资源简介

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第2.3课《物联网的控制反馈》教学设计
课题 物联网的控制反馈 单元 第二单元 学科 信息技术 年级 四年级
核心素养目标 信息意识：能够了解物联网控制技术的类型及生活应用实例，涵盖感应灯、倒车雷达、智能家居远程控制等不同场景的应用形式。计算思维：能够分析消防自动喷淋系统中传感器、控制器、执行器的协作流程，通过算法设计理解物联网系统的数据处理与控制逻辑规律。数字化学习与创新：能够探索开源硬件和编程平台在搭建消防自动喷淋系统中的应用，创新物联网控制反馈的实践学习形式。信息社会责任：能够认识到物联网控制反馈在消防、智能管理等领域的价值，理解其对提升生活安全、管理效率和社会发展的影响。
教学重点 能够分析消防自动喷淋系统中传感器、控制器、执行器的协作流程，通过算法设计理解物联网系统的数据处理与控制逻辑规律。
教学难点 能够探索开源硬件和编程平台在搭建消防自动喷淋系统中的应用，创新物联网控制反馈的实践学习形式。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.1课 物联网的控制反馈学习目标1.通过分析生活中的应用实例，了解物联网的控制技术。2.通过查阅资料，认识物联网的执行器。3.通过搭建消防自动喷淋系统，了解物联网系统中感知、控制与反馈的过程。新知导入欢欢：博士爷爷，借助传感器监测到火灾后，如何自动打开喷淋装置呢 博士爷爷：这需要我们了解物联网的控制机制，让我们一起来探索吧!（观看视频） 观看视频明确学习目标，思考消防喷淋自动控制问题。 激发学习兴趣，让学生初步感知物联网控制机制。
讲授新课 新知讲解：一、物联网控制技术当物联网连接若干物体后，如何对这些物体进行控制管理，需要通过控制技术来实现。在这里，我们介绍常见的自动控制和远程控制。 1、自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器让设备自动按照预定的程序运行。 自动控制在日常生活中应用比较广泛。例如:感应灯可以通过光线传感器和控制规则自动调节光线亮度;驾驶系统中，倒车雷达通过超声波传感器来监测车辆后方的障碍物，并即时反馈给驾驶员。 2、远程控制 远程控制是指人们使用计算机、手机等智能终端中的软件发送指令，通过物联手机红外遇控器谣控网对远程设备实现控制。这种控制方式允许用户随时随地管理物联网设备。例如:智能家居中的远程控制，可实现对家居设备的开关、定时、监控等操作。 欢欢：博士爷爷，哪些设备可以用来执行控制指令呢 博士爷爷：这就要说到执行器了，执行器就是控制系统中负责执行控制指令的“手与脚”。 二、物联网的执行器 在物联网系统中，传感器负责采集各种数据，控制器负责对各种数据进行分析处理并向执行器发送执行指令，执行器则负责执行具体的指令，如喷水、发出警报或闪烁灯光等。 常见的执行器有继电器、接触器、电动机、舵机等。根据物联网系统的实际应用需求，还可能用到其他的执行器，例如喷水需要水泵，补光需要补光灯，排风需要排风扇，等等。 开源硬件中常见的执行器如下表所示。 (观看表格) 1、项目实施 任务一:在消防自动喷淋系统中，要实现喷水灭火的功能，会使用到哪些执行器 熊猫博士：接下来，我们一起来设计搭建消防自动喷淋系统吧!（观看表格）三、设计搭建消防自动喷淋系统1、功能分析消防自动喷淋系统通过传感器实时监测环境数据，例如温度、烟雾和火焰等。当监测到异常数据时，系统自动对数据进行分析，判断火灾是否发生，如果火灾发生，则启动喷水装置。2、硬件搭建根据消防自动喷淋系统的功能选择合适的硬件，并按实验规则进行硬件搭建。（观看表格）3、程序编写在编写程序之前，我们需要先根据系统功能进行算法设计，明确问题解决步骤。比如消防自动喷淋系统中借助温度传感器监测环境温度。当温度大于某个值时，水泵开始喷水;当温度下降到低于阈值时，水泵停止喷水。流程图如下图所示。4、硬件搭建在明确算法流程后，选择一个软件编程平台进行程序编写。（观看表格）若系统无法正常工作，请仔细检查硬件搭建和程序编写是否正确。5、系统测试升高环境温度直到超过阈值，观察水泵是否进行喷水，记录喷水后温度的变化，当温度降低到阈值之下时，观察水泵是否停止喷水。请将记录的情况填写在下表中。6、项目实施任务二:改变消防自动喷淋系统中的阈值设定，观察水泵喷水的情况，记录在下表中。（观看表格）你能得出什么结论 阈值设定越低，水泵越容易启动喷水；阈值越高，需要环境温度更高时水泵才会启动喷水。思考:消防自动喷淋系统是一个完整的物联网系统吗 请说说你理由。消防自动喷淋系统不是一个完整的物联网系统。理由：完整的物联网系统通常包含感知层（如传感器）、网络层（如无线通信、云平台传输）和应用层（如执行器）。该系统具备了感知层（温度传感器）和应用层（继电器、水泵等执行器），但缺少网络层的远程数据传输、云平台分析等功能，因此不是完整的物联网系统。7、实践活动小组合作，尝试选择其他传感器搭建消防自动喷淋系统体验传感与控制机制的变化过程。小组可选择烟雾传感器替换温度传感器，搭建消防自动喷淋系统。当烟雾传感器检测到烟雾浓度超过设定阈值时，控制器发送指令，通过继电器启动水泵喷水。此过程中，传感机制从 “温度触发” 变为 “烟雾浓度触发”，控制逻辑随之调整，能直观体验不同传感器对控制机制的影响。8、拓展阅读悬索桥远程实时监控系统基于物联网的悬索桥远程实时监控系统是一个综合运用传感器技术、无线通信和云数据处理的系统，用于持续监测并分析悬索桥的结构健康状态及环境对其的影响。系统集成了多种类型的传感器，包括风速传感器、压力传感器和图像传感器等，这些设备能够精确测量桥梁承受的力量、振动频率以及任何发生的位移等关键性指标。这些传感器收集的数据经过无线传输，被送往云平台进行实时处理和分析。云平台利用先进的数据处理算法，对桥梁的健康状况进行连续监控，并在监测到潜在风险时即时发出预警信号。所有这些信息都能通过移动设备或者电脑终端即时反馈给维护人员。基于物联网的监控系统不仅大幅提升了悬索桥安全状况的透明度，同时也极大地提高了桥梁维护和管理的效率和响应速度确保了桥梁的安全运营，为公众提供了更高规格的安全保障。四、单元小结1、知识小结2、学习评价五、课堂练习完成课堂练习28-29页。六、拓展延伸1、物联网控制的分类延伸除自动、远程控制外，自动控制可细分为闭环（如恒温系统，传感器实时反馈）与开环；远程控制依赖 MQTT 等协议，让城市照明、水务等系统实现跨区域精准管控，深化控制技术认知。2、执行器的场景化选型选执行器需考量负载、精度与场景。如汽车工业用高精度舵机控部件，智能家居用低功耗继电器控家电。适配场景需求，是物联网系统稳定运行的关键。3、控制反馈的闭环机制物联网控制遵循 “感知 - 控制 - 执行 - 反馈” 闭环。以智能充电桩为例，电流传感器测数据，控制器指令充电模块，执行后反馈电量，实现充电过程的智能调控。4、物联网控制的农业应用 农业领域，物联网控制反馈用于智慧灌溉。土壤湿度传感器传数据，控制器指令电磁阀执行器，按需浇水并反馈墒情，节水又提升作物产量。 结合感应灯、倒车雷达实例，理解自动控制核心特点。了解智能终端指令传输，列举智能家居远程控制案例。认识继电器、水泵等执行器，明确其执行指令的作用。梳理系统监测、判断、喷水功能，明确核心实现逻辑。按功能选硬件，协作完成消防喷淋系统硬件组装。依据算法流程，在编程平台编写系统控制程序。升高温度超阈值，记录水泵喷水及停止情况。调整阈值观察喷水变化，总结阈值影响规律。分析系统是否完整，阐述缺失网络层的理由。小组用烟雾传感器替换温度传感器搭建系统。阅读资料，了解物联网在桥梁监控中的复杂应用。独立完成练习，巩固本课核心知识点。学习了解拓展知识 让学生通过实例掌握自动控制的无人参与特性。帮助学生认识远程控制的应用场景与实现逻辑。使学生掌握执行器在物联网系统中的核心角色。引导学生理清物联网系统的功能运作流程。锻炼学生的动手实操与团队协作能力。培养学生将逻辑转化为程序的计算思维。让学生通过实测验证系统控制反馈逻辑。帮助学生理解阈值对系统控制的关键作用。引导学生全面认知物联网系统的组成要件。提升学生的创新应用与团队协作能力。拓宽学生视野，感知物联网的行业应用价值。检测学生知识掌握情况，及时查漏补缺。拓展学生知识面
课堂小结 《物联网的控制反馈》课程小结：我们跟着博士爷爷和欢欢，探秘物联网的控制 “机制”。先弄清了自动控制和远程控制的应用差别。还认识了执行器这个系统的 “手与脚”，比如继电器、水泵在消防喷淋里的关键作用。通过搭建消防自动喷淋系统，理清了传感器、控制器、执行器的协作逻辑，测试调试时特别好奇物联网控制还能在哪些场景大显身手，满心期待解锁它的更多 “技能”！ 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、设计一个物联网控制小场景，说明传感器、执行器及控制类型，简要写下 “感知 - 控制 - 执行” 逻辑。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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