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、项目分析
本项目是“实现智能绿植养护”的第 1 课时，核心内容是利用传感器感应环境获取数据，从而控制水泵实现自动浇水。本节课旨在通过实践操作，让学生理解并掌握基础编程知识与物联网技术的应用，培养学生的计算思维和问题解决能力。主要内容以学校劳动教育实践基地种植绿植，不能及时浇水为真实问题情境，设计主题式关联项目，将知识建构、原理深化、思维发展融入项目实施过程中，学习如何设计并实现一个简单的自动浇水系统，包括硬件的选择与连接、程序的编写与调试。本节课重点介绍传感技术，了解传感器及其作用，以及传感器采集数据的过程。
二、学情分析
（1）心理特征：初中生好奇心强，喜欢动手实践，但对复杂系统的理解与设计能力有限。
（2）知识水平： 已具备基本的计算机操作技能和简单的编程知识。
（3）个体差异：学生在逻辑思维、创新能力和动手操作方面存在差异。
三、教学目标
1．素养目标
（1）了解物联网传感技术及温湿度传感器采集数据的过程。
（2）通过采集湿度传感器的值控制水泵自动浇水。
2．项目目标
搭建自动浇水系统，实现采集湿度传感器的值控制水泵自动浇水。
四、教学重难点
1．教学重点
自动浇水系统的设计与实现，包括硬件搭建和软件编程。
2．教学难点
传感器的选择与调试，编程逻辑的优化。
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，搭建自动浇水系统，准备好编程软件 Mind+，通过软件进行图形化编程实现数据的采集与控制水泵工作。
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 ☆☆☆☆☆
能够设计自动浇水的实验方案，完成活动 ☆☆☆☆☆
总结性评价 能够完成自动浇水系统的搭建 ☆☆☆☆☆
能够完成自动浇水系统代码的设计 ☆☆☆☆☆
能够实现采集湿度传感器的值控制水泵自动浇水 ☆☆☆☆☆
八、学习流程
（1）引入话题：介绍自动浇水系统的应用场景和意义。
（2）知识了解：基础编程知识、物联网概念及硬件选择。
（3）分组实践：学生分组进行项目设计与实施。
（4）成果展示：每组展示自己的项目，并进行互评。
（5）总结反馈：教师引导总结项目学习的关键点并点评学生的学习表现。
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 学生观看我校劳动实践基地宣传片，充分感受春华秋实，夏韵冬藏，在这片土地上播撒阳光，播种希望，体验耕耘的辛苦，感受收获的喜悦。 播放视频及图片，创设情境，引导学生思考问题。 聚焦情境问题，激发学习兴趣。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目情境明确目标 2． 明确目标 观看一些植物枯萎的图片，思考影响根系生长的因素有哪些。 认真听老师讲解影响根系生长的因素。了解土壤湿度对根系生长的重要性，并引发对自动浇水的兴趣。 提出项目任务：设计并制作一个自动浇水系统。 引入课题“ 自动浇水促进生长”，让学生明确项目目标。 跨学科知识，讲解影响根系生长的因素 ，迁移至本项目的问题解决。
项目准备分析规划 活动 1：自动浇水系统的设备组成 学生思考提出问题：自动浇水系统的基本原理及组成，需要选用什么样的器材，分别实现什么功能，请小组成员讨论、规划。 （1）规划方案——AI 助解答。 学生活动：向“讯飞星火”大模型提问，设置合适的“关键词”（自动浇水系统），讨论规划方案。 ①自动浇水的设备——传感器和水泵。 ②设计算法。 ③编程探究。 （2）自动浇水系统原理。 学生分析总结：检测（土壤水分状态）→ 思考（是否低于预设值）→ 行动（激活水泵）。 学生理解并总结：传感器→“看到”→处理。并以“人”为例向其他同学介绍传感器的作用。 分组合作探究：请各小组，采用多种方式自学“传感器”方面的内容（学生学习手册、网络等），讨论回答，并 完成表格。比一比哪组最先完成任务。 第 1、3 组：常见的传感器有哪些？举例说说其应用实例。填写下表： 序号类型作用应用类型34
第 2、4 组：用于检测土壤湿度的传感器是如何工作的？活动过程：学生通过电子导学案、网络搜索等查找资料后，讨论汇总结论，提取关键信息，填写任务单，汇报 引导学生提出问 题，并进行项目规 划。 学生尝试设置合 适的关键词，查找 答案。 帮助学生整理规 划方案。 引导其他学生观 察思考自动浇水 系统的原理。 明确任务：介绍任 务分配，明确个人 任务。 让学生感受 AI 的强大，学会 使用AI 解决问 题。 通过迁移的方 式建模帮助学 生认识传感器 的作用。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目准备分析规划 结果。 分组汇报后，学生补充并总结。 第 1、3 组汇报：老师拍照上传表格，讨论总结。常用传感器： 学生代表上台完成匹配游戏—传感器匹配对应的感官。 第 2、4 组汇报： 学生查找资料，思考、理解并用自己的语言描述湿度传感器采集数据的过程。 ( 数据采集 ) ( 数据传输 ) ( 控制 ) 活动 2：设计自动浇水算法 小组讨论： 提出任务：我们怎么才能让自动浇水系统具有思考的能力呢？——利用程序。 学生归纳总结：设计程序的步骤一般分为 3 步。 （1）需求分析：通过湿度传感器检测土壤湿度是否低于预设值？ （2）判断：列举出土壤湿度低于和高于预设值的处理方式。 （3）执行：对判断后的可能结果设置相对应的操作。 教师对学生的讲 解给予及时的鼓 励和肯定，并及时 总结，说明网络获 取信息已经成为 解决问题的主要 方式。 随机抽查学生上 来完成匹配游戏。 老师帮助学生整 理汇总传感器数 据采集过程。 带领学生归纳程 序设计的步骤。 老师帮助学生理 解并学会绘制流 程图。 共享信息，共 同学习，培养 学生互助合作 精神。 了解传感技术 的种类及应 用，认识到传 感器在数字社 会的重要性。 培养学生的信 息意识。 提高学生总 结、提取关键 信息的能力， 了解传感器是 智能设备的基 础。 把课堂的主动 权交给学生， 培养学生自主 学习能力。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目准备分析规划 开始 (
是
) (
否
)检测值大于设定值 开启水泵进行浇花 设置水泵工作时间 (
水泵关闭
) 设置完成后是不是程序就完成了呢？执行一次结束不符合我们对智能绿植养护的要求。我们要求它不断地检测判断——所以我们需要循环。 指明循环的作用。 让学生自主学习，设计自动浇水算法，培养自主学习能力。
项目实施井然有序 活动 3：探究湿度传感器的模拟量 分组合作探究：找出土壤湿度传感器的模拟量（湿度达标的值）。 请各小组根据导学案连接硬件，设计方案，进行自主探究，找出干燥和湿润的值，确定合适的 p1 模拟量（湿度达标的值）。 组别 (
干燥
(值)
) (
湿润
(值)
)湿度达标的值第1组第2组第3组第4组
活动过程：各小组领取所需材料，根据设计方案，开始进行硬件的搭建和电路连接。学生使用创客设备，进行实验、观察，找出传感器的模拟量，并填写表格。组内讨论汇总后，填写任务单，汇报结果。 活动 4：实现自动浇水 分组合作探究：学生分组，根据所学知识设计并组装自动浇水系统。 同学们根据算法参考导学案编写程序，运行调试，实现自动浇水。 ①编写程序。 ②下载程序到设备，运行测试。 教师总结：分组汇 报后，学生补充， 教师对学生讲解 给予及时的鼓励 和肯定。 巡视指导学生安 装使用Mind+，编 程实现采集环境 数据控制水泵自 动浇水，达到解决 问题的效果。 使用数字设 备，支持学习， 培养学生自主 学习的能力。 落实数字化学 习与创新的学 科核心素养。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目实施井然有序 ③测试自动浇水系统。 问题记录： 在实施项目过程中，可能会遇到各种各样的困难，尝试在下表中记录困难及解决方案，便于以后出现类似问题时能更好地面对。 遇到的困难你的解决方案
展示汇报项目评价 （1）展示各小组设计的自动浇水系统。 （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。 项目展示，自评、互评、师评。 通过展示，分享实践成果，总结解决办法。
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，引导学生从项目学习过程中提炼与总结，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 通过老师的讲解，我们了解了影响根系生长的因素除了湿度之外还有温度。请小组利用温度传感器合作设计优化“ 自动浇水系统”。 总结项目学习的 主要过程。 引导学生将本节 课所学拓展提升 到其他影响因素， 优化系统。 让学生学会提炼与升华。
十、教学反思
整个项目过程，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。这节课突破了以往“满堂灌”的形式，利用网络环境并整合现有资源，使学生在项目实施过程中汲取知识、学习方法和提升能力，并在项目实施过程中提升了学生应用传感技术解决问题的能力，增强了社会责任感，并让学生感受到科技对生活的影响与价值。在课下他们可以用其他传感器继续探究智能设备给生活带来的变化。

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