資源簡介

課題 土壤濕度控制好 課時 1課時
年級 六年級 教學環境
教學內容分析
本節課主要圍繞土壤濕度控制系統展開，學生將了解土壤濕度控制系統的基本組成、工作原理以及控制土壤濕度的算法。通過學習，學生將能夠比較熟練地繪制算法流程圖，進一步了解閾值的作用和閉環控制的特點。
學情分析
小學六年級的學生對科學知識充滿好奇心，具備一定的觀察能力和邏輯思維能力。他們在之前的學習中已經接觸過一些簡單的控制系統，對信息技術有一定的興趣和基礎。然而，對于土壤濕度控制系統的工作原理和算法，學生可能還需要通過具體的實驗和案例來深入理解。
教學目標
一、知識與技能 學生能夠了解土壤濕度控制系統的基本組成和工作原理。 學生能夠比較熟練地繪制算法流程圖。 學生能夠理解閾值的作用和閉環控制的特點。 二、過程與方法 通過觀察實驗和分析案例，培養學生的觀察能力和邏輯思維能力。 通過繪制算法流程圖，提高學生的動手能力和問題解決能力。 三、情感態度與價值觀 激發學生對智能種植技術的興趣，培養學生的創新意識和實踐能力。 讓學生體會到信息技術在農業領域的應用，增強學生對信息技術的認同感。
教學重難點
重點 難點
理解土壤濕度控制系統的工作原理。 掌握控制土壤濕度的算法并能繪制算法流程圖。 理解閾值在土壤濕度控制系統中的作用。體會閉環控制的特點和應用。
教學方法
講授法、演示法、討論法、實踐法。
教學過程設計
教學環節 教師活動 學生活動
導入新課 展示一些生機勃勃的植物圖片和一些因土壤濕度不當而生長不良的植物圖片，形成鮮明對比，如 “同學們，看，這些植物長得多么茂盛，充滿生機。而這些植物卻因為土壤濕度不合適，出現了枯萎、爛根等問題。” 提問學生：“你們知道為什么這些植物會出現這樣的情況嗎？” 引導學生思考土壤濕度對植物生長的重要性。 講述小夏媽媽種植西紅柿的故事，如 “小夏的媽媽每年在院子里種西紅柿時，都特別擔心土壤濕度的問題。雨水多了，幼苗的根容易腐爛；土壤太干，又會影響幼苗的生長。今年，小夏為媽媽搭建了一個土壤濕度控制系統，能夠很好地解決這個問題。” 引出本節課的主題：“今天，我們就一起來探究這個土壤濕度控制系統是如何工作的，看看它是怎樣精準控制土壤濕度，保證植物健康生長的。” 認真觀察圖片，對比不同植物的生長狀態，思考教師提出的問題，如 “可能是因為土壤濕度過高或過低，影響了植物的生長。” 聆聽小夏媽媽的故事，對土壤濕度控制系統產生好奇，如 “這個系統真厲害，能解決土壤濕度的問題，我好想知道它是怎么工作的。” 積極回答教師的問題，表達自己對土壤濕度與植物生長關系的初步認識。
設計意圖： 通過圖片展示和故事講述，直觀地呈現土壤濕度對植物生長的重要影響，引發學生的興趣和關注，從而自然地引出本節課的主題，為后續的學習營造良好的氛圍。
教學環節 教師活動 學生活動
講授新課 1.了解土壤濕度控制系統的基本組成 講解土壤濕度對農作物產量和植物生長的影響，如 “土壤的含水量會極大地影響農作物的產量和大部分植物的生長。土壤濕度過低，會影響植物生長的速度和品質，嚴重缺水則會導致植物枯萎和死亡；而土壤濕度過高，土壤通氣性變差，會造成爛根死根等，從而影響植物的正常生長。” 介紹土壤濕度控制系統的主要組成部分，包括土壤濕度傳感器、系統控制器、噴灌設備等，如 “在土壤濕度控制系統中，主要包括土壤濕度傳感器、系統控制器、噴灌設備等相關硬件模塊。” 提問學生：“土壤濕度傳感器是怎樣工作的呢？” 引導學生思考。 2.分析濕度控制系統的工作原理 展示一個簡易土壤濕度控制系統的組成圖，講解各個部分的作用，如 “這是一個簡易土壤濕度控制系統的組成圖，土壤濕度傳感器用于檢測土壤中的水分，系統控制器根據傳感器采集的數據進行計算和判斷，控制噴灌設備的工作。” 組織學生進行實驗，讓學生利用傳感器采集 5 個土壤濕度數據，觀察顯示的濕度數據以及對應的噴灌器狀態（是否噴水），并記錄在表格中，如 “現在，請同學們分組進行實驗，采集 5 個土壤濕度數據，并記錄在表格中。” 引導學生思考濕度控制系統的工作原理，提問學生：“土壤濕度改變了，相當于改變了控制系統的什么？導致控制系統發生什么變化？” 3.分析控制土壤濕度的算法 講解土壤濕度傳感器檢測的是土壤的濕度（連續量），然后根據這個數據控制噴灌器的開關（開關量），如 “同學們，土壤濕度傳感器檢測的是土壤的濕度，這是一個連續量，而噴灌器的開關是一個開關量，我們需要根據土壤濕度數據來控制噴灌器的開關。” 讓學生根據活動二中記錄（或者設置）的一個濕度數據作為閾值，補充控制土壤濕度的算法流程圖，如 “請大家根據剛才記錄的濕度數據，選擇一個作為閾值，補充控制土壤濕度的算法流程圖。” 展示三個答案，讓學生選擇并放到相應的框里，如 “看看右邊三個答案，應該放到哪個框里？土壤濕度超閾值？不啟動噴灌器？啟動噴灌器？” 4.布置課堂任務 讓學生填寫輸入狀態和輸出狀態的真值表（用 1 和 0 來填寫，1 表示真，0 表示假），如 “現在，請大家填寫輸入狀態和輸出狀態的真值表，用 1 和 0 來表示。” 巡視學生的填寫情況，及時給予指導和幫助。 認真聽講，理解土壤濕度對植物生長的重要性。 了解土壤濕度控制系統的基本組成部分。 思考教師提出的問題，如 “土壤濕度傳感器通過判斷土壤中水分含量的多少來判定土壤濕度的大小，當傳感器探頭懸空時，輸出的數據為 0；當探頭插入土壤中時，電路處于導通狀態，輸出土壤濕度數據。” 觀察簡易土壤濕度控制系統的組成圖，了解各個部分的作用。 進行實驗，采集土壤濕度數據，觀察噴灌器狀態，并記錄在表格中 認真聽講，理解土壤濕度傳感器檢測的數據類型和噴灌器開關的控制方式。 根據活動二中記錄的濕度數據，補充控制土壤濕度的算法流程圖 認真填寫真值表
設計意圖： 讓學生了解土壤濕度控制系統的基本組成和土壤濕度傳感器的工作原理，為后續學習工作原理打下基礎。通過實驗和觀察，讓學生親身體驗土壤濕度控制系統的工作過程，理解濕度控制系統的工作原理。
教學環節 教師活動 學生活動
課堂總結 總結本節課的主要內容，如 “今天我們學習了土壤濕度控制系統，了解了它的基本組成、工作原理和控制算法。我們知道了土壤濕度控制系統要用到濕度傳感器，土壤濕度數據屬于連續量，通過與閾值進行判斷，生成指令，控制噴灌器的狀態。土壤濕度的控制屬于閉環控制，需要人工干預才能停止。” 強調本節課的重點知識，如 “大家要記住，閾值在土壤濕度控制系統中起著重要的作用，它決定了噴灌器的工作狀態。” 認真聽講，回顧本節課的學習內容，如 “我知道了土壤濕度控制系統的組成和工作原理，明白了閾值的作用。” 總結自己的收獲和體會，如 “我學會了繪制算法流程圖，還知道了閉環控制的特點。”
設計意圖： 幫助學生梳理知識，強化記憶，加深對本節課內容的理解。
教學環節 教師活動 學生活動
拓展提升 介紹拓展任務，搭建一個小型土壤濕度控制系統（真實設備或者開源硬件），如 “同學們，接下來我們要進行一個拓展任務，搭建一個小型土壤濕度控制系統。” 講解器材和目的，如 “器材包括干燥土壤、土壤濕度傳感器、澆水設備等。目的是體驗傳感器檢測數據的過程，感受濕度閾值對澆水設備的控制作用。” 提出要求，如 “連接硬件設備，按提示或說明進行操作；記錄高濕度數據和低濕度數據，以及系統執行的操作；觀察程序，注意選擇的系統設置的閾值。” 展示硬件連接圖，指導學生進行硬件連接，如 “請按器材說明，將土壤濕度傳感器、主控制器、水泵等連接到指定端口。” 引導學生運行程序，測試和標定濕度閾值，如 “現在，運行程序，將濕度傳感器插入干燥土壤中，讀取濕度數據；然后向土壤中倒入水，當土壤濕潤時，再次讀取濕度數據。” 讓學生填寫實驗記錄表，如 “請大家填寫實驗記錄表，記錄干燥土壤和濕潤土壤的濕度數據，以及系統執行的操作。” 引導學生思考并填寫實驗結論，如 “觀察到的濕度閾值是多少？土壤濕度控制系統的工作原理是什么？計算過程是怎樣的？” 根據土壤濕度閾值，讓學生繪制土壤濕度超過 70% 的算法流程圖，并填寫輸入狀態和輸出狀態的真值表。 認真聽教師介紹拓展任務、器材和目的。 按照教師的要求，連接硬件設備，如 “我把土壤濕度傳感器連接到了主控制器的 P21 端口，水泵連接到了 P24 端口。” 運行程序，測試和標定濕度閾值，記錄相關數據
設計意圖： 通過拓展任務，讓學生親身體驗搭建土壤濕度控制系統的過程，加深對土壤濕度控制的理解，提高學生的實踐能力和創新能力。
教學評價
在本節課的教學中，通過故事導入、實驗操作和小組討論等方式，激發了學生的學習興趣，使學生積極參與到課堂學習中。學生通過親身體驗土壤濕度控制系統的工作過程，較好地理解了土壤濕度控制系統的基本組成、工作原理和控制算法。
然而，在教學中也存在一些不足之處，例如部分學生在繪制算法流程圖時可能會出現錯誤，需要教師加強指導；在拓展任務中，一些學生在硬件連接和程序運行方面可能會遇到困難，需要教師提供更多的幫助和支持。

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