资源简介

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教学设计
课程基本信息
学科 信息科技 年级 七年级 学期 春季
课题 第十三课 物联网控制与反馈
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2023年12月
教学内容与学习对象分析
本课是第三单元第3课，本课主要内容包括“控制与反馈”“控制的形式”。该知识涉及五年级下册第二单元“控制系统”、六年级下册第一单元“控制系统中的反馈”，它们对本课起着强有力的支撑作用，同时，七年级下册第一单元《认识物联网》、第二单元《探秘物联》、第三单元第11 课《物联网数据的获取》和第 12 课《物联网数据的汇集与使用》，是本课开展教学的基础。 本课遵循“数据”、“算法”、“信息处理”三条逻辑主线，响应课程标准中“物联网实践与探索”模块中内容要求3、内容要求4。“控制与反馈”包含数据或控制信号在控制器、执行器、传感器中传递的过程以及与受控对象产生的相互作用。控制的形式包括手动控制与自动控制。两块内容通过校园农场项目“通风系统”的设计与搭建，探索物联网中数据采集、处理、反馈控制等基本功能。 本课的学习对象是七年级的学生，拥有强烈的好奇心、求知欲与创作欲望，愿意与同学分享、合作，对问题有一定的分析、辨别能力。通过小学阶段与前两个单元的学习，学生有一定的Python基础、有一定的读写程序的能力、对生活中的物联网有了深刻的认识、对硬件有所了解。部分学生体验过门禁系统、智能家居等基于物联网的控制与反馈，但对于物联网如何实现物与物之间有效的运作还缺乏了解，控制与反馈的过程比较抽象，学生认识上存在一定的困难。教师可以通过项目、实验教学方法来组织本课的学习活动，降低认知负荷、增进理解。
教学目标分析（含核心素养导向）
1. 通过对控制方式的认识和学习，了解物联网设备的一般控制形式。 2. 通过物联网子系统原型中功能的实践与体验，了解物联网中控制与反馈的实现过程。 教学重点： 了解物联网中控制与反馈的实现过程，了解物联网设备的控制形式。
教学难点： 了解物联网中控制与反馈的实现过程。
教学过程
（一）感知 活动1：发现问题，集思广益 【活动描述】 大组内进行讨论，找到解决调节大棚温度的方法。 【学生活动】 1.四人为一大组，对比物联数据中台采集的“大棚内”温度数据与草莓最佳生长环境数据两组数据，思考降低大棚温度，达到草莓最佳生长环境的方法，并填写表1。 表1 调节大棚温度的方法 问题讨论结果草莓最佳生长温度是多少度？调节大棚温度的方法有哪些？你们组选择的方法？
2.1-2组代表性小组汇报，其他小组补充。 【教师活动】 1.在学生讨论过程中，巡视指导，及时解答学生的疑问，并引导学生深入思考。 【预设】 如果学生忘了草莓最佳生长温度,提醒学生查看上节课的数据；如果学生不知道用什么方法降低大棚温度，提醒学生联系生活中的解决方案，并根据实验器材与成本选择合适的。 2.在学生汇报分享时，仔细聆听，适时请其他小组补充，并强调根据现有实验套件中的传感器，确定本组的实验器材。 【预设】生1：用空调降温。用空调可以保持衡温，能方便地将大棚温度调节为草莓最佳生长需求值。教师追问：成本怎么样？ 生2：用排风扇通风降温。大棚面积大，用空调一个月的电费可能就比草莓的收成高，而且我们的实验盒里只有风扇。 【设计意图】 设计“降低大棚温度”的真实情境，将上节课平台采集的数据进行传递与延伸，以关键数据的对比引导学生发现问题，以关键问题链引导学生深入思考，寻找解决问题的方法，开启本课教学活动，形成使用风扇调节温度的共识。 （二）建构 活动2：体验模型，建立猜想 【活动描述】 讨论控制与反馈的实现过程，建立“通风系统”实现过程的猜想。 【学生活动】 1.小组通过观看大屏播放的“浇水系统”视频，回忆、梳理“浇水系统”的实现过程与控制的方式，结合书本P73知识，完成实验学习单表2。 表2 控制与反馈过程 问题讨论结果浇水系统的控制与反馈过程是怎样的？你觉得通风系统的控制与反馈的过程又是怎样的？控制的形式有几种？
2.1—2组同学分享本组的学习与讨论结果。 【教师活动】 1.在大屏上播放“浇水系统”视频，引导学生梳理“浇水系统”的实现过程与控制的方式，巡视指导学生完成表格。 【预设】 1.学生不知道控制器、执行器的作用。提示学生参考书本73页“知识链接”，并引导学生找到“浇水系统”中的控制器与执行器，让学生分析它们在系统中的作用。 2.学生无法理解“自动通风”系统控制的实现过程。引导学生再次分析“浇水系统”运行过程，并结合书本第73页控制与反馈原理图，与同组同学展开讨论。 图1 控制与反馈 2.结合实物投影，以举手的方式请两组同学分享讨论结果，并请其他小组补充。 【设计意图】 本环节的设计意在：让学生通过对模型的观察与分析，找到用物联网解决反季节果蔬种植的方法，同时通过体验“浇水系统”设备间的协同工作，感知“控制与反馈”的实现过程，将知识进行迁移，为“通风系统”实验埋下伏笔。直接指向并初步落实本节课的教学重、难点。 活动3：改写程序，实现自动控制 【活动描述】 连接硬件、改写代码，实现自动控制。 【学生活动】 1.通过观看微视频，小组合作、自主探究，改写代码实现“自动通风系统”，具体步骤如下： （1）连接硬件。 （2）部署物联中台。 （3）读懂“自动浇水系统原代码”程序，并在程序中找到表3第2列的关键代码，进行改写，实现通风系统的自动控制，并将改写结果记录到表3第3列。 表3 代码改写记录表 自动浇水系统自动通风系统采集传感器dht11.read_hum(1)阈值<40订阅数据mqtt.subscribe("shidu",event)发布信息mqtt.publish("shidu",str(sd))
（3）运行、调试程序。 2.部分小组进行作品展示，交流心得体会与 遇到的困难、困惑及相应的解决方案，其他组同学提出修改和完善意见。 【教师活动】 1.在学生连接硬件、自主探究改写代码时，巡视指导，提醒学生将改写的关键代码记录到表3中，并引导学生应用相应的支架解决问题。 【预设】 1.当部分学生从平台中获取的温度数值与环境温度不符时，提问学生产生原因可能是什么？提醒学生从硬件连接与采集温度代码改写两方面入手，请学生参考“硬件连接视频”与“改写代码”微视频，如果出错的比例超过30%，则大屏展示表3，请学生校对表3第一行的答案。 2.当部分学生阈值设置不合理时，提醒学生回顾草莓最适宜生长温度。 3.当风扇没有按设定的阈值运转时，提问学生产生可能原因是什么？提醒学生从硬件连接与回调函数改写两方面入手，请学生参考“硬件连视频”与“改写代码”微视频，如果出错的比例超过30%，则大屏展示表3，请学生校对表3第四行的答案。 2.小组上台展示时，引导学生分享创作心得、所遇到的难题以及解决方法，指导其他组从作品的实用性与科学性对该组作品进行评价，同时，引导学生反思自己的作品是否存在相似的问题，对作品加以优化。 【设计意图】 数字化学习、伙伴间的互学互评是指向未来的学习方式，有助于学生形成终身学习的好习惯，也是让学生成为学习主人的一种体现，教师在其中做好组织、引导、指导，把课堂还给学生，同时也是对应环节二猜想环节，直接指向落实、突破本节课的教学重、难点。 应用 活动4：控制与反馈应用 【活动描述】 学生对控制与反馈进行迁移应用，分析种植大棚中其他的控制与反馈事件。 【学生活动】 1.回顾并整理控制与反馈的一般过程以及控制的形式，以四人大组为单位，寻找种植大棚中其他的控制与反馈事件，应用控制与反馈原理，组内进行讨论、分析、表述，对彼此的学习成果进行点评和补充。 2.1-2组代表上台分享成果，其他小组进行补充。 【教师活动】 1.在学生进行大组讨论时，巡视指导，及时解答学生的疑问，并引导学生深入思考和总结。 【预设】 1.学生在大组讨论时，要引导学生从大棚中可能发生的问题着手，从本节课所学的控制与反馈的实现过程去思考，从控制器、传感器、执行器、受控对象分别是什么，有什么作用、解决什么问题去考虑。 2.当学生对选择传感器感到迷茫时，引导学生参考书本第六课，选择合适的传感器。 2.在学生代表分享时，认真倾听，对梳理成果进行点评和补充，帮助学生完善知识体系。 【预设】 生：智能光照系统:光敏传感器、LED灯；智能水位控制系统：超声波传感器、水泵；自动浇灌系统：土壤湿度传感器、水泵…… 【设计意图】 本环节的设计旨在引导学生学会观察生活中的现象，激发学生的好奇心，并用所学的知识进行解答，提升学生对控制与反馈应用场景的直观认识。 （四）梳理 【活动描述】 学生梳理控制与反馈的一般过程，在教师引导下不断完善自己的知识体系。 【学生活动】 1.回顾并整理控制与反馈的实现过程，控制的形式，以四人小组为单位，互相分享，并对彼此的学习成果进行点评和补充。 2.选1名代表，分享梳理的成果，其他同学进行补充。 【教师活动】 1.在学生进行总结和小组讨论时，巡视指导，及时解答学生的疑问，并引导学生深入思考和总结。 2.在学生代表分享时，认真倾听，对梳理成果进行点评和补充，帮助学生完善知识体系。 【设计意图】 本环节的设计旨在帮助学生养成知识梳理与反思的良好习惯。同时，通过分享和互评，培养学生的合作精神和表达能力，提升学生的学习效果。
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学习任务单
课程基本信息
学科 信息科技 年级 七年级 学期 春季
课题 第十三课 物联网控制与反馈
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2023年12月
学习目标
1. 通过对控制方式的认识和学习，了解物联网设备的一般控制形式。 2. 通过物联网子系统原型中功能的实践与体验，了解物联网中控制与反馈的实现过程。
课前学习任务
1. 登陆中小学信息科技物联数据中台（https://xxkj./，进入：学科工具→物联网创作）两位小组成员同时登录一个账号。
2. 预习第十三课。
课上学习任务
【学习任务一】对比物联数据中台采集的“大棚内”温度数据与草莓最佳生长环境数据两组数据，思考降低大棚温度，达到草莓最佳生长温度的方法，并填写表1。 表1 调节大棚温度的方法 问题讨论结果草莓最佳生长温度是多少度？调节大棚温度的方法有哪些？你们组选择的方法？
【学习任务二】结合上节课体验“浇水系统”与书本P73知识，梳理控制的方式，完成表2。 表2 控制与反馈过程 问题讨论结果1.浇水系统的控制与反馈过程是怎样的？2.你觉得通风系统的控制与反馈的过程又是怎样的？3.控制的形式有几种？
【学习任务三】通过观看微视频，小组合作、自主探究，改写代码实现“自动通风系统”
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作业练习
课程基本信息
学科 信息科技 年级 七年级 学期 春季
课题 第十三课 物联网控制与反馈
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2023年12月
作业练习
以四人大组为单位，寻找种植大棚中其他的控制与反馈事件，应用控制与反馈原理，组内进行讨论、分析、表述，对彼此的学习成果进行点评和补充。 4人大组自评表能说出其他的控制与反馈事件□能 □部分正确 □不能能简述控制与反馈的一般过程。□能 □部分正确 □不能
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