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《硬件选择与验证》教学设计
课题 活动二 硬件选择与验证 主题 三 学科 信息科技 年级 八
教材分析 本课选自湘科版《信息科技》八年级上册主题三活动二。本课是在学生已对植物养护系统进行问题分解与建模的基础上，进一步聚焦物联网系统硬件的选择与验证。教材从物联网系统的基础——硬件入手，引导学生认识传感器、通信模块、处理器、执行设备等常见物联网硬件，了解电磁阀等执行设备的基本原理。教材结合植物养护系统模型的功能需求，引导学生进行硬件设计，并根据物联网四层架构模型梳理各层对应的硬件设备。教材还设计了传感器功能验证实验，让学生动手搭建硬件环境、编写程序、采集环境数据并记录分析。本课是连接系统设计与实物搭建的关键环节，是培养学生工程实践能力的重要载体。
学习目标 1. 信息意识：感知硬件在物联网系统中的基础作用，能根据系统功能需求识别并选择合适的传感器、通信模块和执行设备。2. 计算思维：理解不同硬件在物联网架构中的对应关系，掌握硬件选型的基本逻辑，能分析并验证硬件功能是否满足系统需求。3 数字化学习与创新：能搭建硬件实验环境，编写程序采集土壤湿度、光照强度等环境数据，通过实验验证传感器功能并记录分析数据。4. 信息社会责任：了解物联网硬件在智慧农业、环境监测等领域的应用价值，关注技术进步对生产效率提升和环境保护的积极意义。
重点 1. 物联网系统模型中常见的硬件设备及其功能。2. 根据系统功能需求选择合适的硬件设备。
难点 1. 理解不同硬件设备在物联网四层架构模型中的对应关系。2. 掌握传感器功能验证的实验方法与数据分析。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 引用教材活动背景：硬件是物联网系统的基础，需要使用传感器采集植物土壤湿度、环境温度、光照强度等数据，通过网络设备发送到物联网平台，需要硬件设备执行远程控制命令。提问：如何选择合适的硬件来构建一个小型物联网系统呢？引出课题——硬件选择与验证。 聆听，结合上节课设计的植物养护系统模型进行思考。 承接上节课系统设计内容，从硬件角度切入，引出本课主题。
讲授新课 活动一：认识物联网硬件1. 讲解常见的物联网硬件：传感器（采集数据）、电子标签（标识物体）、通信模块（传输数据）、处理器（处理数据），以及执行设备（开关、电机、舵机等）。2. 以自动浇灌系统为例，讲解电磁阀的基本原理——通过控制通电或断电实现阀门的打开或关闭，是控制水流的主要设备。活动二：硬件设计与选择1. 讲解根据植物养护系统功能进行的硬件初步设计：传感器采集土壤湿度、光照强度、温度等数据；通信模块将数据上传到物联网平台；控制模块通过平台发布指令；执行模块执行远程指令。2. 讲解土壤湿度传感器的工作原理：土壤湿度不同导电性不同，湿度越大导电性越好。3. 展示物联网系统模型硬件对应层次表，讲解不同硬件在感知层、网络层、平台层、应用层的对应关系。活动三：验证传感器功能1. 讲解实验目的：熟悉植物养护模型中传感器的功能；实验设计：采集不同环境下的土壤湿度、环境温度和光照强度数据并在显示屏显示。2. 演示实验过程：硬件搭建（主控板插入扩展板，传感器接入相应接口）；编程环境中添加扩展板和传感器模块；调整传感器至合适位置（土壤湿度传感器插在植物根部最为合适）；编写程序并上传运行。3. 组织学生分组实验，巡视指导，引导学生改变环境条件（室内阴凉处、窗边自然光、浇水后、长期干旱等），观察并记录数据。 1. 聆听，认识常见物联网硬件的分类与功能。2. 观察电磁阀基本原理图，理解其工作方式。1. 聆听，理解植物养护系统各功能模块对应的硬件。2. 了解土壤湿度传感器的工作原理。3. 观察硬件对应层次表，理解硬件在物联网架构中的位置。1. 明确实验目的与设计。2. 观看演示，了解硬件搭建与编程方法。3. 分组实验：搭建硬件、编写程序、改变环境条件、记录分析数据。 帮助学生建立物联网硬件的整体认知，电磁阀案例为后续执行设备选择做铺垫。
引导学生从功能需求出发进行硬件选型，培养工程思维；硬件层次对应关系帮助学生将本课内容与前面所学的物联网四层架构建立联系。
通过动手实验让学生亲身体验硬件搭建、编程、数据采集的完整过程，验证传感器功能，培养实践能力与数据分析能力。
课堂练习 1. 出示选择题：在物联网植物养护系统模型搭建中，不需要用到的传感器为（ ）。A.土壤湿度传感器 B.温湿度传感器 C.光线传感器 D.加速度传感器2. 布置课后任务：查阅资料，如果要收集土壤的酸碱度或养分数据，应该使用什么传感器？ 1. 独立选择并说明理由（正确答案：D）。2. 课后查阅资料，了解土壤pH传感器和土壤养分传感器的功能与用途。 通过选择题检验学生对植物养护系统硬件需求的理解；通过资料查阅拓展学生对传感器种类的认知。
拓展延伸 呈现图文材料自动激光除草技术：传统除草方法存在效率低、成本高或污染环境等问题，随着机器视觉技术成熟，人们发明了自动激光除草技术——应用摄像头拍摄图像识别杂草，进行选择性激光除草。播放视频，引导学生思考：自动激光除草系统运用了哪些硬件设备？它们分别对应物联网四层架构中的哪些层次？这项技术对农业生产和环境保护有什么意义？ 阅读文字材料，观看视频，结合本课所学的硬件知识与物联网四层架构进行分析与交流。 通过文字与视频相结合的方式，让学生了解机器视觉与AI技术在农业中的前沿应用，引导学生运用本课所学的硬件分类和架构分析方法审视实际案例，实现知识迁移，同时感受科技对农业生产和环境保护的积极意义。
板书 活动二 硬件选择与验证一、认识物联网硬件传感器、通信模块、处理器、执行设备二、硬件设计与选择传感器→通信模块→控制模块→执行模块硬件对应四层架构三、验证硬件功能搭建→编程→采集→记录→分析 看板书，圈画重点。 提纲式结构，呈现“认识—选择—验证”的认知脉络，帮助学生建立清晰的硬件选型与验证框架。
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
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