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、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”的第二课时，本课时以“物联网远程控制”为核心知识脉络，“远程浇水精准养护 ”作为实践项目， 旨在深化学生对物联网技术的应用理解。课程基于之前的自动浇花系统，通过实验活动“使用物联设备进行远程控制”，引领学生设计并实现具有远程操控功能的智能浇花器，确保植物在任何情况下都能获得适时、适量的水分补给，推动植物健康成长。此项目不仅巩固了自动控制的基础，也引入了物联网远程控制的新维度，为后续数据呈现及数据分析打下坚实基础。
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。通过对物联网自动控制的学习，他们已经对学会了设计制作自动浇花器，但因为某些绿植的浇水时机、需水量、干湿程度都不一样，需要进一步对自动浇花器添加远程浇水功能。基于真实的项目需求，学生的学习意愿强烈。
三、教学目标
1． 素养目标
（1）理解物联网远程控制的基本原理和工作过程。
（2）能够分析远程浇水系统的需求，选择合适的物联网设备和技术。
2． 项目目标
设计并制作一个远程控制的智能浇花系统，能够根据植物需求远程精准浇水，培养学生的综合实践能力、团队协作能力和创新思维。
四、教学重难点
1．教学重点
（1）物联网远程控制的工作原理。
（2）远程浇水系统的设计思路与实施步骤。
2．教学难点
远程控制系统的编程与调试，实现精准浇水功能。
五、设计思路
本节课以“需求分析—系统设计—实施搭建—测试优化”为主线，引导学生从实际需求出发，设计并搭建一个远程浇水系统。通过实验活动，让学生深入理解物联网远程控制技术的应用价值，提升其解决问题的能力和实践能力。
六、教学准备
1 ．实验原理
（1）物联网远程控制的基本原理和工作过程。
（2）分析远程浇水系统的需求和功能。
2 ．实验器材
土壤湿度传感器、摄像头、智能浇水控制器、智能手机/平板电脑等。
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．观看视频 展示一个实际生活中绿植因浇水不当而枯萎的情境，以及使用物联网远程控制浇水系统后绿植健康成长的对比视频。 引导学生观察视频细节，激发学生兴趣。 通过 贴 近 生活的实例，使学生 认 识到 设 计远 程 浇
2．分组讨论 学生分组讨论视频中看到的问题，并分享自己在生活中遇到过的类似问题，如忘记浇水、浇水过多或过少等。 提问引导，促进讨论深度，明确学习方向。 水 系统 的 必要性，唤起学生的共鸣，增强学习的 现
3. 明确实验主题 通过讨论，明确本节课学习目标，即利用物联网技术设计带有远程浇水功能的自动浇花器，实现对绿植的精准养护。 实 关 联 性和
组织学生思考、讨论、明确实验目标。 紧迫感。
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
需求分析选择设备 活动 1．分析远程浇水系统的功能需求 学生讨论远程浇水系统所需的功能，如远程监控植物状态、远程控制浇水、水量控制等。 活动 2．讨论并选择合适的设备和技术 学生根据功能需求，讨论并选择合适的物联网设备和技术，如土壤湿度传感器、掌控板、微型水泵、计算机、物联网平台等。 （1）选择传感器模块。 传感器类别功能土壤湿度传感器监测土壤湿度 , 并将数据传输至主控板温度传感器监测植物生长环境的温度 , 辅助判断植物生长状态光照传感器用于监测植物生长环境的光照度 , 辅助判断植物生长状态摄像头远程查看植物的生长状态
（2）选择执行器。 水泵/电动喷头：根据系统指令进行浇水操作。 （3）挑选主控板。 选择乐动掌控板，用于接收传感器数据，处理控制逻辑，并通过无线通信模块发送数据至服务器或接收来自服务器的指令。 提供技术选型的建 议，确保选择的设备 和技术能够满足系统 需求。 依据功能需求，引导 学生从实际应用角度 考虑设备选择的合理 性。 通过分析远程 浇水系统的功 能需求，帮助 学生建立系统 设计的整体框 架，培养他们 的逻辑思维和 解决问题能 力。
系统设计确定方案 活动 1．远程控制的工作原理 “ 远程”不等同于“远距离”，远程控制不是字面意思上的远距离控制，一般是指操作人员通过计算机网络控制远端的设备。远程控制由主控端与被控端组成，通常需要两者都连接网络才能进行。主控端与被控端不受位置影响，可以是连入互联网的处在任何位置的两台或多台计算机或设备。 远程控制的工作原理是主控端计算机将命令发送给被控端远程设备，被控端根据命令执行相应的指令。 活动 2．绘制系统原理图或流程图 学生使用绘图工具绘制系统原理图或流程图，明确各个部分之间的连接关系和功能实现流程。 物联网服务器 详细解释远程控制原 理，引导学生明确远 程控制的工作原理， 确保学生理解。 指导学生绘制系统架 构图或流程图，明确 各个组件之间的连接 关系和交互方式，指 导学生优化设计方 案，确保设计的系统 既科学又实用。 在明确了功能 需求和选择了 合适的设备和 技术后，引导 学生设计具体 的系统流程 图。培养学生 的创新思维和 团队协作能 力，让他们能 够综合运用所 学知识解决实 际问题。
(
用户端
) (
执行指令
) (
被控端
) 指令数据 发送指令信息
接收指令信息
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
实施搭建编程实现 实验步骤 1．搭建远程浇花系统 （1）搭建 MQTT 服务器。 要想给自动浇花器添加远程控制开关功能，需要在MQTT 服务器上创建一个主题，并命名为“flower1”。 （2）连接设备。 学生按照设计方案，搭建远程浇水系统，包括硬件设备的连接和配置。 （3）绘制系统架构流程图。 学生根据需求分析结果，绘制系统硬件和软件架构图，明确各部分功能及交互。 实验步骤 2．编写远程浇花程序 （1）编写用户端程序。 指导学生在 MQTT 服务器上创建主题 “ flower1 ”。 在学生搭建过程中提 供技术支持和指导， 解答他们在实施过程 中遇到的问题，确保 系统搭建的顺利进 行。 指导学生优化设计方 案，确保设计的系统 既科学又实用。 帮助学生理解代码含 义，做到举一反三， 鼓励学生之间相互讨 论代码和编程问题， 加深对代码的理解。 让学生亲自搭建服务器并创建主题，这不仅增强了他们对云服务和物联网通信技术的认识，还锻炼了他们的网络配置能力。 通过物理连接传感器、执行器、主控板 、 Wi-Fi 模块等设备，学生可以直观地理解物联网系统中各组件的物理布局和接口关系。这一过程要求学生应用电子电路知识，增强实践操作技能， 同时理解不同设备间如何协同工作，形成完整的系统。 设计算法是实现智能化控制的关键。学生在服务器上设定数据主题后，需要设计控制逻辑，以决定何时启动或停止浇水。这个过程要求学生运用编程逻辑，将理论知识转化为实际应用，培养他们的逻辑思维和算法设计能力。
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open
) " flowerl " 已经按下 (
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实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
实施搭建编程实现 （2）编写被控端程序。 通过测试远程控制功能，检验学生的实验效果。 这一环节不仅可以检验系统的硬件连接和软件编程的正确性，还能提高学生的故障排查和系统优化能力。
my wifi 12345678 " 1 " " 192 . 168 . 10 . 251 " 1883 flower l pen M1 = " close " M1
实验步骤 3．测试远程物联控制功能 通过数据线，将编写好的程序上传到相应的主控，运行程序，测试控制效果。 按键操作效果控制结果按 "A " 键浇水口成功 口失败按 " B " 键关水口成功 口失败
测试优化记录数据 1．对远程浇水系统进行测试，记录数据 学生对远程浇水系统进行全面测试，包括远程监控、远程控制、水量控制等功能。 2. 分析测试结果，进行优化和改进 学生记录测试数据，分析测试结果，找出系统存在的问题和不足。 优化改进：学生根据测试结果进行优化和改进，提高系统的稳定性和准确性。 巡视辅导，测试系统 功能，并记录实验数 据。 指导学生进行测试和 数据分析，提供测试 和优化建议，帮助学 生解决问题和改进系 统。 这一过程旨在 强化学生对实 验数据的敏感 度和对问题的 识别能力，同 时通过优化改 进，提升系统 效能和可靠 性。
总结反思拓展提升 1．总结远程浇水系统的设计和实施过程 学生总结远程浇水系统的设计和实施过程，包括遇到的问题、解决方法和取得的成果。 2. 分享经验，反思不足，提出改进建议 学生分享在设计和实施过程中的经验和体会，互相学习和借鉴。学生反思在设计和实施过程中存在的不足和问题，提出改进建议。 对学生的设计和实施 过程进行点评，肯定 学生的努力和成果， 提出改进建议。 引导学生加入温度传 感器、光敏传感器， 更好地实现植物的精 准养护。 加深学生对项 目的理解，促 进自我反思和 相互学习，为 未来学习打下 基础。
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
总结反思拓展提升 3.实验拓展 除了远程控制，物联网中广泛应用的是智能控制，请为系统搭载光敏传感器或者温度传感器，设计、制作能根据环境光线或温度自动浇水的智能浇花器。 让学生自主学习，以学生为主体，教师指导学生完成拓展作业。 通过实验拓展作业，拓宽学生眼界，培养他们的逻辑思维和问题解决能力。
八、教学评价
评价维度 评价内容 评价等级
过程性评价 能积极参与小组活动，积极表达自己的观点和想法，善于倾听小组其他成员的想法 ☆☆☆☆☆
课堂中善于思考，积极回答老师提出的问题，按时准确地完成活动任务 ☆☆☆☆☆
活动过程中分工明确，能完成各自负责的任务 ☆☆☆☆☆
总结性评价 能够说出远程控制系统的组成 ☆☆☆☆☆
能够掌握远程控制系统的工作过程 ☆☆☆☆☆
能够利用物联网的远程控制技术，解决现实生活中的实际问题 ☆☆☆☆☆
九、板书设计
十、教学反思
本次教学活动通过实验的方式，将物联网技术应用于解决实际问题，即设计并实现远程控制的智能浇花系统，这对于八年级的学生而言，是一次富有成效的学习体验。
实验教学法的采用极大地调动了学生的好奇心和探索欲，使他们能从实际需求出发，理解物联网技术在生活中的应用价值。学生在设计和实施远程浇水系统的过程中，不仅学到了技术知识，还感受到了科技改变生活的魅力，这种亲身体验极大地增强了他们的学习兴趣和内在动机。
学生不仅掌握了物联网远程控制的基本原理和工作过程，更重要的是在实践中锻炼了综合实践能力、团队协作能力和创新思维。在设计、搭建、测试和优化的每一个环节，学生需要跨学科整合知识，协同合作解决问题，这一过程促进了他们综合素质的全面提升。
本课的教学难点在于远程控制系统的编程与调试，这一过程对学生来说充满挑战，但也正是在不断试错、修正的过程中，学生学会了如何面对复杂技术问题，培养了解决问题的策略和韧性。通过反复调试实现精准浇水功能，学生不仅加深了对技术细节的理解，也学会了如何高效地调试和优化系统。

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