资源简介

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《模型搭建与实现》教学设计
课题 活动三 模型搭建与实现 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三。本课是主题三“搭建物联网模型”的最后一个活动，也是植物养护系统模型从设计走向实现的收官环节。教材安排了三个层层递进的探究实践任务：首先引导学生体验通过物联网平台远程采集多种环境数据的过程；进而引导学生体验通过物联网平台实现远程控制（用LED灯模拟电磁水阀）；最后引导学生理解带反馈的闭环控制系统原理，并设计物联网自动浇灌系统框图。本课是前两个活动（问题分解与建模、硬件选择与验证）的最终落地，是培养学生系统思维与工程实践能力的关键课时。
学习目标 1. 信息意识：感知物联网平台在远程数据采集与远程控制中的枢纽作用，能识别数据采集、远程控制与自动控制在物联网系统中的价值。2. 计算思维：理解通过物联网平台实现远程数据采集与远程控制的基本过程，理解带反馈的闭环控制系统的工作原理，能绘制自动浇灌系统框图。3. 数字化学习与创新：能编写程序实现通过物联网平台远程采集多种数据，能利用LED灯模拟远程控制过程，体验物联网系统搭建与调试的完整流程。4. 信息社会责任：了解物联网技术在智慧农业中的应用价值，关注物联网技术对提高生产效率、节约资源、促进农业可持续发展的积极意义。
重点 1. 通过物联网平台实现远程数据采集与远程控制的过程。2. 带反馈的闭环控制系统的基本原理。
难点 1. 理解反馈闭环控制系统中“输入—计算—输出—反馈”的工作机制。2. 能够根据反馈闭环系统原理设计自动浇灌系统框图。
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：在小型物联网系统中，控制程序是协调各个硬件系统工作、实现功能的关键。在搭建好硬件系统后，需要根据设计好的方案，编写程序、调整参数、优化改进，实现设计的各项功能。提问：上节课我们完成了硬件的选择与验证，那么如何让这些硬件协同工作，实现植物养护系统的各项功能呢？引出课题——模型搭建与实现。 聆听，回顾上节课所学内容，思考硬件与程序的关系。 承接上节课硬件选择内容，自然过渡到程序实现阶段，激发学生对本课的兴趣。
讲授新课 活动一：实现数据远程采集功能1. 讲解物联网远程数据采集的优势：不受环境限制，方便快捷，可同时采集多种数据，对环境变化进行不间断监测，便于大数据分析，在现代农业中应用广泛。2. 讲解实验目的：体验通过物联网系统远程采集多种数据的过程。实验设计：两块主控板通过物联网平台实现数据的远程采集与接收。3. 演示实验过程：编写主控板A（数据采集端）程序，编写主控板B（数据接收端）程序；将程序分别上传到两块主控板并运行；打开SIoT管理平台查看三个主题下接收的消息。4. 组织学生两人一组合作实验，巡视指导。活动二：通过物联网实现远程控制1. 讲解物联网远程控制的原理与远程数据采集相似，同样基于MQTT协议的发布/订阅模式，可以实现远程浇灌植物、远程开关家用电器等功能。2. 讲解实验目的：体验在小型物联网系统中模拟远程控制的过程。实验设计：用LED灯模拟电磁水阀——LED亮红灯表示关闭水阀，亮绿灯表示打开水阀。3. 演示实验过程：编写主控板A（控制端）程序，编写主控板B（执行端）程序；上传并运行程序；打开SIoT管理平台查看“水阀/开关”主题下接收的消息。4. 组织学生分组实验，巡视指导。活动三：利用反馈实现自动控制1. 讲解人工控制存在的问题：人工操作存在无法准确判断土壤湿度、浇灌不及时或过度浇灌的问题，不利于植物生长且浪费水资源。2. 讲解带反馈的闭环控制系统：展示闭环控制系统框图，讲解其工作流程——将输出信号反馈到输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制。3. 引导学生将闭环控制原理迁移到物联网系统：数据采集看作输入，控制端负责计算，发布控制指令看作输出，建立反馈闭环系统实现自动浇灌。4. 布置任务：根据反馈闭环系统原理，设计物联网自动浇灌系统，画出系统框图。5. 组织小组讨论：植物养护系统模型有哪些需要改进和优化的地方？完成优化方向表格（自动浇水、自动补光、智能温控等）。 1. 聆听，了解物联网远程数据采集的优势与应用价值。2. 明确实验目的与设计思路。3. 观看演示，理解程序编写与实验流程。4. 两人一组合作实验：编写程序、上传运行、观察结果、查看平台消息。1. 聆听，理解远程控制的原理与应用场景。2. 明确实验目的与设计思路。3. 观看演示，理解程序编写与实验流程。4. 分组实验：编写程序、上传运行、观察LED灯变化、查看平台消息。1. 聆听，了解人工控制的局限性。2. 观察闭环控制系统框图，理解反馈控制的基本原理。3. 将闭环控制原理迁移到物联网场景，理解自动浇灌的工作机制。4. 独立或小组合作绘制自动浇灌系统框图。5. 小组讨论，完成优化方向表格。 通过双主控板实验让学生亲身体验物联网远程数据采集的完整流程，理解平台在数据中转中的枢纽作用。通过LED灯模拟电磁水阀，让学生在安全可控的环境中理解远程控制的原理与过程，与活动一形成“采集—控制”的完整闭环。引导学生从人工控制到自动控制的思维升级，理解反馈在控制系统中的关键作用；通过绘制框图和讨论优化方向，培养系统设计与迭代优化能力。
课堂练习 1. 出示填空题：植物养护系统模型中，数据采集和远程控制是基于______协议的发布/订阅模式实现的。2. 布置课后任务：走访农户，收集资料，想一想如何利用物联网技术解决农业养殖中的问题（如温湿度监测、有害气体报警、自动通风等）。 1. 独立思考并回答（正确答案：MQTT）。2. 课后走访或查阅资料，完成调查任务。 通过填空题检验学生对MQTT协议在系统模型中作用的理解；通过走访调查任务将课堂所学延伸到真实农业生产场景。
拓展延伸 播放中国农业科学院科普视频《智慧农业——物联网助力农业现代化》。该视频展示了物联网技术在智慧农业中的实际应用。引导学生思考：视频中展示了物联网技术在农业中的哪些具体应用？这些应用与本节课搭建的植物养护系统模型有什么联系？从人工控制到自动控制再到智慧决策，物联网技术给农业生产带来了哪些变革？ 观看视频，结合本课所学的远程采集、远程控制、反馈自动控制等知识进行思考与交流。 通过科普视频让学生直观了解物联网技术在智慧农业中的实际应用，将课堂所学模型拓展到真实农业场景，深化对物联网技术社会价值的认识。
板书 活动三 模型搭建与实现一、远程数据采集传感器→主控板A→物联网平台→主控板B（远程接收）二、远程控制主控板A（指令）→物联网平台→主控板B（LED灯模拟电磁阀）三、反馈自动控制设定值 → 比较 → 控制 → 执行 → 反馈（闭环）传感器（输入）→ 控制端（计算）→ 执行器（输出） 看板书，圈画重点。 采用提纲式结构呈现“采集—控制—自动控制”的递进脉络，帮助学生建立从远程数据采集到远程控制再到自动控制的完整认知框架。
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
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