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信息科技 单元1活动4 跨学科活动:制作自控植物园
课题 跨学科活动:制作自控植物园 单元 单元一 学科 信息科技 年级 六年级
教材分析 本课是第一单元《现实世界中的系统》第四课，为单元跨学科实践活动课，是对前三课系统、控制知识的综合应用。教材以"制作自控植物园"为项目载体，融合信息科技(控制系统设计、传感器应用、编程实现)、科学(植物生长条件、环境监测)、劳动(动手搭建、植物养护)多学科知识。教材通过"需求分析一方案设计一硬件搭建一编程实现一测试优化"五步流程，引导学生完整经历项目式学习过程。教材注重实践与创新，强调"用控制技术解决生活问题"，培养计算思维、数字化实践能力与跨学科素养，是单元知识的落地与升华。
教学目标 1.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。2.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。3.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)。4.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。
重点 设计自控植物园模型
难点 1、设计自控植物园模型解决实际问题
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4课 跨学科活动:制作自控植物园1、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观看视频2、活动任务：学校里有很多漂亮的观赏植物，每次假期过后常能看到植物因为没人浇水而枯死了。有什么办法能解决这个问题，实现没有人的情况下自动浇水呢 明确本课学习目标，更清晰所研究的主要内容。 设置故事情境“每次假期过后常能看到植物因为没人浇水而枯死了”引入本课内容，吸引学生的学习兴趣，更快的进入学习状态。
讲授新课 一 、新知讲解1、想一想展示：【"假期植物干枯“无人浇水枯萎"的图片】提问：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。查一查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 议一议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。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。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。做一做土壤湿度传感器。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。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。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: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。表1-9 不同环境下传感器返回的数值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，湿度越高，湿度值越低。你认为判断是否浇水的阈值是600。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。在主控板标注 M1和 M2的接口，可以直接接入直流电机，把迷你水泵连接在M1或M2接口。按照自动浇水部分的工作流程，请你将其工作的算法补全。请利用下图所示的积木块编写程序，实现自动浇水。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。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。想一想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:程序逻辑简单易修改，可根据不同植物调整时间。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:缺乏定时控制，无法根据昼夜、季节调整浇水频率。评一评本课中，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!二、小结与评价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 反思与评价1.请判断:温度是一个连续量，0℃可以作为开关量。V2.请判断:速度是一个连续量，限速80千米/时是开关量。V3.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 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。4.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 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。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 三、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？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？ 完成想一想和查一查。完成议论分析，并回答问题。 完成做一做板块内容。 完成小结与评价。 学习拓展知识 与教师一起学习和研究如何解决每次假期过后常能看到植物因为没人浇水而枯死了的问题，为研究本课内容打下基础。 在老师的引导下思考如何设计自控植物园的方案。 引导学生从土壤湿度入手，思考如何解决植物自动浇水的问题，并使用积木块编写一个程序完成验箱，提高和考察学生解决问题的能力。 巩固本单元所学内容。 在原有的基础知识上进一步加深学生学习效果。
布置作业 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。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。 完成作业 培养学生查阅资料的能力，分析解决问题的能力
课堂小结 《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。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。
板书 学习、记忆及勾画知识点 明确教学内容及重点和难点
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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