资源简介

项目 1 自动浇水促进生长——物联网自动控制
教学设计
一、内容分析
本节课是单元 “实现智能绿植养护——物联网数据使用”的第一课时，本课时以“物联网自动控制”为知识主线，以“自动浇水促进生长”为项目主线，借助实验活动“体验传感器数据采集与传输”，学生通过设计制作自动浇花器，实现浇花器的自动浇水功能。本节课旨在基于已实现的自动化灌溉技术，深化应用物联网技术来智能监控绿植土壤湿度，确保适时适量的水分供给，促进植物健康成长。让学生在实验的过程中，了解物联网中传感器的原理、应用以及自动控制的工作过程。在整个单元中为后面的物联网远程控制做了问题递进，为物联网数据呈现做准备。
二、学情分析
本节课的教学对象是八年级学生，他们好奇心强，具备较强的观察能力、分析能力和自主探究学习能力，愿意从实际问题出发进行学习和探究。通过前面三个单元的学习，他们已经对物联网有了初步的认识，知道了物联网的工作过程和系统组成，了解了物联网中数据采集的设备及过程、数据传输的过程。但是对于物联网数据的使用，还需要实验活动的引导和实际项目的支撑。
三、教学目标
1． 素养目标
（1）了解传感器的分类，能根据实验需要选择合适的传感器。
（2）熟悉物联网自动控制的工作过程。
2． 实验目标
设计制作一个浇花自动控制系统，解决自动浇水的问题。培养学生的计算思维和解决问题的能力，提升学生动手操作能力和创新能力。
四、教学重、难点
1．教学重点
（1）传感器的分类，根据实验需要选择合适的传感器。
（2）物联网自动控制系统的工作过程。
2．教学难点
设计并实现浇花自动控制系统。
五、设计思路
围绕“发现问题—设计解决方案—实施并优化”的主线，通过实验设计流程，引导学生深入理解物联网自动浇水系统的原理与实现过程，提升其综合实践与创新能力。
六、教学准备
1． 实验原理
（1）传感器是物联网系统感知层的核心部件，传感器分为光敏、声敏、热敏、气敏和味敏等几类；传感器中的检测元件，可将感应到的温度、湿度、亮度、酸碱度、浓度等转变成电信号。
（2）自动浇花器的工作过程是利用土壤湿度传感器所采集的土壤湿度值数据，并传输到主控器，与设定的数值进行对比，然后做出相应处理。
2 ．实验器材
土壤湿度传感器、掌控板、微型水泵、连接线、水管。
七、教学过程
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
情境导入明确目标 1．创设实验情境 创设劳动基地， 由师生忘记浇水造成的绿植枯萎问题，引出自动浇水的重要性。 2． 明确实验目标 简要介绍物联网自动控制的概念和应用。明确本节课的实验目的——设计一个自动浇花器，实现适时适量浇水的功能，解决忘记浇水的问题。 创设情境，引导学生 发现问题，讨论问题 的解决方案。 引出设计自动浇花器 的课题，明确本课目 标为利用物联网技术 自动监测植物生长环 境并按时浇水。 从忘记浇水的 真实问题入 手，引出设计 自动浇花器的 必要性。这不 仅激发了学生 的好奇心和探 索欲，也为后 续的实验活动 设定了清晰的 学习方向。
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
规划设计确定方案 活动 1：厘清实验设计思路 1．传感器的分类及作用 （1）传感器的分类。 传感器是物联网系统感知层的核心部件，种类繁多，功能各异。常见的传感器功能可以与人类的感官进行类比，分为光敏、声敏、热敏、气敏和味敏等几类。 引导学生了解传感器的分类，学会根据实际情况选择合适的传感器。 通过分析实验 原理，帮助学 生深入理解物 联网系统组成 部分的功能， 如传感器的数 据采集、主控 器的决策作用 和执行器的动 作控制。作为 规划设计自动 浇花器系统的 指导原则，也 是确保实验结 果科学性、可 靠性和安全性 的基础。 小组讨论和设 计自动浇花系 统 ，促进学生 间的沟通与协 作，增强团队 合作能力。同 时通过补充和 完善工作流 程，培养他们 的批判性思 维。
味敏传感器 压敏 热敏 温敏 传感器 眼睛 (
耳朵
)舌头 鼻子 皮肤 光敏传感器 声敏传感器 气敏传感器
（2）传感器的作用。 传感器中的检测元件，可将感应到的温度、湿度、亮度、酸碱度、浓度等转变成电信号。因此，传感器是连接物理世界与数字世界的纽带与媒介。 讨论思考： 生活中传感器的应用非常广泛，请结合自动浇花系统，发挥想象，要想达到适时适量浇水的效果，可选择哪种传感器？ _______________ 传感器实现功能温度传感器检测环境温度 , 控制空调开启或关闭湿度传感器检测土壤湿度 , 实现自动或远程浇灌光敏传感器检测光照强度 , 控制遮阳棚开启或关闭
2． 自动浇花器的工作过程 自动浇花器能够实现对水泵的自动控制，主要是利用土壤湿度传感器所采集的土壤湿度值数据，并将其传输到主控板，与设定的数值进行比对，然后做出相应处理。 ( 数据采集 ) ( 数据传输 ) ( 控制 )
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
规划设计确定方案 活动 2：制定实验设计方案 根据需求，设计并制作一个简易的自动浇花器，实现定时定量为植物浇水，以维持植物生长所需的水分，首先需要依据物联网构架选择实验设备来设计系统，然后输入程序，接着是测试与调试阶段，最后进行应用。 填写自动浇花器算法流程图。 否 是 引导学生分析自动浇 花器的工作过程。 组织全班讨论，对各 组方案进行比较分 析，指导学生相互借 鉴、优化设计。 通过设计实验 方案，学生将 理论知识（物 联网架构、传 感器原理等） 应用到实际问 题解决中，增 强理论与实践 的联系。
搭建设备测试验证 实验步骤 1：搭建自动浇花器简易模型 根据实验方案，选择物联网实验室的相关设备，模拟搭建土壤湿度监测系统。 （1）领取器材。 根据设计方案，领取硬件设备。 （2）连接设备。 传感器的连接、主控板与传感器及执行器（水泵）的接线。 实验步骤 2： 编程实现浇花器自动控制 学习并理解老师所给的程序代码，完成本组设计的自动浇花器的程序，并与其他同学交流，研究每行代码的含义，填一填。 实验步骤 3：测试浇花器自动浇水功能 通过反复调试和优化，最终使系统达到预期的工作状态，观察并记录浇水效果，调整参数，如浇水量（浇水时间）。 引导学生选择设备、连接设备。 为学生提供程序代码并引导他们理解代码的含义。 学生亲手搭建 硬件模型 ，将 理论知识转化 为实践操作， 增强实际操作 技能。 编程实现浇花 器自动控制， 提升编程能力 和问题解决能 力。
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
搭建设备测试验证 学生填写实验报告，详细记录实验设计、实施过程、遇到的问题及解决办法。 监督并鼓励学生进行 系统调试，观察浇水 效果，根据实验数据 调整参数，优化浇水 量和时机。同时，要 求学生详细记录实验 过程、遇到的问题和 解决策略。 通过反复的系统调试和优化，学生学会如何基于实验数据调整参数，以达到最佳的浇水效果。这一过程培养了学生的科学实验方法论， 即通过观察 、假设、实验、分析和调整的循环，提升问题解决的灵活性和精确性。同时，记录实验过程和结果，训练了学生的文档记录习惯，有利于后续的反思与学习。
。 浇水 ① ②
（1）不同浇水量（浇水时间），土壤湿度的变化情况。 组别土壤湿度初始湿度浇水量第1组5秒第2组10秒第3组15秒第4组20秒
（2）不同湿度条件下的响应时间和浇水效率。 土壤湿度阈值响应时间浇水量第1次30%第2次25%第3次20%第4次10%
汇报展示评价交流 展示交流实验成果，简单介绍功能实现过程、遇到的问题以及解决问题的情况。 实验完成后，请学生展示制作成果，并简单描述是如何实现远程控制浇花系统的。对本节课的学习情况与实验效果进行综合评价。 通过交流与展示，提高学生的创新能力和语言表达能力。
总结反思拓展提升 （1）学生与教师共同回顾整个实验过程，总结本节课的收获，包括物联网自动控制系统的组成、自动浇花器的工作过程，以及在实践中遇到的问题和解决策略。 （2）小组合作设计并制作一个“火灾预警系统”，它能够通过烟雾传感器来采集数据。当气体浓度超标时，它能够将报警信息通过物联网平台传递给智能家电，比如智能音箱的语音提醒或者直接打开空气净化器。 引导学生对课堂所学知识点进行归纳总结。 鼓励学生进一步思考物联网技术的多元化应用，引导学生将本节课所学拓展到生活的其他方面。 巩固知识，促进学生自我反思和学习能力的提升。 激发学生的创新思维和对物联网技术更深层次的探索欲望。
八、教学评价
1．师评
评价学生在实验过程中能否和其他学生合作完成项目任务，实施过程中的参与度及问题的解决能力。
2 ．互评
组内讨论，从创新性、实用性、语言表达三个角度，将“星星 ”投给最认可的小组。
3． 自评
评价实验 评价标准 自评
学科知识 知道自动控制系统的组成 ☆☆☆☆☆
知道自动控制系统的工作过程 ☆☆☆☆☆
实验活动 活动过程中分工明确，能完成各自负责的任务 ☆☆☆☆☆
学习态度 善于思考，积极回答老师提出的问题 ☆☆☆☆☆
小组合作 积极参与小组讨论，表达自己的观点和想法 ☆☆☆☆☆
善于倾听小组其他成员的想法 ☆☆☆☆☆
九、板书设计
项目 1 自动浇水促进生长
物联网 自动控制
十、教学反思
本课通过实验教学的方式组织课堂活动，极大地激发了学生对于利用物联网知识解决生活中真实问题的积极性。学生不仅掌握了物联网技术在实际问题中的应用，还提升了团队协作和问题解决的能力。未来教学中应更加注重过程性评价，及时反馈，加强学生对复杂技术细节的理解，同时增加案例分析，加深理论与实践的融合。

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