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警报采集结果教学设计
课题 警报采集结果 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 本课聚焦为温湿度采集器增添警报功能。探索环节引导学生思考警报功能在物联网实验流程中的改进位置，并明确确定适宜温湿度阈值的方法，通过“能量加油站”引入阈值概念，为后续编程判断奠定基础。设计部分要求学生根据自然语言描述设计算法流程图，培养逻辑思维能力。实践环节详细阐述硬件准备、连接、程序编写及运行调试步骤，让学生亲身体验实现警报功能的过程。拓展部分启发学生丰富警报信息，提升创新与实践能力。整体内容循序渐进，将理论知识与实践操作紧密结合，有助于学生深入理解物联网中数据监测与反馈机制。
学习目标 信息意识：能够主动关注并收集生长状态良好的植物周围的适宜温湿度范围信息，形成对植物生长环境参数的敏感性和信息收集意识。计算思维：能够运用阈值概念，理解并设计程序中的条件判断逻辑，即通过“如果……那么执行……”模块实现对温湿度数据的阈值判断。数字化学习与创新：能够利用数字化工具（如主控板、传感器、编程软件等）实现温湿度采集器的警报功能，体验数字化技术解决实际问题的过程。信息社会责任：能够在设计警报功能时，考虑信息展示的清晰性和有效性，避免信息重合或误导，体现对信息准确性和社会责任感的重视。
重点 让学生理解并掌握为温湿度采集器添加警报功能的核心流程，包括确定适宜温湿度阈值、运用“如果……那么执行……”模块编写阈值判断程序，以及通过蜂鸣器实现警报。通过实践操作，使学生熟悉硬件连接、程序编写与调试，切实掌握利用数字化技术监测并反馈植物生长环境信息的方法。
难点 如何引导学生将阈值概念准确转化为程序中的条件判断逻辑，合理设计四个“如果……那么执行……”模块，实现温湿度数据超出阈值时蜂鸣器准确鸣响，同时启发学生拓展思路，创新丰富警报信息的展示形式。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 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，但是温湿度采集器可以帮助植物。本课我们将警报功能加入温湿度采集器中，当采集的温湿度结果不在适宜范围内时，采集器将会发出警报，提醒人们及时进行处置。 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、警报功能分析目前我们已经实现了简易温湿度采集器，能通过环境温度传感器和土壤湿度传感器来采集温湿度数据，并且通过有线传输将数据传输到主控板进行处理，最后通过液晶显示屏输出我们的温湿度数据。如果我们要为温湿度采集器增加警报功能,先要思考一下添加警报功能是在搭建物联网实验流程中的哪一步进行改进。事实上，警报功能要在数据输出与反馈的步骤中进行改进。需要注意的是，我们要确定温湿度采集的结果达到什么数值时需要报警。我们先用温湿度采集器测量一个生长状态良好的植物周围的空气温度和土壤湿度值的整体范围并做好记录。所测量的植物栽培实验室的盆栽编号： 适宜的温度范围： 适宜的湿度范围： 我们测量出植物生长适宜的温度范围是20~23℃,那么当温度不在这个范围内时，就应该让采集器发出警报。20和23对于这盆植物来说就是温度阈值。能量加油站——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。我们如何将阈值的概念应用于编写程序的过程中呢 因为需要判断当前的环境温度是否超出了温度阈值范围，或者判断当前的土壤湿度是否超出了湿度阈值范围，所以需要使用“如果……那么执行……”模块来帮助我们进行判断。将阈值判断的条件写在“如果……”后面，将是否需要发出警报的信息填写在“那么执行……”后面，这样就可以在植物所处环境的温湿度超出阈值时发出警报了。二、设计警报采集结果算法要完成警报采集结果的实验，先要分别初始化环境温度和土壤湿度的最高和最低值。可以设置的警报功能有很多，比如LED小灯闪烁、蜂鸣器鸣响，还可以使用液晶显示屏显示不同的警报信息。请根据上述自然语言描述，设计填写下述算法流程图。三、实现警报采集结果1.准备硬件。我们选用蜂鸣器鸣响来发出警报，因此本次警报采集结果实验需要用到带有蜂鸣器模块的主控板、DHT11数字温湿度传感器以及土壤湿度传感器。主控板(带有蜂鸣器模块)×1DHT11数字温湿度传感器×1土壤湿度传感器×12.连接硬件。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，将两个传感器分别与主控板进行连接，并且将主控板和电脑进行连接。3.编写程序。(1)初始化传感器，并且定义温度数据和湿度数据的变量，初始赋值为0。(2)实现采集器的基本功能，包括液晶显示屏上显示温湿度数值和传感器的对接，每3秒更新一次温度数据和湿度数据。(3)采用“如果……那么执行……”模块来实现对阈值的判断，一共需要四个这样的模块：“如果温度数据低于最低温度阈值，那么执行蜂鸣器鸣响”“如果温度数据高于最高温度阈值，那么执行蜂鸣器鸣响”“如果湿度数据低于最低湿度阈值，那么执行蜂鸣器鸣响”“如果湿度数据高于最高湿度阈值，那么执行蜂鸣器鸣响”。4.运行调试。完成以上代码后，点击运行，屏幕上会显示出环境温度和土壤湿度的数据。当温湿度数据低于或者高于阈值时，蜂鸣器会发出鸣响提醒我们需要调整植物的生活环境了。拓展思考如何丰富自己的警报信息，比如加上LED小灯闪烁，或者将警报信息加在液晶显示屏上显示出来(这里要注意前端设计，避免出现显示的内容和采集器本身的信息重合的情况)。拓展——三种基本逻辑运算1.与（AND）逻辑含义： 全真为真，一假即假。只有当所有参与运算的条件都为真时，结果才为真。2.或（OR）逻辑含义： 一真即真，全假为假。只要有一个参与运算的条件为真，结果就为真。3.非（NOT）逻辑含义： 取反。它将真变为假，将假变为真。这是一个一元运算符，只对一个操作数进行运算。 分组测量植物栽培实验室盆栽的适宜温湿度并记录，确定温度和湿度阈值。分组讨论确定环境温度和土壤湿度最高、最低值，选择警报方式，按要求设计并填写警报采集结果的算法流程图。按要求准备主控板、传感器等硬件，按之前方式连接好并接入电脑。编写程序，初始化传感器与变量，实现基本功能并每3秒更新数据，用四个“如果……那么执行……”模块判断阈值。运行调试，观察数据与蜂鸣器反应。思考拓展内容，尝试增加LED闪烁或优化液晶屏显示，可小组交流想法。 通过实际测量确定适宜温湿度范围，让学生理解阈值概念。借助编写程序环节，引导学生运用“如果……那么执行……”模块，将理论知识转化为实践操作，提升逻辑思维能力与编程能力。让学生通过讨论确定关键参数与警报方式，锻炼其分析决策能力。设计填写算法流程图，促使学生将思路可视化，强化对警报算法的理解与运用。通过准备与连接硬件，让学生熟悉实验器材与流程。编写程序锻炼逻辑编程能力，利用条件判断实现警报功能。运行调试检验成果，培养问题解决能力。拓展内容引导学生深入思考，丰富警报形式，激发创新思维，提升综合实践与团队协作能力。
课后练习 选择题在为温湿度采集器添加警报功能时，警报功能改进应在物联网实验流程的哪个步骤进行？（ ）A. 数据采集 B. 数据传输 C. 数据输出与反馈 D. 数据存储答案：C解析：警报功能是在采集到数据并输出后，根据数据情况给出反馈，所以应在数据输出与反馈步骤改进。以下哪个是温度阈值的正确描述？（ ）A. 植物生长的最佳温度值B. 植物能承受的最高温度和最低温度C. 会发出警报的最高温度和最低温度D. 环境中的平均温度答案：C解析：温度阈值是会发出警报的最高值和最低值，当温度超出这个范围就会触发警报。判断题阈值是指一个效应能够产生的平均值。（ ）答案：错误解析：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，不是平均值。在编写程序判断阈值时，只需要两个“如果……那么执行……”模块，分别判断温度和湿度是否超出范围即可。（ ）答案：错误解析：一共需要四个“如果……那么执行……”模块，分别判断温度数据低于最低温度阈值、高于最高温度阈值，以及湿度数据低于最低湿度阈值、高于最高湿度阈值的情况。解答题请简述为温湿度采集器添加警报功能的实验步骤。答案：准备硬件：选用带有蜂鸣器模块的主控板、DHT11数字温湿度传感器以及土壤湿度传感器。连接硬件：将两个传感器分别与主控板进行连接，并且将主控板和电脑进行连接，因蜂鸣器模块是主控板自带模块，硬件连接方式和上一节课相同。编写程序：初始化传感器，并且定义温度数据和湿度数据的变量，初始赋值为0。实现采集器的基本功能，包括液晶显示屏上显示温湿度数值和传感器的对接，每3秒更新一次温度数据和湿度数据。采用“如果……那么执行……”模块来实现对阈值的判断，共四个模块，分别判断温度和湿度数据低于最低阈值、高于最高阈值的情况，若超出则执行蜂鸣器鸣响。运行调试：完成代码后，点击运行，观察屏幕上显示的环境温度和土壤湿度数据，当温湿度数据低于或者高于阈值时，检查蜂鸣器是否发出鸣响。 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警报采集结果相关的内容。
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，今天这堂课我们收获满满！我们聚焦为温湿度采集器添加警报功能，明白了这要在数据输出与反馈步骤改进。探索中，我们掌握了阈值概念，知道它是判断是否警报的关键。实践环节，大家亲自准备硬件、连接设备、编写程序，通过“如果……那么执行……”模块让采集器在温湿度超阈值时发出警报。过程中大家积极思考、动手操作，表现很棒！课后希望大家拓展思维，想想怎样丰富警报信息。期待大家在后续学习中，继续探索物联网的更多奥秘！ 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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