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温湿度远程监测报警教学设计
课题 温湿度远程监测报警 单元 物联网数据传输——简易温湿度传输系统 学科 初中信息技术 年级 八年级
教材分析 本课以“温湿度远程监测报警系统”为主题，引导学生从生活实际需求出发，设计并实现一个具有自动判断与报警功能的物联网应用。教材内容紧贴农业大棚管理场景，重点教授如何利用分支结构进行阈值判断，以及通过循环结构实现持续监测。学生在已有知识（如灯光警报器、Wi-Fi数据传输）基础上，进一步学习逻辑运算（与、或、非）在条件判断中的综合应用，并借助物联网平台实现数据的远程传输与报警触发。本课强调系统化设计与问题分解，培养学生利用编程解决真实问题的能力，体现物联网技术在现代农业中的实用价值。
学习目标 信息意识：认识到温湿度数据是现代农业管理的关键信息，理解通过物联网技术进行远程实时监测与智能报警，对提升生产效率、保障作物生长安全的重要意义。计算思维：能够运用分支结构进行阈值判断，使用循环结构实现持续监测，并通过逻辑运算（与、或、非）组合复杂条件，从而系统化地设计并实现一个完整的自动报警程序。数字化学习与创新：在已有硬件连接与数据传输知识基础上，整合物联网平台与编程控制，创造性地设计包含数据获取、自动判断、远程报警等多功能于一体的综合性智能应用方案。信息社会责任：在设计报警系统时，充分考虑农业生产的实际需求与可靠性，认识到技术应服务于社会生产，培养在技术开发与应用中关注实效、承担责任的态度。
重点 本课的教学重点在于引导学生掌握温湿度远程监测报警系统的完整设计与实现过程。具体包括：第一，理解并运用分支结构进行数据与阈值的自动比较判断；第二，学会使用逻辑运算符（与、或、非） 组合多个温湿度条件，准确表达现实中的复杂报警规则；第三，结合循环结构实现数据的持续实时监测；第四，整合物联网平台，实现数据远程传输与报警信息的可视化或声音提示，构建一个功能完整的物联网应用系统。
难点 本课的教学难点主要在于学生对复杂逻辑条件的理解和程序实现。具体表现为：如何将农业大棚中“温度与湿度同时满足一个范围”的日常描述，精准地转化为使用“与”运算嵌套的编程语言；以及如何协调循环监测、条件判断、数据传输等多个编程模块，使其协同工作，稳定运行。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 生活中我们常常会有这样的体验：水烧开时，水壶或者灶具会发出声音提醒用户及时关闭阀门；倒车时若与障碍物距离过近，汽车会通过声音或语言警告司机注意安全；公共空间里的烟雾监测装置会在烟雾超标时亮起红灯并发出声音警示……在越来越智能化的生活中，我们身边的电子设备总可以在危险时刻或非正常状态时向人们发出警报提示。第二单元我们制作了“灯光警报呼叫器”,从视觉和听觉两个角度实现了“灯光警报呼叫”。本课我们就将仿照灯光警报呼叫器的工作过程和制作过程，实现一个温湿度远程监测报警系统。 了解本课的学习主题、学习目标、学习路径等。 通过教师简要介绍，让学生知晓本课的学习主题。
讲授新课 从生活经验到项目认知灯光警报呼叫器的警报是通过按钮触发的，本课的温湿度远程监测报警系统希望能实现自动判断与发出警报，让农业工作更便捷、高效和智能。在设计中，要通过设定温湿度参数的临界值，即阈值的方式，让程序在每次获得数据后自动判断当前状态是否达到需要预警的程度。在编程中，需要借助分支结构(选择结构)来实现预想的功能。与按钮触发警报不同，本课的温湿度远程监测报警系统需要将监测所得数据与阈值进行比较，之后做出发出或不发出警报的选择。实时监测所得的数据是否需要实时显示出来呢？还是只需要一个报警或不报警的结果就可以呢？视觉的图像或文字效果、听觉的声音效果或者其他感官的刺激都是可以借鉴的报警方式。事件紧急程度不同，报警的效果还可以随之变化。议一议生活中的各种设备在某些特定时刻会发出警报，你知道的智能设备的报警方式有哪些 它们又是在什么条件下才会发出警报 任何监测和报警设备都不是一次工作后就失效，它们都需要在通电状态下持续工作，监测到任何数据异常的情况随时发出警报。这就需要在数据监测环节做不间断的实时监测，编程时需要通过循环结构来实现。在本课的监测报警系统中，同学们可以自己设定具体的监测频率。写一写聚焦“温湿度远程监测报警系统”,根据提示补充括号中的内容。要监测的数据：()、()选用的数据传输技术：()物联网平台：()是否显示实时数据：()温湿度数据的临界值，即阈值：温度()、湿度()报警的方式、效果：()监测的频率：()物联网编程环境：()至此，你在完成温湿度远程监测报警系统方面受到了哪些启发 我们可以在获取温湿度数据后进行条件判断，将判断结果发送到物联网平台，同时以图像或声音的方式发出警报，这样就可实现温湿度的远程监测和报警。二、从种植需求到程序逻辑湖南多地有蔬菜出口业务，其中永州市为该省蔬菜出口的主要城市。一般情况下，农业大棚中的蔬菜对温湿度要求是：白天的温度为25～35℃,夜间的温度为7～15℃;白天的湿度为70%～90%,夜间的湿度可以达到100%。在本课的报警程序中，如果只考虑白天的温湿度情况，按照这一阈值标准，该如何设计数据判断逻辑呢 写一写请根据以上温湿度阈值标准，梳理思考过程，记录在下面的方框中，并补充下页的算法流程图，其中菱形框表示判断的条件，平行四边形框表示输出的文字提示，矩形框是声音、图像等报警方式。3.从系统搭建到应用创新1.准备硬件。我们已经实现了通过Wi-Fi传输温湿度数据，而在本课还需要设计实现个性化的报警。你设计的报警方式中，还需要用到哪种硬件设备呢 请将本课所需的所有硬件设备名称和数量写在下面的方框中。2.连接硬件。如果使用LED灯光报警，我们只需要在本单元第3课的线路连接基础上接入LED灯即可。如果想通过声音报警，主控板自带的蜂鸣器功能可以很方便地满足需求，不需要增加硬件设备。3.编写程序。在第二单元我们已经学习并实现了编写程序点亮灯光，在第三单元我们学习了搭建简易物联系统，本单元的第3课我们使用主控板和编程平台编程实现了与物联网平台的数据传输。在编写本课程序的过程中，更需要关注的是报警条件的编程控制，这时就需要熟练使用程序设计中的逻辑运算。这里我们以一个简单的环境温度t和环境湿度h为例，说明逻辑运算的意义和使用方法。上述程序中，使用“逻辑”命令中的“与”命令，表达了温度值大于等于25℃且小于等于35℃的状态(即25<=t<=35)。这里的“与”命令，就是逻辑运算(也称为布尔运算)的一种，除此之外，还有“或”“非”命令。逻辑运算含义编程命令与表示并且，两个条件同时成立的情况下，结果为真或表示或者，两个条件中有任何一个条件满足，结果为真非表示本来值的反值在图形化编程中，借助几个“与”命令的多层嵌套，即可实现对算法流程图中“25<=t<=35且70<=h<=90”的代码表达，如右图所示。按照这样的思路，可使用“如果……那么执行……”“否则如果……那么执行……”“否则……”命令，按照算法流程图编写本课的大棚温湿度检测与报警程序。参考本单元第3课的内容和下面的程序示意图，尝试把完整程序编写出来吧。拓展你身边的智能家居中有具备温湿度监测报警功能的吗 如果让你编写一个居家生活中的温湿度监测报警程序，你会如何编写 你会将这个程序用在哪种生活设备上 连接物联网平台除了可以方便地实现对种植数据的远程监测和报警，从长期来看，物联网平台还可以利用大量的实时数据进行数据的统计分析和可视化呈现。请思考这又能给农业种植管理者或者科研人员带来哪些好处。参考：关于智能家居与程序设计我身边的智能家居设备中，智能恒温器、加湿器和一些环境监测仪通常具备温湿度监测与报警功能。例如，当室内湿度低于设定阈值时，加湿器会自动启动，并在APP推送提醒。如果为居家生活编写一个温湿度监测报警程序，我会设定适合居住的阈值（如温度18-26℃、湿度40-60%），通过温湿度传感器实时采集数据。当数据超出范围时：若湿度太低，联动智能加湿器开启；若温度太高，发送通知到手机并建议开空调；若持续异常，则通过智能音箱语音提醒。我会将这个程序用于卧室或书房的环境管理设备，保障舒适与健康。物联网平台数据分析的价值长期积累的种植数据通过物联网平台进行统计分析与可视化呈现，能为农业管理者与科研人员带来以下核心价值：精准决策支持通过历史数据趋势分析，可优化灌溉、通风等操作时机，实现精准调控，减少资源浪费。风险预警与预测结合多维度数据（如温湿度、光照），建立预警模型，提前防范病虫害或极端天气影响。品种与耕作研究为科研人员提供长期、真实的生长环境与产量关联数据，辅助培育良种或改进种植模式。生产管理标准化通过可视化报表（如不同大棚产量对比），帮助管理者制定标准化生产流程，提升整体效率。数据驱动的商业价值积累的数据可衍生为“种植档案”，提升农产品可信度，甚至为农业保险、供应链金融提供依据。 梳理“温湿度远程监测”构成要素（数据、技术、平台、阈值等）。将“白天温度25~35℃且湿度70~90%”的自然语言描述，转化为计算机可执行的判断逻辑。通过补充流程图、理解“与”运算的嵌套使用，学习如何将现实世界的复杂条件，通过分支结构、逻辑运算进行精确建模。回顾并整合硬件连接、数据传输等已有技能。完成包含逻辑判断的完整程序编写，实现一个功能完备的监测报警系统，将设计蓝图转化为具体作品。将系统方案迁移至“智能家居”等新场景，进行个性化再设计，并思考物联网数据积累的长期价值（如数据分析、可视化）。 通过“议一议”引导思考智能设备报警的普遍性与条件性，随后通过“写一写”的填空活动，引导学生聚焦于“温湿度远程监测”这一具体项目，并初步梳理其构成要素（数据、技术、平台、阈值等）。将宽泛的“报警”概念收敛到具体的、可操作的物联网项目，明确本课的学习任务与核心问题。引导学生完成项目从需求分析到方案设计的关键思维转换。以“湖南蔬菜大棚”的真实种植温湿度阈值为背景，提出具体的设计要求。培养学生的计算思维核心能力，即问题分解、模式识别与抽象建模，掌握实现“自动判断”的核心编程逻辑。培养数字化学习与创新及信息社会责任素养。
课后练习 一、选择题在温湿度远程监测报警系统中，程序自动判断当前数据是否达到报警条件，主要依赖于以下哪种程序结构？A. 顺序结构B. 循环结构C. 分支结构（选择结构）D. 函数结构根据本课“设计”部分提供的农业大棚白天温湿度要求（温度25～35℃，湿度70%～90%），在编程中要表达“温度在合理范围内 并且 湿度也在合理范围内”这一条件，应该使用以下哪个逻辑运算命令？A. 或B. 与C. 非D. 异或为了实现系统通电后能够不间断地监测温湿度数据，并在任何异常情况下随时报警，在程序中必须使用以下哪种结构？A. 顺序结构B. 循环结构C. 分支结构D. 列表结构二、判断题本课的报警系统，其报警触发方式与第二单元的“灯光警报呼叫器”完全相同，都是通过手动按按钮来触发的。 （ ）在编程中，使用“如果…那么执行…”以及“否则如果…那么执行…”等命令，是实现分支结构（选择结构）的典型方式。 （ ）只要将温湿度传感器采集到的数据发送到物联网平台，就完成了整个远程监测报警系统的所有功能。 （ ）三、解答题请结合本课“实践”与“拓展”部分的内容，回答以下问题：假如请你为家中的书房设计一个简易的温湿度监测报警程序，希望当温度高于28℃ 或 湿度低于40%时，能通过主控板上的蜂鸣器发出提示音。请简要描述你的设计思路，并说明在编程实现“温度高于28℃ 或 湿度低于40%”这一判断条件时，应该使用哪个逻辑运算命令？为什么？参考答案一、选择题CBB二、判断题× (解析：本课系统是自动判断触发，灯光警报呼叫器是手动按钮触发。)√× (解析：还需要在程序中设置报警阈值并进行条件判断，以及根据判断结果控制报警设备动作或发送报警信息。)三、解答题设计思路：首先，使用温湿度传感器持续采集书房环境数据；其次，在程序中设置一个循环，不断将采集到的温度、湿度数据与设定的阈值（温度>28℃，湿度<40%）进行比较；然后，使用 “或” 逻辑运算命令来组合这两个条件，因为只要满足其中任意一种情况（太热或太干燥）就需要报警；最后，当条件满足时，通过程序控制主控板上的蜂鸣器发出提示音。应使用的逻辑运算命令是 “或”。原因：根据题目要求，报警的条件是“温度高于28℃”或“湿度低于40%”这两种情况中的任意一种发生即触发。这符合逻辑运算中“或”的含义，即多个条件中只要有一个为真（成立），结果就为真（触发报警）。如果使用“与”，则意味着需要两个条件同时成立才报警，这与题目要求不符。 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温湿度远程监测报警相关的内容。
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，今天我们共同构建了一个智能的温湿度远程监测报警系统。大家不仅回顾并综合运用了分支结构进行判断、循环结构实现持续监测，更关键的是学会了使用“与”运算，将现实中的复杂条件准确地转化为计算机能够执行的程序逻辑。我们还将数据成功发送到物联网平台，实现了远程报警。这个过程展示了物联网技术如何切实解决生产中的实际问题。课后请大家思考，这套系统还能应用到哪些生活场景中呢？ 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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