资源简介

(共13张PPT)
第三单元第四课：
警报采集结果
让植物守护神学会"说话"
从感知到预警的智能升级
教科版 2024 八年级上册 · 物联网数据采集
本课核心素养目标
信息意识
认识数据通过设定阈值可以产生预警价值。
计算思维
掌握"阈值"概念及"如果...那么..."逻辑。
数字化学习与创新
在采集器基础上创新集成声光报警功能。
信息社会责任
培养利用技术进行主动监测预警的责任意识。
聚焦：植物不会说话，但科技可以替它"发声"
“植物不能讲话，当它所处的生活环境不好的时候，它自己没有办法告诉人们...”
现状分析
现有采集器： 只能显示数据
存在问题： 需要人工持续监控
改进需求： 自动预警，及时处置
核心任务
为温湿度采集器增加警报功能，当采集结果超出适宜范围时自动报警。
问题链
如何判断"不正常"？ → 如何让机器自动判断？
→ 如何有效报警？
探索：警报功能应该加在哪里？
数据采集
传感器
数据传输
数据线
数据处理
主控板
数据输出
液晶屏
结论：警报功能是在 数据输出与反馈 步骤中的重要改进。
思考题：在输出环节，除了显示数据，我们还能增加哪些反馈方式？
探索：确定植物的"舒适区"
实践任务：测量记录表
植物栽培实验室盆栽编号：____
├─ 适宜温度范围：20℃ ~ 23℃
├─ 适宜湿度范围：40% ~ 60%
└─ 测量时间：____年____月____日
操作提示：使用上节课的采集器测量健康植物环境，记录稳定数值范围，确定预警边界值。
概念建立：阈值引入
通过测量，我们发现健康植物的生存环境有一个稳定的范围。这个范围的边界值，就是我们要找的 阈值 。
温度阈值： 最低 20℃ , 最高 23℃
湿度阈值： 最低 40% , 最高 60%
能量加油站：阈值 (临界值)
什么是阈值？
阈值又叫临界值，是指一个效应能够产生的最低值和最高值。
生活实例：
水在 0℃ 以下结冰 (凝固阈值)
考试成绩 60分 及格 (及格阈值)
阈值
阈值又叫临界值，是指一个效应能够产生的最低值和最高值。例如，在我们的警报采集结果的实验中，针对温度会有两个阈值：一个是会发出警报的最高值，也就是当环境温度超过这个最高温度时就会发出警报；另一个是会发出警报的最低值，也就是当环境温度低于这个最低温度时也会发出警报。
设计：智能判断的逻辑流程
补全指南：在循环中，我们需要加入四个独立的判断条件来实现预警功能。
6. 循环开始
7. 更新温度数据
8. 更新湿度数据
9. 如果 温度数据 < 20 → 那么 蜂鸣器鸣响
10. 如果 温度数据 > 23 → 那么 蜂鸣器鸣响
11. 如果 湿度数据 < 40 → 那么 蜂鸣器鸣响
12. 如果 湿度数据 > 60 → 那么 蜂鸣器鸣响
13. 延迟3000毫秒
14. 返回第6步循环
注意：四个判断条件相互独立，需要分别编写。
实践第一步：硬件确认与连接
主控板
必须带有蜂鸣器模块
DHT11
环境温湿度
土壤传感器
土壤湿度
重要提示：硬件连接方式与上一课完全相同。请确保传感器引脚连接牢固。
引脚分配示例：环境传感器 → P21 ，土壤传感器 → P22
实践：编程实现 - 程序架构设计
初始化部分
初始化传感器(P21, P22) 和 定义变量(temp, humidity)
显示设置部分
设置标题"温湿度检测" 和 温度/湿度显示区域
主循环部分
读取数据
更新屏幕
【新增】阈值判断模块
延迟3秒
重点：在保持上节课功能基础上，在数据更新之后、延迟之前增加阈值判断模块。
实践：编程实现 - 阈值判断核心代码
# 初始化与显示设置（与上节课相同）
...
# 主循环
whileTrue:
# 读取并更新数据
temp_data = env_sensor.read_temperature()
humidity_data = soil_sensor.read_humidity()
# 更新屏幕显示（与上节课相同）
...
# 【新增】阈值判断与报警
if temp_data <20:
buzzer.on() # 蜂鸣器响
if temp_data >23:
buzzer.on()
if humidity_data <40:
buzzer.on()
if humidity_data >60:
buzzer.on()
time.sleep(3)
代码注释：用不同颜色标注了新增的、核心的阈值判断部分。
实践：运行调试与问题解决
测试项目 操作方法 预期结果 实际结果
高温报警 手握住环境传感器 温度＞23℃时蜂鸣器响 □ 正常 □ 异常
低温报警 用冰袋靠近传感器 温度＜20℃时蜂鸣器响 □ 正常 □ 异常
低湿报警 传感器从土壤取出 湿度＜40%时蜂鸣器响 □ 正常 □ 异常
高湿报警 向土壤大量浇水 湿度＞60%时蜂鸣器响 □ 正常 □ 异常
常见问题1：报警后一直响
原因：缺少报警关闭逻辑。 解决：在延迟前添加`buzzer.off()`。
常见问题2：临界值处理不当
现象：温度正好20℃时误报警。 检查：判断条件应使用`<`和`>`而非`<=`和`>=`。
拓展：打造多模态智能警报系统
创新方向一：分级报警
根据异常程度，给予不同级别的警告。
一级(轻度): LED黄灯
二级(中度): LED红灯
三级(严重): 声光齐鸣
创新方向二：精准报警
用不同颜色LED区分报警类型。
if temp_data > 23:
red_led.on() # 温度超标亮红灯
if humidity_data < 40:
blue_led.on() # 湿度超标亮蓝灯
创新方向三：屏幕提示
在液晶屏显示具体警告信息。
" 温度过高！当前：25℃"
" 湿度过低！当前：35%"
设计挑战：如何避免新信息与原有数据显示重叠？
本课总结：从感知到预警的完整跨越
应用创新层
基础应用(声音) → 进阶应用(灯光) → 高级应用(屏幕警告)
技术实现层
硬件层面(蜂鸣器) → 软件层面(多条件判断) → 系统层面(输出扩展)
核心概念层
阈值概念 → 条件判断 → 预警机制
本课重点
阈值概念：智能决策的基础。
条件判断：程序具备"思考"能力的关键。
系统集成：在原有系统上增加新功能的方法。
本课难点
多条件逻辑：理清四个独立判断的执行顺序。
临界值处理：判断符号需结合实际需求。
报警恢复机制：添加逻辑避免蜂鸣器持续鸣响。第三单元第四课：《警报采集结果》课堂检测
一、 选择题
（容易）1. 在本课项目中，“阈值”具体指的是什么？（ ）
A. 传感器能够测量的最大值和最小值
B. 触发蜂鸣器报警的空气温度和土壤湿度的临界值
C. 主控板运行程序所需要的时间限制
D. 液晶显示屏能够显示的数字位数
答案：B
解析： 根据教材“能量加油站”部分，阈值是指一个效应能够产生的最低值或最高值。在本课中，特指触发报警动作的温度和湿度的临界值。
（容易）2. 在编写报警程序时，我们使用了什么关键模块来判断采集到的数据是否超出阈值？（ ）
A. 循环模块
B. 定义变量模块
C. “如果…那么执行…”模块
D. 延迟模块
答案：C
解析： 教材明确指出，需要使用“如果…那么…”模块来进行阈值判断。将判断条件写在“如果”后面，将报警动作写在“那么执行”后面。
（中等）3. 如果设定植物生长的适宜温度范围为20℃~23℃，以下哪个选项的编程判断逻辑是正确的？（ ）
A. 如果 温度数据 > 20 且 温度数据 < 23 → 那么执行报警
B. 如果 温度数据 <= 20 或 温度数据 >= 23 → 那么执行报警
C. 如果 温度数据 < 20 或 温度数据 > 23 → 那么执行报警
D. 如果 温度数据 >= 20 且 温度数据 <= 23 → 那么执行报警
答案：C
解析： 适宜范围是20~23℃，这意味着低于20℃（不包含20℃）和高于23℃（不包含23℃）都是不适宜的，需要报警。因此，正确的逻辑是“温度数据 < 20 或 温度数据 > 23”。选项A和D描述的是适宜条件，选项B在临界点（等于20或23℃）也会报警，不符合要求。
（中等）4. 关于本课的硬件连接，下列说法正确的是？（ ）
A. 蜂鸣器需要额外连接到主控板的第三个引脚上。
B. 环境传感器和土壤传感器必须连接到主控板的同一个引脚。
C. 蜂鸣器是主控板的自带模块，硬件连接方式与上节课相同。
D. 连接硬件时，土壤湿度传感器需要放置在空气中进行测量。
答案：C
解析： 教材“实践-连接硬件”部分明确说明：“蜂鸣器模块是主控板的自带模块，因此本次实验的硬件连接方式和上一节课相同”。两个传感器仍需连接在不同的引脚上，且土壤湿度传感器需要插入土壤。
（较难）5. 回顾本单元，从单一数据采集到本课的报警系统，为何我们需要为温度和湿度分别设置“过高”和“过低”共四个独立的判断条件，而不是一个综合判断？（ ）
A. 因为主控板的计算能力有限，一个复杂条件运行太慢。
B. 因为“过高”和“过低”是两种不同的异常情况，需要程序能够精确识别并可以扩展不同的应对策略。
C. 因为编程软件不允许在“如果”后面写太长的判断条件。
D. 因为蜂鸣器一次只能发出一种声音，无法区分报警原因。
答案：B
解析： 将判断条件拆分为四个独立的“如果”语句，体现了计算思维中的“分治”思想。这样做不仅逻辑清晰，更重要的是为未来系统扩展留下了空间。例如，未来可以设置为温度过高亮红灯、温度过低亮黄灯、湿度过高让A电机工作、湿度过低让B电机工作等。一个综合判断条件无法实现这种精细化的控制。
二、 判断题
( ) 如果温度阈值设定为20-23℃，那么当温度传感器测得正好20℃时，蜂鸣器应该鸣响报警。
答案：×
解析： 20℃是适宜范围的下限，本身属于适宜温度，不应报警。报警条件应为“温度数据 < 20”或“温度数据 > 23”，不包含等号。
( ) 在编程时，可以将四个阈值判断条件合并成一个“如果…那么…”模块来简化程序。
答案：×
解析： 温度和湿度的“过高”与“过低”是四种不同的情况，需要程序独立地进行判断和响应。合并成一个复杂条件会使逻辑混乱，且不利于后续为不同情况设置不同的报警方式（如不同颜色的灯）。
( ) 警报功能是在物联网系统流程的“数据采集”环节进行改进的。
答案：×
解析： 教材“探索”环节明确指出，警报功能是在“数据输出与反馈”的步骤中进行改进的。
( ) 当环境温度超过阈值触发蜂鸣器报警后，即使温度回到了正常范围，蜂鸣器也会一直鸣响，除非关闭程序。
答案：√（但需理解原因）
解析： 这是基于教材基础代码的常见现象。因为示例代码中只设置了触发报警的条件（buzzer.on()），但没有设置取消报警的条件（buzzer.off()）。在调试环节，这是一个需要优化和解决的典型问题。
( ) 本课项目在硬件连接上需要做出重大改变，才能增加蜂鸣器报警功能。
答案：×
解析： 教材明确指出，蜂鸣器是主控板自带模块，因此本次实验的硬件连接方式与上一节课相同，无需额外连接或改变。教学教案设计
总第 12 课时
课 题 名 称 警报采集结果
学习目标 （包含学科核心素养） 信息意识：认识到数据本身不具备意义，其价值在于通过设定规则（阈值）来驱动决策和行动，理解从“感知”到“预警”是信息价值升华的关键。 计算思维：掌握“阈值”概念，并能运用“如果…那么…”的条件判断逻辑，将现实世界的预警需求转化为程序可执行的自动化规则。 数字化学习与创新：在现有温湿度采集器的基础上，创新性地集成蜂鸣器报警功能，实现一个具备自动反馈能力的完整物联网应用原型。 信息社会责任：培养利用技术手段进行主动监测和预警的责任感，理解自动化系统在减轻人工负担、保障生物安全等方面的社会价值。
问 题 类 型 学生问题 采集器怎么才能自己知道温度或湿度“不正常”了？ 那个让蜂鸣器响的“如果…”在程序里应该怎么写？ 除了让蜂鸣器响，我们还能用什么方式来报警，让提醒更明显？
学科问题 什么是“阈值”？在本课情境中，为什么需要为温度和湿度分别设定最高和最低两个阈值？ 在编程中，我们需要使用哪种控制结构来实现基于阈值的报警判断？请描述其基本逻辑。 在设计算法流程图时，为什么需要对温度和湿度的“过高”与“过低”这四种情况分别进行判断？
教师问题 1.如果我们设定的温度阈值范围是20-23℃，那么当温度等于20℃或23℃时，蜂鸣器应该响吗？这提醒我们在编写判断条件时需要注意什么？（引导思考临界值与判断符号“>”、“<”、“>=”、“<=”的选择） 2.我们的报警系统现在会同时监测温度和湿度。想象一下，如果温度和湿度同时超标，或者只有一个超标，程序的执行流程会有什么不同？这体现了计算机程序执行的什么特点？（引导思考程序的顺序执行与逻辑独立性）
问题系统 （星号标出核心问题） 1.什么是“阈值”？在本课情境中，为什么需要为温度和湿度分别设定最高和最低两个阈值？ 2.在编程中，我们需要使用哪种控制结构来实现基于阈值的报警判断？请描述其基本逻辑。 3.在设计算法流程图时，为什么需要对温度和湿度的“过高”与“过低”这四种情况分别进行判断？
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： （播放一段无声的延时摄影）展示一株植物在不良环境（如过热、过干）下逐渐枯萎的过程。 教师提问（核心问题）：“同学们，我们的植物守护神已经能‘看见’环境的温湿度了。但植物不会说话，当它‘生病’时，我们如何能让采集器主动、大声地‘喊’出来，及时提醒我们？” 知识点：引入自动化警报的需求；从数据采集到智能反馈的系统升级。 引导过程： 学生讨论（可能会说“我们定时去看屏幕”）。 教师追问：“如果管理员老师不在现场呢？我们能设计一个系统，让它像烟雾报警器一样，一旦发现问题就自动报警吗？”——引导学生思考为系统增加自动判断和反馈的功能。 衔接：今天，我们就来赋予我们的植物守护神“发声”的能力，制作一个会报警的智能温湿度采集器！ 学（自主探究）： 任务驱动：每位学生作为“系统规则设计师”，学习并定义报警的规则。 知识点：阈值（临界值）的概念；条件判断的基本逻辑（“如果…那么…”）。 自主探究任务清单： 定义规则：阅读教材“探索”部分，完成对指定植物的适宜温湿度范围测量与记录。 所测量的植物栽培实验室的盆栽编号：（由教师指定） 适宜的温度范围：20~23℃ （示例） 适宜的湿度范围：40%~60% （示例） 理解核心概念：阅读“能量加油站：阈值”。 问题：什么是阈值？针对温度，我们需要设定几个阈值？ 答案：阈值是效应能够产生的最低值或最高值。针对温度，需要设定一个最低温度阈值（如20℃）和一个最高温度阈值（如23℃）。 建立编程逻辑：如何将阈值判断转化为程序逻辑？ 任务：将以下自然语言描述，与“如果…那么…”的编程逻辑连线。 如果温度低于20℃ → 那么执行报警 如果温度高于23℃ → 那么执行报警 如果湿度低于40% → 那么执行报警 如果湿度高于60% → 那么执行报警 探（合作探究）： 任务驱动：小组合作，在上一课项目的基础上，集成蜂鸣器报警功能。 知识点：算法流程图中条件判断分支的设计；编程中“if-else”或“如果…那么…”语句的应用；多条件独立判断的逻辑。 合作探究步骤： 硬件确认（对应教材“实践1-2”）： 任务：确认硬件连接与上节课相同。主控板自带蜂鸣器模块，无需额外连接。 思考：蜂鸣器作为输出设备，它在物联网系统流程中属于哪个环节？（答案：数据输出与反馈） 算法设计（对应教材“设计”）： 任务：补全教材中的算法流程图。 核心挑战：在“循环更新数据”之后，如何添加判断逻辑？ 流程图补全关键点： ...（更新温度、湿度数据后） 判断分支1：如果 温度数据 < 20 → 执行报警 判断分支2：如果 温度数据 > 23 → 执行报警 判断分支3：如果 湿度数据 < 40 → 执行报警 判断分支4：如果 湿度数据 > 60 → 执行报警 （然后进入下一次循环延迟） 编程实现与调试（对应教材“实践3-4”）： 任务一（编写判断程序）：在上一课程序的循环体内，添加四个独立的“如果…那么…”判断模块。 探究与讨论（解决教师问题）： 问题1：当温度正好等于20℃或23℃时，会报警吗？我们应该使用>和<，还是>=和<=？ 问题2：如果温度和湿度同时超标，程序会如何执行？ 任务二（调试与测试）： 运行程序，用手握住环境传感器（模拟升温）或用吹风机远距离微热风，观察温度超过23℃时蜂鸣器是否鸣响。 将土壤湿度传感器从土壤中取出（模拟湿度降低），观察湿度低于阈值时蜂鸣器是否鸣响。 四（课堂检测）： 1.选择题：“阈值”指的是什么？（ C ） A. 传感器的最大测量值 B. 程序运行的速度 C. 触发某个动作（如报警）的临界值 D. 液晶显示屏的亮度 2.判断题：如果设定温度阈值为20-23℃，那么当温度等于20℃时，报警器应该响起。（ × ） 3.填空题：在编程中，我们使用 “如果…那么…” （或if）语句来实现基于阈值的判断。 五、拓（知识拓展）： 情境：教师提出教材“拓展”中的挑战：“我们的报警系统现在只有一种声音。如何让它变得更‘聪明’，能告诉我们到底是哪里出了问题？” 知识点：输出方式的多样化与精细化设计。 探究任务： 头脑风暴：小组讨论，除了蜂鸣器，还能用什么方式报警？（如：不同颜色的LED灯闪烁、在液晶显示屏上显示具体的警告文字“温度过高！”） 设计挑战：如果让你增加一个LED灯，你会如何设计，使得“温度超标亮红灯，湿度超标亮蓝灯”？ 编程思路：在四个判断分支中，不仅触发蜂鸣器，还分别控制不同的LED灯亮起。 总结升华：“一个好的物联网系统，不仅要有精准的‘感知’和聪明的‘大脑’（判断），还要有清晰的‘表达’（输出）。通过优化报警方式，我们能更快、更准地解决问题，这才是真正的‘智能’。
板 书 设 计 警报采集结果
1.核心概念：阈值 定义：触发动作的临界值（最高值/最低值） 关键技术：条件判断 编程结构："如果...(条件)...那么...(动作)" 四种判断： 温度＜20℃ → 报警 温度＞23℃ → 报警 湿度＜40% → 报警 湿度＞60% → 报警 2.系统升级 采集 → 传输 → 处理 → 判断 → 报警输出 （感知 → 智能预警） 3.创新思考 多模态报警（声音+灯光+显示） 精准定位问题源
教 学 反 思 警报采集结果
临界值判断的讨论有效培养了学生严谨的计算思维和边界意识 在前几课基础上进行功能升级，让学生体验完整的项目迭代过程 阈值设定环节需要更多引导，避免学生设置不合理范围 可提前准备不同报警方式的演示样例，激发学生创新灵感
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