资源简介

(共34张PPT)
单元1 活动4
跨学科活动:制作自控植物园
（湘教版）六年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
体会信息技术与科学、劳动教育的融合价值，培养动手实践与劳动意识。立"绿色环保"智慧生活"理念，感受科技对生态保护、生活便利的作用。遵守实践操作规范，爱护实验器材，培养安全、负责的科技实践态度。
掌握土壤湿度传感器、主控板、水泵等硬件的连接方法，完成自控植物园模型搭建。能用图形化编程软件实现自动浇水、光照监测等控制功能，调试并优化程序。小组合作完成项目，能结合植物特性创新设计(如添加温度报警、自动通风)。
能将自控植物园分解为"感知层(传感器)、控制层(主控板)、执行层(水泵、风扇)"子系统，梳理各部分功能。能根据测试结果优化控制参数(如浇水时长、湿度阈值)，提升系统控制精准度。
能分析自控植物园的控制需求，识别所需数据(土壤湿度、光照、温度)与信息来源(传感器)。理解自控系统中"数据采集一信息处理一指令执行"的信息流动过程，形成"数据驱动自动控制"的意识。
03
新知引入
本课中你将学习：
如何分析“实际需求”并设计自控植物园模型
如何制作自控植物园模型并测试
03
新知引入
03
新知讲解
一、活动任务
03
新知讲解
是否可以搭建一个自动控制的植物园，在假期没有人的时候，根据设定好的条件，自动给这些植物浇水、通风呢
大胆想象:找一间教室或者搭建一个植物园的环境，拓展本单元植物生长提醒装置的程序，加入自动装置，完成浇水和通风工作。
需求分析
可以实时监测植物生长环境。
可以实现自动浇水和自动通风。
温度过高时发出警报。
想一想
03
新知讲解
有了解决问题的方向以后，上网查找相关资料，更加详细地了解该想法实施的可能性，并尝试回答以下问题:
自控植物园有哪些自动工作的能力
自控植物园由哪些要素组成
如何将普通教室改造成自控植物园
如何建造一个自控植物园
整合资料并思考，这些资料对你有什么启示 还需要查找什么资料
查一查
03
新知讲解
还记得本单元中设计的植物生长提醒装置吗 该系统会监测多个植物生长所依赖的连续变量，我们只要在这个系统的基础上，加入自动控制的其他设备，就能实现自控植物园系统的搭建。
请讨论一下自控植物园的设计方案。根据我们的想法，先画一张自控植物园系统的示意图，我们能够更清楚、更全面地描述自己的想法。
议一议
03
新知讲解
将自控植物园所需要素按照输入、计算、输出三个功能划分出来，如表 1-8所示。
议一议
03
新知讲解
控制过程与状态变化:当系统开始工作后，传感器将持续获取植物生长环境信息，并将各个监测值输入计算部分，计算部分将信息显示在屏幕上，并逐个进行判断。如果所有监测值都符合植物生长的合适条件，则系统保持监测状态;如果有个别值不符合要求，例如土壤干燥，则输出控制信息，使水泵开始工作，浇水。
议一议
03
新知讲解
土壤湿度传感器。决定是否需要给土壤浇水的是土壤湿度，我们需要连接土壤湿度传感器。将土壤湿度传感器插入土里，传感器会返回给主控板一个数值，主控板根据返回的数值进行判断，决定是否需要浇水。
传感器通过连接线与主控板连接，连接时需要将对应的接口插在一起如图所示，该土壤湿度传感器返回的数值会通过P1引脚传给主控板。
做一做
03
新知讲解
连接土壤湿度传感器后，主控板接收传感器返回的数值，判断该数值与浇水阈值的关系就能决定是否需要浇水。
做一做
03
新知讲解
土壤湿度传感器算法。按照土壤湿度传感器的工作流程，获取并显示土壤湿度的算法如下:
做一做
03
新知讲解
试利用下图中的积木块编写一个程序，测试并记录不同湿度下传感器返回的数值。使用湿度传感器测量空气和水的湿度，土壤湿度传感器测量土壤湿度。
做一做
03
新知讲解
表1-9 不同环境下传感器返回的数值
做一做
实验环境 空气中 水中 干燥的土壤中 潮湿的土壤中 浸满水的土壤中
湿度传感器返回值 约 900-1000 约 100-200 约 800-950 约 400-600 约 100-300
经过观察，湿度越 ，湿度值越 。你认为判断是否浇水的阈值是 。
高
低
600
03
新知讲解
水泵。制作自动浇水的执行器部分，在这里我们使用迷你水泵浇水。通过叶轮旋转，制造出一个低压区域，液体就会从进水管进入水泵。液体在叶轮旋转产生的离心力作用下，沿着叶轮的轴向流动。随着液体流动，压力增加，最终液体从出水管流出。
做一做
03
新知讲解
按照自动浇水部分的工作流程，其工作的算法步骤如下。
做一做
1.一直循环下列操作：
2.将变量「土壤湿度值」设定为土壤湿度传感器的返回值
3.判断：如果 土壤湿度值小于 300（预设干燥阈值），执行下列命令：
4.打开直流电机，设置转动速度为100转/分，开始正向转动（水泵启动浇水）
5.等待 1 秒（持续浇水 1 秒）
6.关闭直流电机（停止浇水）
7.结束循环
03
新知讲解
请利用下图所示的积木块编写程序，实现自动浇水。
做一做
主程序中开启 OLED 显示，在一直重复积木中，读取 P1 引脚的湿度模拟值存入变量，若变量大于设定阈值，打开 M1 电机正转 1 秒，再关闭电机，循环检测。
03
新知讲解
全自动植物工厂通过对环境的高精度控制，实现农作物连续且高效的生产，利用智能计算机和电子传感系统对植物生长环境下的温度、湿度、光照、C0,浓度以及营养液等条件进行自动控制，使植物的生长发育不受或很少受自然条件的制约。植物工厂集生物技术、工程技术和系统管理于一体，使农业生产从自然生态束缚中脱离出来，是未来农业的发展方向。
做一做
03
新知讲解
为了让我们的设计更加实用，一起反思一下当前的自控植物园有哪些优点和不足吧。
优点:确实可以解决自动浇水的问题。
其他优点:
不足:对于光线不足、植物缺乏营养等环境因素控制不够，暂时无法实现全自动化。
其他不足:
想一想
程序逻辑简单易修改，可根据不同植物调整时间。
缺乏定时控制，无法根据昼夜、季节调整浇水频率。
03
新知讲解
本课中，我们尝试制作了自控植物园系统，请根据下表的提示，写下反思与收获吧!
评一评
03
新知讲解
现实生活中的一些控制系统
使用开关量控制系统多个状态的方法
将现实生活中的连续量转化成开关量的方法
小结与评价
03
新知讲解
请判断:温度是一个连续量，0℃可以作为开关量。
请判断:速度是一个连续量，限速80千米/时是开关量。
请谈一谈数码照相与胶片照相的区别，数码照相是否也用到了“采样、量化、编码”的原理
反思与评价
V
数码照相用到了 “采样、量化、编码” 的原理：采样是将连续的光信号按像素点离散化；量化是将每个像素的光强转换为不同的亮度等级；编码是将量化后的数值转换为数字格式存储，方便传输与处理。
V
03
新知讲解
请讨论:通过学习我国重大科技成果中的控制系统，你有哪些感受
反思与评价
震撼于技术实力：我国的航天、高铁、工业自动化等领域的控制系统，展现了强大的技术突破与自主创新能力，让人倍感自豪。
体会控制的价值：控制系统是科技装备的 “大脑”，精准的控制能保障设备稳定、高效、安全运行，是科技发展的关键支撑。
激发学习动力：这些成果让我明白，控制技术能解决实际难题、推动社会进步，也激励我主动学习编程、电子等相关知识。
03
新知讲解
在本单元学习过程中，肯定少不了与他人进行互动交流、参与作品制作等活动。请你就此进行总结与反思，以便更好地促进自身成长。1.从同伴那里学到了什么
2.向同伴分享过哪些观点
3.工具、方法的使用是否得当
4.开发项目是否有值得推广的经验
反思与评价
05
拓展延伸
1、学习分析“实际需求”并设计自控植物园模型对青少年有什么好处？
学习分析实际需求并设计自控植物园模型，能锻炼我们的观察、分析与问题解决能力，理解控制逻辑与编程思想，提升动手实践与创新能力，同时将科学知识应用于生活，激发对科技的兴趣，培养系统思维与工程意识。
05
拓展延伸
2、青少年如何更好的分析“实际需求”并设计自控植物园模型？
明确核心需求：观察植物生长的关键需求，如浇水、光照、通风，优先解决土壤湿度检测与自动浇水的基础需求。
拆解问题模块：将项目拆分为传感器检测、数据处理、控制执行三个部分，逐一分析每个模块的实现方式。
结合现有条件：根据自身的器材、知识水平，选择合适的传感器、主控板与积木编程工具，避免脱离实际。
06
课堂总结
《跨学科活动:制作自控植物园》课程小结：本节课我们学习了分析自控植物园的实际需求，通过拆解模块、搭建模型、编写程序实现了自动浇水功能。大家理解了传感器检测、条件判断、执行控制的逻辑，也在测试中发现了模型的不足。课后请完善程序，记录实验数据，尝试拓展更多实用功能，将所学知识应用到更多生活场景中。
07
板书设计
跨学科活动:制作自控植物园
一、分析“实际需求”
二、设计并测试自控植物园模型
三、完成单元小结
08
课后作业
1、尝试为模型添加简易水位提醒功能（如蜂鸣器提示），并写出实现思路。
课后作业
08
课后作业
2、完善自控植物园模型的程序，增加 OLED 显示当前湿度值的功能。
课后作业
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