資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
八年級信息技術義務教育版教學設計
課題 反饋控制有算法 單元 第四單元 學科 信息技術 年級 八年級
學習目標 1.學生能夠掌握基于數據分析設計算法的方法，針對物聯花盆系統自動灌溉功能，學會確定相關數據的閾值，并根據不同條件設計合理的決策算法，能夠用程序代碼實現該算法。2.學生能夠熟悉執行器（如顯示屏、直流電機水泵）的使用方法，包括硬件連接和編程控制，實現對土壤濕度的顯示和自動灌溉功能。3.學生能夠理解系統整合的一般方法，包括硬件檢查、網絡測試、動態測試等，能夠完成物聯花盆系統項目的模塊整合和功能集成，并進行功能測試，確保系統正常運行。4.學生能夠了解物聯系統功能擴展的思路和方法，從系統功能、人機交互、數據處理與可視化等方面提出擴展方向，并能對擴展功能進行簡單設計和分析。
重點 1.基于數據分析設計自動灌溉算法，確定合理的土壤濕度閾值及不同條件下的決策邏輯，并編程實現。2.執行器（顯示屏和直流電機水泵）的正確使用，包括硬件連接和編程控制，實現土壤濕度顯示和自動灌溉功能。3.物聯系統整合的方法和步驟，確保系統各模塊協同工作，實現整體功能，包括硬件檢查、網絡測試和動態測試等環節。
難點 1.設計復雜的決策算法，考慮多種因素（如土壤濕度、天氣預報、光照強度等）的相互影響，確保算法的準確性和有效性，同時優化算法以提高系統性能。2.系統整合過程中解決硬件兼容性、網絡通信穩定性等問題，確保系統能夠可靠運行，及時發現并排除潛在故障。3.從多個角度對物聯系統進行功能擴展設計，提出創新且可行的方案，同時要考慮擴展功能與原有系統的兼容性和集成性，避免過度設計或功能沖突。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 1.展示問題情境：通過PPT展示物聯花盆系統，提出要實現自動灌溉等功能需要加入執行模塊的問題，引導學生思考執行模塊所需硬件以及觸發條件，從而引出本節課主題——反饋控制有算法。2.引發思考與討論：組織學生簡單討論執行模塊硬件（如顯示屏、水泵等）的作用以及可能影響其工作的因素，激發學生學習興趣和探索欲望，為后續教學內容做好鋪墊。 傾聽老師講解與導入 激發學生的學習興趣，讓從問題中進行思考，從而引出本節課的學習內容
講授新課 一、知識講解與實踐操作1.根據數據設計算法算法設計思路講解：以物聯花盆系統自動灌溉功能為例，講解如何根據數據分析處理結果設計算法。引導學生思考土壤濕度、天氣預報、光照強度等數據與灌溉決策之間的關系，如確定土壤濕度的上限值、下限值作為判斷是否灌溉的重要依據。小組合作探究：將學生分組，布置任務讓小組合作探究自動灌溉的觸發條件，并將決策填入表格。教師巡視各小組，參與討論并給予適當指導，引導學生考慮各種可能情況，如土壤濕度大于上限值不灌溉，小于下限值灌溉，介于上下限值之間且天氣預報下雨不灌溉、不下雨灌溉，光照強度大時調整土壤濕度下限值等。交流總結與代碼實現：各小組匯報探究結果，教師組織全班進行交流總結，優化觸發條件和決策表格。然后，結合優化后的表格，講解如何將決策邏輯用程序代碼實現，展示關鍵代碼片段（如判斷土壤濕度、天氣預報、光照強度等條件并執行相應灌溉決策的代碼），讓學生理解代碼的邏輯結構和實現方式。學生根據教師講解，嘗試編寫完整的算法代碼，教師進行巡視指導，幫助學生解決編程過程中遇到的語法錯誤、邏輯錯誤等問題。2.控制執行器執行器介紹與連接演示：展示顯示屏和直流電機水泵實物，介紹其在物聯花盆系統中的作用，即顯示土壤濕度情況和實現自動灌溉。教師演示執行器與主控板的硬件連接方法，強調連接時的注意事項（如引腳對應關系、電源連接等），確保學生正確連接硬件設備。編程控制實踐：指導學生編寫代碼實現執行器的功能。對于顯示屏，學生學習編寫代碼將土壤濕度值實時顯示在屏幕上；對于直流電機水泵，學生學習編寫代碼控制電機在滿足灌溉條件時啟動并運行一定時間（如5秒）實現灌溉功能，然后停止運轉。教師提供示例代碼框架，引導學生根據實際情況修改參數（如電機轉速、灌溉時間等），學生進行實踐操作，教師巡視指導，及時糾正學生代碼中的錯誤，確保每個學生都能實現執行器的基本控制功能。二、系統整合與測試1.系統整合方法講解：講解系統整合的重要性和一般方法，包括硬件檢查（確保各硬件連接正確無誤）、網絡測試（檢查網絡連接是否暢通穩定，數據傳輸是否正常）、動態測試（模擬系統功能過程，測試觸發條件響應是否準確及時等）。以物聯花盆系統為例，詳細說明每個環節的具體操作和注意事項，如硬件檢查時檢查傳感器、執行器、主控板等硬件設備的連接是否牢固，網絡測試時查看數據是否能正常上傳和獲取，動態測試時模擬不同環境條件觀察系統是否按預期工作。2.學生實踐操作：學生根據系統整合方法，對自己搭建的物聯花盆系統進行整合和測試。教師巡視各小組，指導學生進行操作，幫助學生解決遇到的問題，如硬件故障排查、網絡配置錯誤等。在學生完成初步整合和測試后，引導學生思考系統整合過程中可能出現的問題及解決方法，如如何優化系統性能、提高穩定性等。三、功能擴展討論與思考1.提出功能擴展方向：展示PPT中關于物聯花盆系統功能擴展的示例，從系統功能（如增加紅外熱釋電傳感器感知人員活動、添加人工智能攝像頭識別植物種類）、人機交互（如編寫網頁端程序查看實時數據、增加手動灌溉控制按鈕）、數據處理與可視化（如在網頁端增加數據圖表分析環境數據對綠植生長的影響）等方面引導學生思考系統功能擴展的可能性。2.小組討論與分享：組織學生分組討論物聯花盆系統還可以擴展哪些新功能，鼓勵學生發揮想象力，結合生活實際需求提出創新想法。每個小組推選一名代表分享小組討論結果，教師對學生的想法進行點評和總結，引導學生進一步思考功能擴展的可行性和實現方法，培養學生創新思維和綜合應用知識的能力。 通過學習，了解算法設計思路及反饋控制執行器等相關知識內容 通過幾個學習活動讓學習開始掌握本節課的重點及難點
課堂練習 由于本節課所學知識內容較多，因此本節課不設計課堂練習，但可以在本節課程結束后布置相關的課堂練習，讓學生們課余時間針對本節課所學知識進行鞏固與消化。
課堂小結 1.知識總結回顧：與學生一起回顧本節課所學內容，包括基于數據分析設計算法的方法、執行器的使用和控制、系統整合的要點以及物聯系統功能擴展的思路，強調各環節在物聯系統反饋控制中的重要性和相互關系。2.學生收獲分享：請幾位學生分享本節課的學習收獲和體會，教師對學生的分享進行肯定和鼓勵，同時針對學生在學習過程中存在的問題進行補充講解和指導，確保學生對本節課知識有清晰的理解和掌握，引導學生思考如何將所學知識應用到其他物聯網項目中。 引導學生總結自己本節課的學習收獲 對本節課的學習進行總結
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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