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智能温湿度采集器教学设计
课题 智能温湿度采集器 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 本课以智能温湿度采集器为核心，通过对比简易与智能设备的异同，引导学生理解物联网感知层数据采集与传输的原理。教材以植物栽培实验室场景切入，通过“采集器-接收器”双主控板设计，融合传感器技术、无线通信模块应用及数据分析方法。内容涵盖硬件连接、程序设计、报告撰写等实践环节，衔接智慧大棚应用案例，形成“感知-传输-应用”的完整知识链。教材注重技术原理与实际场景的结合，通过项目式学习培养学生系统思维，为后续物联网系统设计奠定基础。
学习目标 信息意识：能识别不同场景下温湿度监测的需求差异，理解数据实时传输对农业生产的价值，养成主动关注环境数据的意识。计算思维：通过分解“采集-传输-显示”任务流程，掌握顺序、分支结构编程逻辑，能运用阈值判断算法实现警报功能。数字化学习与创新：利用通信模块创新数据传输方式，设计人机交互界面，结合智慧大棚案例提出系统优化方案。信息社会责任：在实验中遵循数据记录规范，培养严谨的科学态度；通过小组协作理解技术应用的边界，树立绿色农业理念。
重点 掌握DHT11温湿度传感器与土壤湿度传感器的数据采集原理及硬件连接方法；理解无线通信模块在数据远距离传输中的作用机制；能够设计并实现采集器与接收器的双向通信程序；学会运用测量报告框架规范记录实验数据，完成基础数据分析；通过智慧大棚案例理解物联网系统环境调控的闭环控制逻辑。
难点 无线通信模块的参数配置与数据传输稳定性调试；多传感器数据融合处理与阈值判断算法设计；实验误差来源分析（如传感器精度、环境干扰等）；测量报告数据可视化呈现与结论推导的逻辑性。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 我们将具有警报功能的温湿度采集器放到植物栽培实验室后发现，当实验人员不在植物栽培实验室时，就无法收到警报信息。因此本课我们要实现一个智能的温湿度采集器。该智能温湿度采集器有两个主控板设备，一个作为采集器，负责在植物周围采集温湿度信息；另一个作为接收器，负责接收警报信息。它使用通信模块，将警报信息显示在实验人员手中的接收器上，从而让实验人员在植物栽培实验室外也可以收到警报信息，判断是否去查看植物的生长状况。 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 智能温湿度采集器分析智能温湿度采集器和简易温湿度采集器之间既有相同点又有不同点。相同点不同点①具有相同的数据采集模块①具有不同的数据传输模块②具有相同的数据输出模块②在硬件设备方面，智能温湿度采集器需要用到的硬件更多由于不要求远距离传输数据，简易温湿度采集器的数据传输是通过有线传输来进行的，硬件设备可以都在一个位置；而智能温湿度采集器需要将数据进行远距离传输，也就是将温湿度数据从采集器传到接收器，这个过程需要用无线传输来进行。为了实现无线传输，我们可以通过通信模块传输温湿度信息，在接收器上显示警报提醒信息。这样一来，负责温湿度采集的采集器应该放置在植物栽培实验室中，通过采集器中主控板的液晶显示屏实时显示温湿度信息，而实验人员手中还应该有一个主控板，其液晶显示屏可显示“生长状态良好”或者“生长状态警报”。在这个实验中，各个硬件设备之间应该怎么连接呢 请画在下面的方框中。参考：智能温湿度采集器算法设计根据上述对智能温湿度采集器的描述，把下面的算法流程图补充完整。实现警报采集结果1.准备硬件。本次智能温湿度采集器需要用到两个主控板，一个作为采集器，另一个作为接收器。另外，采集器上还要分别连接两个传感器。主控板×2DHT11数字温湿度传感器×1土壤湿度传感器×12.连接硬件。参考下图进行硬件连接，看看与自己的设计是否一致。3.编写程序。(1)选择“Python主程序开始”模块，开启采集器程序模块。（2）使用通信模块，构建采集器和接收器之间的通信关系。(3)在第一个模块中编写与采集器相关的内容，在第二个模块中编写与接收器相关的内容，尤其注意接收器前端界面的设计。4.运行调试。编写好以上程序后，点击运行，就可以实现采集器和接收器之间的通信了。参考程序运行效果我们已经制作了一个简易的智能温湿度采集器，在智慧大棚中，智慧检测系统往往可以通过电脑将数据记录下来，然后通过人工进行统计分析，从而得出当前大棚的环境状态。我们此次设计的温湿度采集器，在采集完温湿度以后，同样也需要我们将数据记录下来，再进行有效的分析。因此，我们需要设计一份盆栽温湿度测量报告，从而有技巧地记录盆栽的温湿度，清晰明了，能够让人很容易得出进一步的分析结果。能量加油站一份测量报告应该包括以下几部分：◆报告题目◆实验目的◆实验方法◆实验结果◆结果分析我知道了。那我就可以根据这几个部分规划自己的测量报告啦!写一写请根据温湿度采集器的设计思路，设计一份盆栽温湿度测量报告，将相关内容细化在下表中。实验目的实验方法实验结果结果分析议一议请以小组为单位，带着本组的温湿度测量报告与其他小组进行讨论，看一看哪个小组的实验方法更正确、实验结果误差更小、对实验结果分析得更充分。科学漫游-智慧大棚智慧大棚是将智能化控制应用到大棚种植中。智能化系统获取到大棚内部的环境信息，将环境阈值与实际值进行对比，当实际值超出环境阈值时，会给出相关提示。智慧大棚主要有以下几个功能。(1)智能遮阳网。遮阳网可以控制光照的强弱、时长等，可以根据不同农作物的不同生长阶段对光照强度和时长的需求进行调整。遮阳网可有效保障农作物的健康生长，并且可以延长农作物的生长期，达到增产的效果。(2)自动灌溉。在读取到大棚内的温度和湿度数据后，根据不同的农作物对土壤湿度的不同要求完成自动灌溉，减少人工劳动和水资源的浪费。(3)补光灯。光照与作物的生长有密切的关系。最大限度地捕捉光能，充分发挥植物光合作用的潜力，直接关系到农业生产的效益。室内补光灯也叫植物补光灯，是依照植物生长的自然规律，根据植物进行光合作用的需求，使用灯光给温室植物生长发育补充光照。(4)智能风扇。风扇可以智能控制风口，自动调节大棚温度，是大棚控温、自动通风换气不可缺少的一部分。(5)气流显示。气流显示可以帮助管理人员实时看到气流的状态，便于大棚管理。单元总结与评价单元作品展示与交流1.以小组为单位，对本单元完成的温度传感器、土壤湿度传感器和温湿度采集器进行小组汇报展示。2.填写作品评价表，对本单元完成的作品进行评价。作品评价表学生自评( )分 同学互评( )分 教师评价( )分评价维度评价标准分值得分主题作品紧扣“温度传感器”“土壤湿度传感器”和“温湿度采集器”任务主题，内容完整，概括得全面而准确5作品与主题相关，内容基本完整，概括得较为全面而准确4作品与主题相关度不大，内容不太完整，存在少数错误3作品跑题，或内容不完整，或有多处错误2技术能使用编程软件完成作品，思路清晰，呈现合理5能使用编程软件完成作品，呈现效果有待改进3使用编程软件完成部分作品，效果有待改进2创意能够应用开发板自带的温度传感模块来测量环境温度，并理解为什么不能使用开发板自带的传感模块做植物温湿度采集器5能够应用开发板自带的温度传感模块来测量环境温度，但不明确为什么不能使用开发板自带的传感模块做植物温湿度采集器4合作小组成员分工明确，任务分配合理，作品展示效果好5小组成员有分工，能完成分配的任务，作品展示顺利4小组成员分工不明确，任务分配不太合理，作品展示效果一般3小组成员分工不合理，有成员未参与，作品展示效果不好2单元内容小结与概念图1.在本单元中，我们通过制作温湿度采集器，学习了物联网感知层的传感器，掌握了利用传感器采集数据的基本方法。2.根据在本单元项目实践中学到的知识，将下面的知识概念图补充完整。实践项目智慧大棚还应当能够对采集到的温湿度数据进行反馈，我们应该如何设计这样的控制反馈 这样的控制反馈属于物联网三层结构中的哪一层呢 参考：反馈机制设计：通过智能温湿度采集器实时监测数据，当温度/湿度超出阈值时，接收器主控板触发执行机构（如智能风扇、喷淋装置、遮阳网）。例如：高温时启动风扇降温，干燥时开启喷淋增湿，同时通过无线模块将执行状态反馈至管理终端，形成“监测-判断-执行-反馈”闭环。物联网层级归属：该控制反馈属于应用层（或平台层）。其通过数据分析和决策逻辑驱动执行设备，实现环境调控，区别于感知层的传感器采集与网络层的通信传输。 分组讨论：分析智能采集器需增加哪些硬件实现无线传输，对比简易版的硬件组成差异。流程图填空：根据教材描述，补全算法步骤。角色扮演：分组模拟采集器与接收器的数据交互过程，验证算法合理性。实践操作：分组完成采集器与接收器的硬件连接，编写通信程序并调试，实现温湿度数据实时传输与警报功能。报告撰写：根据实验数据填写盆栽温湿度测量报告，重点分析温湿度变化规律与植物状态的关联性。小组研讨：各组展示报告，从实验方法、误差控制、分析深度等维度互评，提出改进建议。拓展探究：结合智慧大棚功能案例，讨论如何优化本组设计（如增加自动灌溉或补光灯模块）。作品展示：小组代表演示温湿度采集器功能，结合实验数据说明设计亮点与改进空间。多元评价：根据评价表完成自评、互评与教师评价，记录得分并分析扣分原因。概念建构：补充知识概念图中“传感器类型”“数据传输方式”“反馈控制层级”等关键节点。案例研讨：分组设计智慧大棚反馈机制，标注所属物联网层级并说明理由。 通过对比智能与简易温湿度采集器的异同，引导学生理解无线传输在物联网中的核心作用。设计硬件连接环节，旨在强化学生对“采集-传输-接收”闭环逻辑的认知，培养其系统设计思维。通过算法流程图设计，引导学生将硬件功能转化为逻辑步骤，理解“数据采集-阈值判断-反馈控制”的核心逻辑，培养其算法思维与问题解决能力，强化物联网系统中“智能决策”的实现路径。本环节通过“硬件搭建-程序编写-报告设计-小组研讨”的递进式任务，引导学生将智能温湿度采集器的技术原理转化为实践成果。硬件连接与程序调试强化物联网系统“感知-传输-决策”的核心逻辑；盆栽测量报告设计培养数据记录与分析能力，形成科学探究闭环。小组讨论促进批判性思维，通过对比优化实验方案；智慧大棚功能拓展案例则拓宽技术视野，帮助学生理解物联网在农业中的综合应用价值，激发创新设计兴趣。本环节通过“作品展示-多维评价-概念梳理”的整合设计，强化学生对物联网感知层技术的深度理解。小组汇报与评价表填写促进反思与批判性思维，明确技术实现的优缺点；知识概念图补充帮助学生构建系统化知识框架；反馈机制设计案例则引导学生从“数据采集”延伸至“智能决策”，理解物联网应用层的核心功能，培养工程化设计思维。
课后练习 一、选择题智能温湿度采集器中，负责在植物周围采集数据的设备是（ ）A. 接收器主控板B. 采集器主控板C. 通信模块D. 液晶显示屏在智慧大棚中，智能风扇的主要作用是（ ）A. 补充光照B. 自动调节温度C. 检测土壤湿度D. 控制遮阳网开关二、判断题（ ）智能温湿度采集器的采集器和接收器可以使用同一个主控板。（ ）智慧大棚的自动灌溉系统仅根据土壤湿度数据决定是否灌溉。三、简答题请结合本课所学内容，简要说明智能温湿度采集器如何实现“实验人员在实验室外也能收到警报信息”，并画出其基本工作原理流程图。参考答案一、选择题B（采集器主控板负责在植物周围采集数据）B（智能风扇用于自动调节大棚温度）二、判断题×（智能温湿度采集器需要两个主控板，分别作为采集器和接收器）×（自动灌溉系统通常结合温度、湿度等多参数综合判断）三、简答题参考答案要点：智能温湿度采集器通过无线通信模块（如Wi-Fi、蓝牙等）将采集器主控板获取的温湿度数据传输至接收器主控板。当数据超出预设阈值时，接收器主控板触发警报，并通过液晶显示屏显示“生长状态警报”，实验人员即使不在实验室也能通过手持接收器获取信息。基本工作原理流程图：采集器主控板 → 读取DHT11/土壤湿度传感器数据 → 无线通信模块传输 →接收器主控板 → 判断数据是否超阈值 → 显示警报信息（或“生长状态良好”） 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智能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，今天我们成功搭建了智能温湿度采集系统！通过对比简易设备，我们掌握了无线传输的核心技术，完成了从传感器数据采集到接收器警报显示的完整链路。在硬件连接环节，大家注意到了通信模块的天线朝向对信号的影响；编程时通过调试解决了数据延迟问题，这些实践经验都非常宝贵。测量报告的撰写让我们学会了用图表呈现数据规律。 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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