资源简介

(共15张PPT)
教科版 2024 八年级上册
第三单元 第三课
简易温湿度采集器
集成创造价值 —— 从“感知”到“洞察”
四维学习目标导航
信息意识
认识到综合环境数据比单一数据更能全面反映植物生长状态。
计算思维
理解多传感器系统的集成方法，掌握并行数据采集、处理与显示的编程逻辑。
数字化学习与创新
设计并实现一个具有友好用户界面的简易温湿度采集器，完成完整的项目开发流程。
信息社会责任
了解物联网技术在文物保护等领域的应用，体会技术对社会发展的推动作用。
聚焦：打造“全能型植物健康监测仪”
“温度和湿度是两个互相影响的因素，把握好这两个因素对于植物生长的影响是非常重要的。”
核心挑战：
如何将前两课的两个独立采集器， 集成 到一个设备中， 在一个屏幕上 同时显示环境温度和土壤湿度？
探索：规划我们的物联网系统
数据采集
环境温度传感器、土壤湿度传感器
数据传输
数据线 (有线传输)
数据处理
主控板 (控制中心)
数据输出
液晶显示屏
能量加油站：认识引脚 (Pin)
定义
引脚是主控板上连接外部元件的接口，有固定的位置和编号。
作用
用于 输入/输出信号 （如连接传感器、灯）。
用于 通信 ，传输数据或命令。
重要原则
每个传感器需要连接到 独立的引脚 ，以便程序准确读取数据。
做一做：你的硬件连接方案
请在下图主控板示意图中，画出两个传感器的连接设计。
提示
请为两个传感器分配不同的引脚。
示例
环境温度传感器 → P21
土壤湿度传感器 → P22
合作探究：设计显示界面
1. 设置标题
定义界面顶部的标题文字，并可设置颜色、大小、位置。
2. 输出变量
用图形框住数据，设置标签，连接变量，实现动态更新。
3. 设置基准点
设定位置原点，方便其他元素通过坐标(X, Y)进行相对定位。
设计：编程逻辑 (补全流程图)
请根据集成两个传感器的需求，补全此图。
实践第一步：硬件集成
所需硬件
主控板 × 1
DHT11数字温湿度传感器 × 1
DHT11土壤湿度传感器 × 1
连接方式
将两个传感器分别连接到主控板的 不同引脚 （如P21和P22）。
重要提示
土壤湿度传感器必须 插入土壤 中。
环境温湿度传感器放置在 空气 中。
实践：编写程序 - 初始化与定义
展示程序开头部分代码，强调为两个传感器分别初始化，并定义两个独立的变量。
实践：编写程序 - 显示与循环
展示核心循环部分代码，强调顺序读取与统一刷新。
在循环体内，需要 先后读取 两个传感器的数据，并 同时更新 屏幕显示。
实践：运行调试与优化
调试检查清单
屏幕是否点亮？界面布局是否与设计一致？
环境温度 数据是否正常显示并随环境变化？
土壤湿度 数据是否正常显示并随土壤干湿变化？
常见问题
如果显示错位，应调整显示元素的 坐标(X, Y) 。
课堂检测
1. 选择题
将两个传感器连接到不同引脚，主要目的是？( B )
节省电线 B. 独立准确读取
C. 运行更快 D. 无特别原因
2. 判断题
可以只用一个变量存储温度和湿度？( × )
3. 填空题
通过设置 坐标(X, Y) 精确控制显示位置。
4. 简答题
简述“设置基准点”模块的作用。
参考答案：设定位置参考原点，简化布局规划。
拓展：技术守护文明
介绍温湿度传感器在 文物环境监测 中的应用。
案例
秦始皇帝陵博物院的文物包装监测系统。
价值
通过传感器实时监测，为 文物安全 提供科学依据和技术支持。
技术不仅服务于农业，更在守护着我们人类共同的文化遗产。
本课总结与重难点
系统架构
掌握多传感器物联网系统流程。
核心原理
理解引脚与变量的独立性。
编程关键
学会初始化、定义变量、坐标定位。
思想升华
体验了从单一功能到系统集成的 项目开发 全过程，认识了物联网技术的广泛应用。《简易温湿度采集器》课堂检测
一、 选择题
（容易）1. 在连接环境温度传感器和土壤湿度传感器时，为什么要将它们连接到主控板的不同引脚上？（ ）
A. 为了节省连接线
B. 因为主控板的引脚数量很多，空着也是浪费
C. 为了让程序能够通过不同的“地址”准确读取不同传感器的数据
D. 因为这两个传感器使用的电压不同，必须分开
答案：C
解析： 引脚有独立的编号，如同“门牌号”。程序通过指定引脚编号来与特定的传感器通信，如果接在同一个引脚上，数据会冲突，无法区分是温度还是湿度。
（容易）2. 在编写程序时，对于从环境温度传感器和土壤湿度传感器采集到的数据，正确的处理方式是？（ ）
A. 只定义一个变量，因为都是数据
B. 定义两个不同的变量来分别存储
C. 不需要定义变量，直接显示在屏幕上
D. 定义一个变量，但每3秒清空一次
答案：B
解析： 温度和湿度是两个不同的物理量，数值和含义都不同。必须定义两个独立的变量（如temp_data和humidity_data）来分别存储和跟踪它们的变化。
（中等）3. 在液晶显示屏上，我们希望将“空气温度”的标签和它的数值并排显示，并且当数值更新时，只有数值部分发生变化。为了实现这个效果，我们最少需要使用哪两种显示模块？（ ）
A. 仅使用“输出变量”模块
B. 使用“设置标题”模块和“输出变量”模块
C. 使用两次“输出变量”模块：一次用于静态标签，一次连接变量用于动态数值
D. 使用“设置基准点”模块和“设置标题”模块
答案：C
解析： “输出变量”模块中的文本显示功能可以设置静态文字（如“空气温度”标签），而其变量显示功能可以连接变量以实现动态更新。因此，使用两次该模块是实现此效果最直接和最少模块的方法。
（中等）4. “设置基准点”模块在界面设计中的主要作用是？（ ）
A. 提高屏幕的刷新率，让数据显示更快
B. 设定一个位置参考原点，方便其他元素通过坐标进行相对定位
C. 用于校准传感器的数据，使其更准确
D. 决定屏幕显示的亮度和对比度
答案：B
解析： 设置基准点相当于确定了一个布局的“原点”（0,0坐标），之后其他所有显示元素（如标题、数据框）的位置都可以通过相对于这个原点的坐标(X, Y)来精确设定，从而简化整个界面的布局规划。
（较难）5. 回顾本单元的三节课，从单一温度采集，到土壤湿度采集，再到本课的温湿度采集器。你认为构建一个物联网应用系统的核心思想不包括以下哪一项？（ ）
A. 根据需求选择合适的传感器（感知）
B. 将不同功能的部件通过明确的规则集成起来（集成）
C. 所有传感器应尽可能型号统一，以简化操作（统一）
D. 设计清晰的数据流与用户界面（处理与输出）
答案：C
解析： 构建物联网系统的核心思想在于根据功能需求（测温度、测湿度）选择最合适的部件，并通过明确的规则（如引脚对应、变量独立）将它们集成到一个协调工作的系统中。传感器型号统一或许能带来一些便利，但并非核心思想，有时为了精度和适用性（如不能用环境传感器测土壤湿度），必须使用不同型号的传感器。
二、 判断题
( ) 因为环境温度传感器和土壤湿度传感器都是DHT11型号，所以它们可以连接到主控板的同一个引脚上。
答案：×
解析： 即使型号相同，只要它们是两个独立的物理传感器，并且需要同时工作，就必须连接到不同的引脚。主控板需要通过不同的引脚地址来区分它们。
( ) 在编程中，可以先用一个变量存储温度数据，3秒后再用同一个变量存储湿度数据，这样能节约变量。
答案：×
解析： 不能。因为循环每3秒要同时采集并显示两个数据。如果共用一个变量，在更新湿度数据时，温度数据就会被覆盖丢失，导致无法同时显示。
( ) “设置基准点”的模块只需要在程序开始时执行一次。
答案：√
解析： 基准点用于确定界面元素的初始布局，一旦设定，在程序运行期间通常不需要改变，因此在初始化界面时设置一次即可。
( ) 如果屏幕上的温度数值和湿度数值显示重叠在一起，最可能的解决办法是修改循环中的延迟时间。
答案：×
解析： 显示重叠是界面布局问题，与时间无关。正确的解决办法是调整显示这两个数值的模块的坐标(X, Y)参数，让它们的位置错开。
( ) 本节课的温湿度采集器项目，体现了将多个单一功能整合到一个系统中的“集成”思想。
答案：√
解析： 本项目正是将前两课两个独立的采集功能（温度、湿度），通过硬件连接和软件编程，集成到了一个统一的设备系统中，这正是系统集成思想的体现。教学教案设计
总第 11 课时
课 题 名 称 简易温湿度采集器
学习目标 （包含学科核心素养） 信息意识：认识到综合多种环境数据进行协同分析，能更全面、准确地反映植物生长状态，理解数据融合的价值。 计算思维：通过集成两个传感器到一个系统中，理解多任务处理和数据并行采集的编程逻辑，构建简单的物联网数据采集系统模型。 数字化学习与创新：能够设计并实现一个集成化的温湿度采集器，完成从硬件连接到软件编程、用户界面设计的完整项目。 信息社会责任：了解物联网技术在文物保护等更广阔领域的应用，体会技术对社会文化遗产保护的积极意义。
问 题 类 型 学生问题 为什么不能把两个传感器插在同一个引脚上？ 怎么才能让屏幕同时清晰地显示温度和湿度，而不是混在一起？ 这个采集器除了种花，还能用在什么地方？
学科问题 在设计多传感器系统时，硬件连接和软件编程上需要遵循什么原则？（提示：引脚独立、变量独立、数据独立获取） 在液晶显示屏上进行界面布局的核心编程思想是什么？（提示：通过设置基准点和坐标来定位显示元素） 一个完整的物联网数据采集实验流程包含哪些关键环节？（从“探索”环节的流程图出发：数据采集、传输、处理、输出）
教师问题 1.如果我们想让“空气温度”和“土壤湿度”这两个数据在屏幕上分两行清晰地显示出来，在编程时我们需要调用哪些显示模块，并如何安排它们的坐标位置？ 2.回顾我们这三节课，从单一的温度采集，到土壤湿度采集，再到今天的综合采集器，你认为物联网系统构建的核心思想是什么？（引导出“集成”与“系统化”的概念）
问题系统 （星号标出核心问题） 1.在设计多传感器系统时，硬件连接和软件编程上需要遵循什么原则？（提示：引脚独立、变量独立、数据独立获取） 2.在液晶显示屏上进行界面布局的核心编程思想是什么？（提示：通过设置基准点和坐标来定位显示元素） 3.一个完整的物联网数据采集实验流程包含哪些关键环节？（从“探索”环节的流程图出发：数据采集、传输、处理、输出）
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）： 情境创设： （展示植物栽培实验室的宏观场景图）教师扮演实验室管理员：“同学们，你们之前制作的‘体温计’和‘口渴警报器’真是太棒了！但现在我遇到了一个新难题：我需要同时关注空气温度和土壤湿度，这两个因素互相影响，来回查看两个设备太不方便了。你们能为我设计一个 ‘全能型植物健康监测仪’ ，在一个屏幕上同时显示这两个关键数据吗？” 知识点：综合环境因素对植物生长的重要性；项目需求分析。 引导过程： 学生回顾前两课内容。 教师追问（核心问题）：“要把两个采集器合二为一，我们可能会遇到哪些技术挑战？”（引导学生思考：硬件怎么接？程序怎么写？屏幕如何布局？） 衔接：今天，我们就来接受这个终极挑战，成为“系统集成工程师”，制作简易温湿度采集器！ 学（自主探究）： 任务驱动：每位学生作为“系统架构师”，研读教材，完成系统设计的先期规划。 知识点：物联网实验流程；主控板引脚的概念与作用；多传感器系统的硬件设计原则。 自主探究任务清单： 完成流程图：填写教材“探索”环节的物联网实验流程方框。 答案： 数据采集：环境温度传感器、土壤湿度传感器 数据传输：数据线（有线传输） 数据处理：主控板（控制中心） 数据输出：液晶显示屏 理解“能量加油站”：什么是“引脚”？为什么两个传感器必须接在不同的引脚上？ 答案：引脚是主控板上连接外部元件的接口。每个引脚有独立编号，如同房子的门牌号。程序需要通过独立的“门牌号” 才能准确地从对应的传感器读取数据，如果接在同一个引脚上，数据会冲突。 完成“做一做”：在教材的主控板示意图上，画出两个传感器的连接设计（例如：环境传感器接P21，土壤传感器接P22）。 教师角色：确认所有学生都理解了引脚独立性的重要性。 探（合作探究）： 任务驱动：小组合作，完成从硬件连接到界面设计、编程实现与系统调试的全过程。 知识点：多传感器初始化与变量定义；液晶显示屏的界面布局编程（设置标题、输出变量、设置基准点）；系统集成与调试。 合作探究步骤： 硬件集成（对应教材“实践2”）： 任务：根据自主探究的设计图，将两个传感器正确连接到主控板的不同引脚（如P21和P22）。 探究问题：连接好后，为什么土壤湿度传感器需要插入土壤，而环境温湿度传感器不能插入土壤？ 编程实现与算法设计（对应教材“实践3”与“设计”）： 任务一（补全流程图）：补全教材中的算法流程图。 任务二（编写程序）：合作编写Python程序。重点解决三个核心问题： 多传感器管理：如何初始化两个传感器？如何定义两个变量？（答案：分别初始化，分别定义变量。） 界面布局（解决学生问题2）：如何使用“设置标题”、“输出变量”、“设置基准点”等模块，让屏幕显示清晰美观？（答案：通过设定不同的坐标(X, Y)来定位每个显示元素（如标题、温度标签、温度值、湿度标签、湿度值），避免重叠。） 数据同步更新：如何在循环中同时更新两个数据？（答案：在循环体内，先后读取两个传感器，并更新两个变量的值，然后刷新屏幕显示。） 运行调试与优化（对应教材“实践4”）： 任务：运行程序，检查界面是否与设计一致，数据是否准确更新。 调试清单： 屏幕是否正常点亮？ 标题、温度、湿度的文字和数值是否都显示在正确的位置？ 用手握住环境传感器，温度读数是否上升？ 给土壤加点水，湿度读数是否上升？ 优化挑战：如果显示错位，应该如何调整？（答案：修改对应显示模块的坐标参数。） 四（课堂检测）： 1.选择题：制作简易温湿度采集器时，将两个传感器连接到主控板的不同引脚，主要是为了？（ B ） A. 让设备看起来更整齐 B. 让程序能独立、准确地从每个传感器读取数据 C. 降低主控板的功耗 D. 方便后续拔插 2.判断题：在编程初始化时，可以只定义一个变量来同时存储温度和湿度数据。（ × ） 3.填空题：在液晶显示屏上布局显示内容时，我们需要通过设置 坐标(X, Y) 来确定每个元素的位置。 简答题：请简述“设置基准点”这个编程模块的作用。 （参考答案：它用于设定一个显示元素（如标题）作为位置参考的原点，其他元素可以相对于这个基准点进行定位，这样可以更简便、精确地规划整个屏幕的布局。） 五、拓（知识拓展）： 情境：教师展示教材“科学漫游”中兵马俑运输监测平台的图片。 知识点：物联网技术在文物保护等领域的创新应用。 内容与讨论： 介绍温湿度传感器在兵马俑等文物运输、保存中的重要作用。 讨论：为什么文物的运输和保存需要监测温湿度？（引导学生思考温湿度波动对文物材料的物理和化学损伤。） 引申：“同学们，我们今天制作的采集器，其核心原理与保护国宝的先进系统是相通的。技术不仅能让植物生长得更好，更能守护我们人类共同的文化遗产。这就是信息技术的温度与力量。” 任务：课后到植物栽培实验室，用自己制作的采集器测量喜阴植物和喜阳植物环境的温湿度，验证它们的生长习性。
板 书 设 计 简易温湿度采集器
1.系统流程（物联网四步） 采集：环境温度传感器 + 土壤湿度传感器 传输：数据线 处理：主控板（大脑） 输出：液晶显示屏 2.核心原则（多传感器） 硬件：不同传感器 → 连接不同引脚 软件：不同数据 → 定义不同变量 3.编程关键（界面与逻辑） 初始化两个传感器 定义两个变量（温度数据、湿度数据） 屏幕布局：靠设置坐标(X,Y) 定位 循环更新：同时读取两个数据 思想升华
教 学 反 思
角色驱动，激发深层兴趣：“系统集成工程师”的角色定位，有效激发了学生的挑战欲和成就感，使他们更主动地思考多设备协同的系统性问题，而不仅仅是完成代码编写。 UI设计融入，凸显创新素养：将屏幕界面布局作为编程的核心任务之一，让学生深刻体验到编程不仅是后台逻辑，更是前端设计与用户体验的结合，极大地丰富了数字化学习与创新的内涵。 “调试”环节需重点扶持：学生同时面对硬件连接、双数据流和界面布局的三重挑战，调试复杂度显著增加。未来应提供更结构化的调试指南（如“先查硬件，再查变量，最后调界面”），并鼓励学生利用“打印日志”等可视化手段辅助排查。
1

展开更多......

收起↑