教科版（2024）八年级下册信息科技 03-反馈控制自动浇水 教案.docxVIP

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教学教案

总第03课时

课?题?名?称

?反馈控制自动浇水

学习目标

（包含学科核心素养）

知识与技能：理解反馈控制的基本原理，掌握闭环控制系统的组成和工作流程，能够编写程序实现土壤湿度阈值判断与水泵的自动控制。

过程与方法：通过调试反馈控制系统，培养逻辑推理和问题解决能力，学会使用数据反馈优化浇水策略。

核心素养：培养科学思维、技术应用和实践创新能力，体验自动化技术对生活的便利性，增强对物联网技术实际应用价值的认知。

问

题

类

型

学生问题

土壤湿度传感器是如何检测土壤湿度的？它是如何将数据传输给主控板的？

自动浇水系统是如何判断是否需要浇水的？反馈控制在其中起到了什么作用？

电磁继电器在自动浇水系统中的作用是什么？它是如何控制水泵工作的？

学科问题

1.反馈控制系统的基本原理是什么？自动浇水系统如何通过反馈控制实现智能浇水？

2.在自动浇水系统中，传感器、控制器和执行器是如何相互协作完成任务的？

3.如何分析采集到的土壤湿度数据，并利用这些数据优化浇水策略？

教师问题

1.在自动浇水系统中，如何通过程序设计实现“根据土壤湿度自动决定是否开启水泵”的功能？关键的编程逻辑是什么？

2.自动浇水系统在实际应用中可能存在哪些局限性？如何优化该系统，使其更加智能和高效？

问题系统

（星号标出核心问题）

1.反馈控制系统的基本原理是什么？自动浇水系统如何通过反馈控制实现智能浇水？

2.在自动浇水系统中，传感器、控制器和执行器是如何相互协作完成任务的？

3.如何分析采集到的土壤湿度数据，并利用这些数据优化浇水策略？

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

教师播放一段农业或园艺中的智能灌溉系统视频，展示如何通过自动浇水系统检测土壤湿度并精准浇水。然后提出问题：

“如果我们家里的花草可以自己判断‘渴了’并自动浇水，会不会很方便？”

引导问题

问题1:“土壤湿度传感器是如何检测土壤湿度的？它是如何将数据传输给主控板的？”

学生思考讨论

教师总结知识点

反馈控制：自动浇水系统通过传感器实时检测土壤湿度，并决定是否启动水泵，实现闭环控制。

系统组成：传感器（数据采集）、主控板（数据处理）、水泵（执行控制）。

学（自主探究）：

自主探究任务

任务1:研究土壤湿度传感器的工作原理

阅读教材，查找相关资料，理解土壤湿度传感器如何将土壤水分转换为电信号，并发送给控制器。

探讨传感器数据的波动情况及影响因素，如温度、环境湿度等。

任务2:分析自动浇水系统的反馈控制逻辑

观察系统运行逻辑，回答：“如何设定湿度阈值，使得系统在适当的时候浇水，而不会过度浇水？”

思考数据如何在系统中流动（传感器→主控板→继电器→水泵）。

问题探讨

“采集到的土壤湿度数据是如何存储和传输的？数据传输的过程是怎样的？”（学生问题2）

“如何分析采集到的土壤湿度数据，并利用这些数据优化浇水策略？”（学科问题3）

教师总结知识点

土壤湿度传感器的工作原理：传感器检测湿度后，转换为电压信号，并由主控板进行处理。

反馈控制的实现：通过设定一个阈值，当湿度低于设定值时，系统自动启动水泵；当湿度达到标准时，系统停止浇水。

三、探（合作探究）：

目标：通过小组讨论，深化对数据采集、传输和分析的理解，培养团队协作能力。

任务1:搭建并调试自动浇水系统

各小组按照提供的电路图连接土壤湿度传感器、继电器、水泵和主控板。

运行系统，测试不同土壤湿度条件下水泵的启停情况。

任务2:优化浇水策略，提升系统智能性

研究不同的土壤湿度阈值设定对浇水效果的影响，避免频繁启停水泵。

讨论如何通过数据分析优化浇水策略，例如统计一天内湿度变化情况，制定合理的浇水时间。

问题探讨

“电磁继电器在自动浇水系统中的作用是什么？它是如何控制水泵工作的？”（学生问题3）

“自动浇水系统在实际应用中可能存在哪些局限性？如何优化该系统，使其更加智能和高效？”（教师问题2）

教师总结知识点

电磁继电器的作用：继电器充当开关，接收主控板的信号，控制水泵的开关状态。

智能优化方法：通过数据分析优化湿度阈值，避免不必要的浇水，提高用水效率。

四（课堂检测）：

选择题

自动浇水系统中，哪个组件用于检测土壤湿度？（单选题）

A.水泵

B.继电器

C.土壤湿度传感器

D.主控板

答案:C.土壤湿度传感器

反馈控制在自动浇水系统中的作用是什么？（单选题）

A.记录土壤湿度但不执行操作

B.依据实时湿度自动决定是否浇水

C.通过定时方式控制浇水时间

D.只提供数据给用户，不做处理

答案:B.依据实时湿度自动决定是否浇水

教师总结知识点

反馈控制的作用是实时调整系统