第2单元 第3课《搭建鱼菜共生开源系统--把反馈引入控制系统》教案 清华大学版信息科技五年级上册.doc

第2.3课《搭建鱼菜共生开源系统把反馈引入控制系统》教学设计

课题

搭建鱼菜共生开源系统——把反馈引入控制系统

单元

第二单元

学科

信息科技

年级

五年级

核心素

养目标

信息意识：意识到创新能够带来美好生活，理解其对自身的意义，从而能够顺利学习本节课内容。

计算思维：能在鱼菜共生开源系统学习中，学会过程与控制，从而更好地理解实践检验。

数字化学习与创新：明白能够利用系统中的反馈机制，搭建开源鱼菜共生系统，反馈优化控制，实现数字化创新。

信息社会责任：在学习过程中，构建可持续鱼菜共生系统，促进绿色发展与社会责任。

教学重点

能在鱼菜共生开源系统学习中，学会过程与控制，从而更好地理解实践检验。

教学难点

在学习过程中，构建可持续鱼菜共生系统，促进绿色发展与社会责任。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

第2.3课《搭建鱼菜共生开源系统——把反馈引入控制系统》

板书课题。

在开源文化的背景下，开源硬件成了创客手中便捷又实用的工具。创客利用开源硬件在“个人智造”“家庭智造”“社区智造”等方面制作了诸多作品，鱼菜共生智能控制的项目就是其中之一。在了解了开源硬件的相关知识后，本节课我们从搭建鱼菜共生开源系统项目入手，通过动手实践来成为真正的创客吧！

思考：同学们，想一想，你们认为制作鱼菜共生开源系统项目需要哪些环节呢？快和组内的小伙伴们一起讨论交流一下吧！

小组一：

1.规划设计：确定系统规模和布局，设计水循环路径和过滤系统。

2.材料准备：采购鱼缸、种植槽、水泵、管道等材料。

3.搭建安装：组装鱼缸和种植槽，连接管道和水泵，设置过滤装置。作品劣势：外观不够美观、颜色搭配不够协调，整体造型不够精致。稳定性还有一些问题，如电路连接容易松动。

小组二：

1.研究学习：了解鱼菜共生原理和成功案例，制定适合的方案。

2.容器选择：挑选合适的容器作鱼和菜的生长空间。

3.调试运行：放入鱼和菜苗，调试水循环和水质，确保系统稳定。小组三在项目完成过程中非常顺利。

小组三：

1.前期调研：考察场地条件和需求，确定系统类型。

2.部件制作：自制部分组件，如过滤箱等。

3.后期维护：定期监测水质和动植物生长情况，进行必要的调整和维护。

播放视频。

学习新知引入。

完成思考问题。

观看教学视频。

用智能创新知识引入课堂。

用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。

将学生注意吸引到课堂。

讲授新课

新知讲解：

板书课题。

一、过程与控制——系统中的反馈机制

事物在发展过程中广泛存在着“输入—处理—输出”的系统运行模式，外界输入经过计算处理后产生输出并作用于外界，使系统按预定的可控目标演进输出的过程中产生的中间变量又可作为反馈信息再次引入系统，形成闭环控制，如图2.3.1所示。

开源硬件组成的控制系统也需要遵循“过程与控制”的系统模式，包含“输入一控制一输出”三个环节:输入设备从外界获得输入信号，经过控制设备计算处理后产生一个命令，让输出设备来进行执行，如图2.3.2所示。

这个过程就好比上课前,当耳朵听到“起立”时,大脑接收到这个信号并理解后,控制身体从座位上站起来，如图2.3.3所示。这个过程中，耳朵接收外界信息相当于输入,大脑进行理解处理相当于控制，身体执行大脑发送过来的命令相当于输出。

课堂活动

根据本节课所学内容，请同学们想一想你们要制作的鱼菜共生开源系统想要实现什么功能，并上网查找资料看看需要哪些输入模块和输出模块，把想法记录在表2.3.1中。

表2.3.1想法记录表

功能描述

输入模块

输出模块

水循环功能，将鱼缸的水输送到种植区

水泵抽活水

净水润菜苗

高效生产功能

优质苗种入

高产鱼菜出

环境友好功能

绿色理念进

零污环境优

二、项目准备——用流程图表示控制实现的过程

在正式开始制作项目前，首先需要对项目实现的功能进行梳理，并选择合适的硬件编程环境工具，做好项目制作的准备工作。

绘制逻辑流程图

项目作品的每个功能都有输入、输出、完整的逻辑线，而流程图能够让我们清晰地了解作品的功能和逻辑。例如，鱼菜共生开源系统项目中给农作物浇水的功能就可以用逻辑流程图来描述，如图2.3.4所示。

了解硬件编程环境

编程环境包括硬件环境和软件环境两大部分。在制作项目中需要的硬件环境有主控板、各类传感器与执行器、硬件连接计算机的驱动程序和端口号;在制作项目中需要的软件环境有编程语言环境、在主控板上运行的程序。我们使用的软件编程语言环境要与硬件的编程语言环境相同，这样写的程序才能够输入硬件设备中，从而控制设备运行。开源硬件主控板的硬件环境大多由多种编程语言组成，寻找对应的软件编程环境极其重要。我们可以使用Python这种“胶水语言”的软件编程环境，将各个不同的编程语言环境连接在一起，以便控制不同类型的硬件设备。鱼菜共