教科版（2024）八年级下册信息科技 04-制作智能盆栽浇水器 教案(表格式).docxVIP

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教学教案设计

总第04课时

课?题?名?称

制作智能盆栽浇水器

学习目标

（包含学科核心素养）

知识：理解智能设备三大特点（交互、自主、通信）及反馈控制原理。

技能：能搭建浇水器硬件、编程实现远程控制，调试并分析数据。

情感：体会物联网技术在农业节水与环保中的应用价值。

素养：培养信息意识与计算思维，理解智能农业的可持续发展意义。

问

题

类

型

学生问题

土壤湿度传感器是如何将土壤水分含量转换为电信号的？

自动浇水器的反馈控制系统如何通过比较实际湿度与设定阈值来决定是否启动水泵？

采集到的土壤湿度数据是如何通过物联网平台进行传输和分析的？

学科问题

1.土壤湿度传感器的工作原理是什么？请详细说明传感器如何将土壤中的水分含量转换为电信号，并讨论这种信号在自动浇水系统中的传输和处理过程。

2.闭环反馈控制在自动浇水系统中起到了怎样的作用？

3.在智能浇水系统中，数据采集后的分析对优化浇水策略有何意义？

教师问题

1.在自动浇水系统中，反馈控制如何实现精准灌溉？请解释系统如何利用土壤湿度数据与预设阈值进行比对，从而自动控制水泵的启停。

2.在硬件连接和程序设计过程中，哪些关键环节最影响数据传输的准确性和系统响应速度？如何通过优化这些环节来提升系统整体性能？

问题系统

（星号标出核心问题）

1.土壤湿度传感器的工作原理是什么？请详细说明传感器如何将土壤中的水分含量转换为电信号，并讨论这种信号在自动浇水系统中的传输和处理过程。

2.闭环反馈控制在自动浇水系统中起到了怎样的作用？

3.在智能浇水系统中，数据采集后的分析对优化浇水策略有何意义？

问题探究流程

导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）

导（问题引导）：

情境创设：

播放一段智能灌溉系统的视频，展示盆栽在干旱时自动浇水、湿润后停止浇水的过程。

展示土壤湿度传感器、主控板和水泵等设备的图片。

引导问题

“土壤湿度传感器是如何检测土壤湿度的？它如何将水分含量转化为电信号？”

答案：传感器通过电极检测土壤中的水分，利用电阻或电容的变化输出模拟或数字信号。

“自动浇水系统如何利用反馈控制实现智能浇水？反馈控制在系统中起到了什么作用？”

答案：系统将采集的土壤湿度与设定的湿度阈值比较，当湿度低于阈值时，反馈控制触发水泵启动；湿度恢复后，停止水泵，从而实现闭环自动控制。

“在整个自动浇水系统中，哪些硬件设备和软件模块共同协作完成浇水任务？”

答案：主要包括土壤湿度传感器（输入）、主控板（计算）、继电器控制水泵（输出）。

教师总结知识点

反馈控制的基本概念和闭环系统工作流程：采集数据→处理数据→输出控制指令自动浇水系统组成：传感器、主控板、继电器/水泵及物联网平台（数据存储与分析）。

学（自主探究）：

自主探究任务

查阅教材和网络资源，学习土壤湿度传感器的工作原理和输出信号特性。

阅读教材中关于自动浇水器系统的数据传输和反馈控制部分，完成填空题，如“采集到的湿度数据将传输给______进行处理”。

独立绘制自动浇水系统的简易流程图，标注“输入、计算、输出”各模块及数据传输路径。

教师总结知识点

土壤湿度传感器将土壤水分含量转换为电信号；

主控板接收并处理信号，根据设定的湿度阈值判断是否启动继电器控制水泵；

数据传输和反馈控制确保系统自动调整，实现智能浇水。

三、探（合作探究）：

合作探究任务

小组讨论：

分组讨论自动浇水系统的闭环控制原理，讨论如何设置合理的湿度阈值和采样时间，避免水泵频繁启停。

分析反馈控制中各模块的功能及相互配合，如输入模块（传感器）、计算模块（主控板）与输出模块（继电器、水泵）的协同工作。

实践制作：

硬件组装：每个小组按照教材提供的硬件连接图，将主控板、电池盒、土壤湿度传感器、电磁继电器和水泵等设备进行连接。

程序烧录：各组根据教材提供的参考代码（包括初始化、采样时间设置、数据比较、输出控制）将程序烧录到主控板中。

调试运行：小组内进行系统调试，观察主控板液晶屏显示的湿度数据及水泵的启停情况，记录实验数据。

问题探讨

“在实际搭建中，如何确保传感器数据的稳定性？过长或过短的采样时间会带来哪些问题？”

答案：采样时间过短可能导致数据波动过大，频繁启停水泵；过长则响应不及时。

“如果系统出现误判，可能的原因有哪些？如何通过调整硬件或软件参数优化系统？”

答案：可能原因包括传感器精度不足、环境干扰、程序逻辑问题等，需通过校准传感器、合理设置阈值和采样时间来优化。

教师总结知识点

实践制作是反馈控制系统的核心，通过硬件连接和程序调试，学生能体验闭环控制的实际应用。

合理的系统参数设置对实现精准控制至关重要。

四（课堂检测）：

选择题

题目：土壤湿度传感器的输出信号主要反映的