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简易温湿度采集器教学设计
课题 简易温湿度采集器 单元 物联网数据采集——温湿度采集器 学科 初中信息技术 年级 八年级
教材分析 本课聚焦植物栽培实验室中温湿度对植物生长的重要性，将前两课测量环境温度与土壤湿度知识融合，引导学生制作简易温湿度采集器。教材遵循物联网实验流程，先明确硬件设备，强调引脚连接要点；接着阐述液晶显示屏数据输出模块，助力学生设计显示界面；随后给出完整实践步骤，涵盖硬件准备、连接、程序编写与运行调试，逻辑清晰，可操作性强。拓展环节引导学生测量不同植物生长环境，激发探索兴趣。科学漫游介绍温湿度传感器在文物监测中的应用，拓宽学生视野，让学生认识到该技术的广泛应用价值，培养学生科学素养与实践能力。
学习目标 信息意识：意识到通过简易温湿度采集器获取的数据是真实且有意义的，能够基于这些数据对植物生长环境做出初步判断，培养对信息的判断和识别能力。计算思维：在编写程序时，学生能够通过循环等结构，实现每3秒更新一次温度数据和湿度数据的功能。数字化学习与创新：鼓励学生尝试对简易温湿度采集器进行改进和优化，探索在植物栽培或其他领域中更高效、更实用的应用方案。信息社会责任：在使用温湿度采集器过程中，学生能够遵循科学实验的规范，不篡改、伪造数据，确保所获取信息的真实性和可靠性。
重点 硬件上，学生要精准认识主控板、温湿度传感器等设备，并正确连接至主控板对应引脚。软件方面，需掌握液晶显示屏编程，包括设置标题、输出变量、确定基准点等模块运用，以完成界面设计。同时，要实现传感器数据与程序对接，并达成每3秒自动更新温湿度数据的功能。
难点 理解引脚概念及传感器与引脚对应连接关系，避免操作失误；综合运用液晶显示屏编程模块设计界面，解决调用顺序、参数设置等问题；编写并调试传感器数据对接与定时更新程序，处理数据更新异常状况。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 在植物栽培实验室中，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。在前两节课中我们分别学习了如何测量环境温度以及如何测量土壤湿度，本课将二者进行结合，制作一个简易的温湿度采集器。 了解本课的学习主题、学习目标、学习成果等。 通过教师简要介绍，让学生知晓本课的学习主题。
讲授新课 一、硬件与界面设计开始制作温湿度采集器之前，按照物联网实验流程，我们可以先将所需要的硬件设备填写在下面的方框中。数据采集：DHT11温湿度传感器，土壤湿度传感器数据传输：数据线(有线传输)数据处理：行空板(控制中心)数据输出：显示屏（行空板自带）在进行硬件连接时，需要注意的是每个传感器对应主控板上不同的引脚。假如环境温度传感器和土壤湿度传感器分别接在引脚P21-A和引脚P22-A,则我们需要记录下来，并且在编写程序的过程中，从对应编号的引脚处获取相关数据。能量加油站——引脚当设计和使用电子元件时，引脚是不可或缺的一部分。引脚通常被设计成不同的形状和大小，用于连接不同的电子元件和电线，并且在电路板上有固定的位置和编号。引脚可以用于输入或输出信号，如传感器、按钮、灯、电机等。引脚还可以用于通信，如串行通信或并行通信可以通过引脚传输数据或命令。引脚的设计和使用直接影响电路的性能与可靠性，因此需要仔细选择和处理。我们的简易温湿度采集器要能够在一块主控板上连接两个传感器，分别是环境温度传感器和土壤湿度传感器。我们需要先设计简易温湿度采集器的版面。做一做将你的设计画在下面的主控板液晶显示屏中。要在液晶显示屏上很好地展示我们想要的效果，就需要在软件编程的过程中调用不同的模块来进行排版。在液晶显示屏上输出各种数据的编程模块有以下几个。1.设置标题。该模块用来在屏幕界面显示一个标题内容，如下页图所示的程序设置将会在液晶显示屏上显示一段蓝色的字号为18的位于坐标(120,30)的文字，文字内容为“温湿度检测”,同时整段带有格式的文字内容被赋予一个对象名为title的对象。此外，还需要将对象title设计为整个界面的基准点，以“温湿度检测”为基准进行后续内容的输出与展示，以便于操作。2.输出变量。以下图为例，第一个模块用来设置显示一个圆角矩形，用来框住我们的温度数据；第二个模块和标题设置模块的作用一样，让对象text1显示出文字“空气温度”;第三个模块是和我们的变量“温度数据”进行连接，随着变量“温度数据”的变化，对象text_value_c的显示数据也会更新。3.设置基准点。基准点的意思是以一个点为原点，画出对应坐标(X,Y)的内容。以下图为例，该模块分别将对象名的基准点都设置为屏幕的“中心”点，这样各模块之间的位置就可以更好地确定下来。二、设计温湿度采集器算法设计完显示信息以后，请一起考虑实现温湿度采集器的算法流程，根据本课所学内容补全算法流程图。三、实现温湿度采集器1.准备硬件。制作简易温湿度采集器需要用到主控板、DHT11数字温湿度传感器以及土壤湿度传感器。主控板×1DHT11数字温湿度传感器×1土壤湿度传感器×12.连接硬件。将三个实验硬件设备进行连接，两个传感器要接在不同的主控板引脚上，最后将主控板连接在电脑上。注意，要将土壤湿度传感器插入土壤中。注意：将土壤湿度传感器插入土壤时，要远离水分过大的土壤。编写程序。(1)初始化传感器，并定义温度数据和湿度数据，初始赋值为0。(2)根据“探索”环节对液晶显示屏上显示内容的设计，进行液晶显示屏部分的代码编写(使用液晶显示屏的相关模块)。右图为可参考的前端界面模块部分。(3)进行传感器数据对接，并且实现每3秒更新一次温度数据和湿度数据。4.运行调试。完成以上代码后，点击运行，液晶显示屏上会显示出我们设计的界面。检查其是否与我们设计的前端界面相同，如果不同则重新进行修改。如果传感器数据对接成功，屏幕上的数据会从0很快变成环境的温度数据和土壤的湿度数据。拓展有的植物喜湿喜阴，有的植物喜干喜阳。请到植物栽培实验室找一找不同的植物，使用自己的温湿度采集器测量一下它们的生长环境有什么不同。科学漫游——温湿度传感器在文物环境监测中的应用环境的温度、湿度对文物的保存状况有密切的影响。目前，国内的文博单位会对文物所处环境的温湿度进行实时数据采集及传输，为文物保护措施的制订提供了有力的科学依据。其中，温湿度传感器技术功不可没。2019年6月20日，秦始皇帝陵博物院与中国包装科研测试中心合作的文物包装监测系统项目通过了专家验收。该项目针对兵马俑包装、运输等实际工作进行了系统、深入的研究，提出了相关优化方案，定制了专用的振动、冲击、温湿度传感器，并开发了兵马俑运输监测平台，各类传感器的数据可通过无线网络传输到兵马俑运输监测平台，实现了数据的可视化、实时显示。据介绍，该平台的建立使秦始皇帝陵博物院首次实现了对文物运输全过程的实时监测，通过监测数据对文物运输状态进行分析，确认不安全事件发生的时间、地点以及文物包装箱受到的影响等，为文物安全运输提供了有力的支持。拓展实践根据前面课程学习的内容，设计一款可以采集环境温度，环境湿度，光照强度和土壤湿度的设备，并且将采集的数据显示在主控板的液晶显示屏上。程序参考：效果： 根据要求填写硬件设备，明确制作所需。接着，依据引脚连接信息，设计简易温湿度采集器在主控板液晶显示屏上的版面。在软件编程环节，按照教材介绍，依次调用设置标题、输出变量、设置基准点等编程模块，完成屏幕界面排版，实现温湿度等数据在液晶显示屏上的准确展示，并不断调试优化。依据所学知识，认真分析，动手补全温湿度采集器算法流程图，梳理实现逻辑。按要求准备并连接硬件，编写程序实现数据采集与显示。运行调试，对比界面并修正。参与拓展活动，到植物栽培实验室测量不同植物生长环境。阅读科学漫游内容，了解温湿度传感器在文物环境监测中的应用。学生分组，搭建采集设备电路，编写程序采集数据，调试并显示在液晶屏，分析数据差异，交流改进方案，完成实践报告。 引导学生系统完成温湿度采集器制作。先明确硬件设备，让学生对整体架构有清晰认知。强调引脚知识，使学生理解硬件连接基础。通过设计简易采集器版面，培养学生硬件布局规划能力。详细介绍液晶显示屏编程模块，让学生掌握软件排版方法，学会设置标题、输出变量、设置基准点等操作，将硬件采集的数据准确、美观地展示在屏幕上，实现软硬件结合，提升学生物联网项目实践能力。引导学生将硬件搭建与软件算法结合，通过补全流程图，理清温湿度采集器算法逻辑，培养系统设计思维。通过分步指导，让学生经历硬件准备、连接、编程及运行调试完整过程，掌握温湿度采集器制作方法。拓展环节引导学生用采集器测量不同植物生长环境，培养实践探索能力。科学漫游介绍温湿度传感器在文物监测中的应用，拓宽学生知识面，激发对物联网技术在多领域应用的兴趣。通过设计多环境参数采集与显示设备，让学生将理论应用于实践。培养其硬件搭建、编程及数据处理能力，激发对科技探索兴趣，提升解决实际问题的创新思维与动手操作能力，为后续复杂项目学习筑牢基础。
课后练习 一、选择题要实现每 3 秒更新一次温度数据和湿度数据，主要运用了编程中的（ ）结构。A. 顺序结构B. 选择结构C. 循环结构D. 递归结构答案：C。二、判断题制作简易温湿度采集器时，土壤湿度传感器和环境温度传感器可以连接在同一个引脚上。（ ）答案：错误。在液晶显示屏编程里，设置基准点模块是以屏幕中心为原点来确定各模块位置的。（ ）答案：错误。编写程序实现传感器数据对接时，不需要先初始化传感器。（ ）答案：错误。三、简答题请简述制作简易温湿度采集器过程中，硬件连接和软件编程分别需要注意哪些关键要点？答案：硬件连接方面：准确认识主控板、DHT11 数字温湿度传感器、土壤湿度传感器等硬件设备的功能和特点。软件编程方面：液晶显示屏编程：掌握设置标题模块，准确设置显示内容、字号、颜色和位置；熟练运用输出变量模块，设置显示框和显示文字标签，将变量与显示对象连接；合理使用设置基准点模块，以屏幕特定点为原点确定各模块位置，完成界面设计。传感器数据对接与定时更新：在程序中正确初始化传感器，定义温度数据和湿度数据并赋予初始值；实现传感器数据与程序对接，确保从对应引脚获取准确数据；运用循环、延时等结构实现每 3 秒更新一次数据的功能，并进行调试确保数据更新正常。 结合本课学习内容，独立完成课后练习。 通过课后练习，进一步巩固本课学习的制作简易温湿度采集器相关的内容。
课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。参考：同学们，今天我们一起完成了简易温湿度采集器的制作，收获满满！在硬件方面，大家成功将主控板和传感器连接，精准对应引脚，为数据采集筑牢根基。软件编程上，通过设置标题、输出变量等模块，设计出清晰的显示界面，还实现了每3秒自动更新温湿度数据。过程中，大家积极思考，解决引脚连接、程序调试等难题，展现出超强的学习能力与探索精神。希望大家之后能继续保持这份热情，用所学知识探索更多未知，在不同领域发现信息技术的魅力，期待大家更出色的表现！ 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组做补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。
板书 从教师板书上归纳本课学习内容的重点。 通过板书，帮助学生形成本课学习内容思维导图。
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
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