资源简介

项目2 远程浇水精准养护——物联网远程控制
教学设计
一、项目分析
本项目是“实现智能绿植养护”的第二课时，物联网技术是智能社会的重要组成部分，信息科技新课程标准对物联网教学提出了具体要求：要求学生设计并搭建简易物联网系统，实现数据采集，实时传输，简单控制并进行适当反馈或控制。本项目的主要内容是以需要满足一些植物个性供水需求，实现精准养护为真实问题情境，设计主题式关联项目，将知识建构、原理深化、思维发展融入项目之中，引导学生搭建物联网系统，实现设备与设备远程通信，感知理解物联网应用中通过 MQTT 服务提供数据通信与传输服务，模拟用户端和控制端的工作原理。
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，具备一定的观察能力、分析能力和自主探究学习能力，他们对生活中的真实情境充满兴趣，愿意从实际问题出发进行学习和探究。通过上一节课的学习，他们已经知道了如何选择合适的传感器来传输数据控制水泵实现自动浇水，但对于物联网设备传输数据的过程、原理以及方法还没有具体认识，因此可以在教师的指导帮助下进行合理的项目学习，帮助学生通过实践和探索，理解物联网的基本原理和功能。
三、教学目标
1．素养目标
（1）能发现植物供水需求面临的问题，建立利用物联网等技术解决问题的意识。
（2）能逐步分解“远程控制浇水”的过程，分析方法，通过 MQTT 服务提供数据通信与传输服务，模拟用户端和控制端，完成精准养护。
2．项目目标
通过实践，体验物联网在解决“远程控制浇水”问题中的作用，感受物联网对生活的影响与价值。
四、教学重难点
1．教学重点
（1）能逐步分解“远程控制浇水”的过程，分析方法，模拟实现用户端和控制端传输信息，完成精准养护。
（2）理解与迁移“接收与发送”的基本原理。
2．教学难点
理解与迁移“接收与发送”的基本原理。
五、教学策略
采用项目式学习和合作学习相结合的策略，鼓励学生分组讨论、协作解决问题。
六、教学准备
本实验教学活动，教师可以准备如下图所示的实验器材，搭建远程控制浇水系统，选择一台计算机加载 MQTT 服务，用来提供数据通信与传输服务，准备好编程软件 Mind+，通过软件进行图形化编程实现远程浇水功能。
七、评价建议
评价维度 评价内容 评价等级
过程性评价 能积极发表自己的看法、听取同伴发言，思考问题 ☆☆☆☆☆
能主动投入学习，参与小组合作，学习效果明显 ☆☆☆☆☆
能够分解远程控制浇水的过程 ☆☆☆☆☆
模拟远程控制浇水系统，完成活动 ☆☆☆☆☆
总结性评价 能够完成远程控制浇水系统的搭建 ☆☆☆☆☆
能够完成远程控制浇水系统代码的设计 ☆☆☆☆☆
能够完成远程控制浇水，实现精准养护 ☆☆☆☆☆
八、学习流程
以提出需求、项目分析、实验探究、解决问题、实现目标为主线，设计实验流程，引导学生深入理解物联网通信协议及其特点，设计并完成远程控制浇水系统，提升他们的综合实践能力和创新能力。
05
03
04
发散思维促创新启发性教学
凝练升华育价值问题驱动
项 目总结
问题情境激活力情境教学
02
循环探究构新知启发性教学
项 目分析
梯度任务提素养任务驱动
项 目实践
项 目拓展
项 目导入
九、教学过程
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目情境明确目标 1．创设情境 上节课同学们解决了浇水不及时造成植物枯萎的问题，设计了能够感受土壤湿度自动控制浇水的装置。那么我们的装置能不能收获好评呢？接下来请看我们小记者走访劳动基地发回来的采访视频吧。 视频中，小记者们发现了新的问题，有的班的铜钱草长得很旺盛，有的却很一般，这是怎么回事呢？通过询问生物老师，知道铜钱草就是“水罐子”，浇水越多长得越旺盛，对于这种特殊供水要求的植物，我们如何实现精准养护呢？ 学习过程：思考、讨论，聚焦情境问题。 2． 明确目标 如何让自动浇水装置能按照人的意愿主动去控制浇水？你的设想是什么？ 学习过程：思考并讨论明确本项目的学习目标，即远程控制自动浇水系统。 提前安排小记者走访 劳动基地，实施拍摄 视频。创设情境，引 导学生思考问题。 引入“远程浇水精准 养护”课题，让学生 明确项目目标。 引入情境问 题，激发学生 的学习兴趣。 引导学生思考 教师提出的问 题，为项目准 备活动做铺 垫。
项目准备分析规划 活动 1：构思远程控制浇水的设备组成 学习过程：认真观看视频并思考、讨论视频中远程控制浇水的过程。学生分析并用自己的语言，回答远程控制浇水的设备组成以及数据传输过程，其他同学补充并完成填空。 利用手机等设备播放生活中“远程控制浇水装置”的视频。 对回答的问题答案进 行评价，给予积极的 反馈和建议。 自主探究，小 组讨论并思考 远程控制浇水 的设备组成， 以及数据传输 过程，为制作 远程控制浇水 系统做铺垫。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目准备分析规划 (
真
) (
假
)功能 : (
物联网服务器
)互联网 (
用户端
发送指令信息
) (
指令数据
浇水
) (
接收端
接收指令信息
)功能 : 功能 : 学习过程：分组讨论交流，思考并回答提出的问题，在上图中完成填写。在 MQTT 服务器上创建一个主题，并将其命名为“control”。 活动 2：设计远程浇水的算法 当在服务器上完成数据主题添加后，需要对用户端和控制端设计算法。 请思考并完成用户端和控制端的算法流程图。 （1）当用户端按下主控板的左键时发出控制浇水的指令，传给控制端，用户端算法流程图如下图所示。 (
开始
) 跳出 结束 （2）当控制端接收到浇水指令后，启动水泵给绿植浇水，控制端算法流程图如下图所示。 老师帮助学生理解并学会绘制用户端算法流程图，对学生完成的活动任务给予评 价。 设计用户端算法，培养学生的自主探究能力。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目准备分析规划 (
真
) (
假
) (
开始
) 跳出 结束 学习过程：分组讨论交流，思考并回答提出的问题，在上图中完成填写。 让学生绘制控制端算法流程图，对学生完成的活动任务给予鼓励和建议。 设计控制端算法，培养学生的团队协作意识。
项目实施井然有序 活动 3：梳理远程浇水发送信息的过程 学习过程：结合用户端发送信息程序，梳理总结发送信息的步骤如下。 ①连接网络；②连接服务器平台；③发送控制信息。分组合作探究：向服务器平台发送信息，并找到老师发送的信息内容。 活动 4：探究接收信息的过程 （1）分析发送信息程序图，找到“接收”的关键语句。 （2）明确角色。 两两分组合作，一位同学扮演“用户端”，另一位同学扮演“控制端”。 （3）明确任务：分角色编程，实现功能。 ①用户端的同学补充发送程序，并且实现“按下左键1 次”就发送“远程浇水的次数”的信息。 ②控制端的同学补充接收程序，完成接收信息，控制设备运行。 活动过程：各小组领取所需材料，进行硬件的搭建和电路连接。补充程序完成远程控制浇水。 素养提升： ● 是联网的远程设备沟通的桥梁。 ● 接收方接收发送方发布的 获取其中的信息。 教师提供程序代码辅助学生梳理发送信息的方法。 组织学生小组合作，向服务器发送信息，老师向服务器发送信息“请掌声鼓励”。 组织学生合作编写远 程控制浇水相应的功 能程序，让学生填写 代码模块的含义。 小组讨论， 思考教师提出的问题，梳理远程浇水发送信息的方法，教师要充分相信学生的能力 ，让学生独立完成任务，培养学生的自主学习能力。 通过测试程 序、记录数据、 验证结果等实 验环节，培养 学生的观察能 力以及科学探 究能力。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
展示汇报项目评价 （1）展示各小组制作的远程控制浇水系统。 （2）学生听取小组展示，与同学讨论交流，对于没有完成的小组，分析其存在的问题并完善（自评、互评）。 选取一到两个小组谈谈实践过程中遇到的问题及解决方案。 （3）教师点评。 项目实施完成后，请 学生展示制作成果， 根据测试过程中遇到 的问题，合作交流解 决方法。 教师对本节课的学习 情况与项目完成情况 进行综合评价，学生 填写学生学习手册中 评价量表。 通过交流与展 示，提高学生 的创新能力和 语言表达能 力。 通过互评、师 评和自评，培 养学生分析问 题、解决问题 的能力。
总结反思拓展提升 1．总结 请同学们谈一谈在本项目学习过程中的收获与感受，引导学生在项目学习过程中进行提炼与总结，并思考不足之处和改进措施。指导学生通过思维导图工具对本节课学习的成果进行提炼和总结。 2．作业设计 （1）请同学们试着修改程序，用其他按键操作实现远程浇水功能，如按下右键、按下右键+左键等按键操作，测试这些按键操作的控制效果。 测试/次按键操作浇水时 长/秒控制结果 按右键1次 30口成功 口失败 按左键+右键1次 口成功 口失败
（2）在实际情况中，一位养护员不能及时地关注照顾特需植物，我们有多个小养护员同时照顾植物，这时候就形成了多个用户端和一个控制端的情景，接下来请同学们完成多对一的精准养护。 对课堂所学知识点进 行归纳总结，让学生 使用思维导图工具对 本节课知识进行提 炼。 组织不同层次的学生 完成作业，让所有学 生完成基础性试题， 让学有余力的学生完 成提高性试题。 帮助学生总结 梳理知识结 构、强化重难 点。 帮助学生巩固 所学知识，拓 展提升。通过 分层教学，让 不同层次的学 生都能有所提 高。
十、板书设计
物联网远程控制
十一、教学反思
通过这个项目，学生不仅可以学习到传感器、物联网和编程的知识，还能够提高问题解决能力和团队协作能力。同时， 这个项目也能够让学生体会到科技在解决现实问题中的重要作用，激发他们的创新精神和探索欲望。整个项目过程中，以学生为主体，把探究的主动权交给学生，激发他们的兴趣，力求达到最佳教学效果。

展开更多......

收起↑