太高
C. 开发板自带的模块主要用于监测芯片温度，测量环境温度不准确
D. 开发板自带的模块不能连接显示屏
二、 判断题（共8题，正确的打“√”，错误的打“×”）
（ ）物联网感知层就像人体的感官，负责采集数据。
（ ）在程序运行过程中，变量的值是一成不变的。
（ ）DHT11传感器能将环境的模拟温湿度信号直接转换为数字信号输出。
（ ）在“开始采集”之前，我们需要先初始化传感器和主控板的连接。
（ ）连接硬件时，可以随意将传感器连接到主控板的任何一个引脚。
（ ）NTC热敏电阻的阻值会随着环境温度的升高而降低。
（ ）实验中，因为看错数字而记录错误的温度值，这属于偶然误差。
（ ）液晶显示屏的作用是将主控板处理后的温度数据可视化，让人能够看到。
参考答案
一、 选择题
C （解析：液晶显示屏是外部输出设备，并非DHT11传感器内部的元件。）
B （解析：这是NTC热敏电阻工作的核心物理原理。）
C （解析：循环结构用于重复执行某段代码，从而实现定时采集的功能。）
B （解析：误差稳定且单向偏离真实值，是系统误差的典型特征，可能由传感器本身精度或校准问题导致。）
C （解析：开发板自带温度传感器受主板元件发热影响大，专为监测芯片健康状况设计，而非精确测量环境温度。）
二、 判断题
√ （准确描述了物联网感知层的角色。）
× （变量的值在程序运行过程中是可以被改变和更新的，例如温度数据这个变量。）
√ （DHT11是数字传感器，内部集成了模数转换功能。）
√ （初始化是确保硬件和软件正确通信的必要步骤。）
× （连接引脚需在程序中指定，必须按规范连接，不可随意。）
√ （这是NTC热敏电阻的基本特性。）
× （看错数字是操作失误，属于可以避免的人为误差。）
√ （准确描述了液晶显示屏在本项目中的作用。）

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