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 農業生產新模式 單元 第五單元 學科 信息技術 年級 八年級
學習目標 1.了解物聯網在農業生產中的應用形式及優勢，能列舉實例闡述其作用。2.掌握奶牛產奶監測系統的設計、搭建與實現，包括功能需求分析、硬件軟件選型、程序編寫及物聯網平臺應用。3.學會運用電子標簽、讀卡器、超聲波傳感器等采集數據，掌握MQTT協議進行數據傳輸，能在主控板和物聯網平臺上進行數據處理與展示。
重點 1.物聯網在農業生產中的應用實例及奶牛產奶監測系統功能分析。2.電子標簽、超聲波傳感器等硬件工作原理及系統實現流程。3.數據傳輸（MQTT協議）、存儲（物聯網平臺）及系統反饋控制機制。
難點 1.奶牛產奶監測系統的整體優化設計，確保數據準確穩定獲取與傳輸。2.理解和解決數據傳輸、存儲中的復雜問題，保障數據安全與有效利用。3.依據農業生產需求拓展系統功能，培養創新應用與實踐能力。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 展示物聯網在農業生產中的應用成果圖片或視頻，如智能灌溉、精準養殖等，提問學生對這些應用的認識和感受，引導學生思考物聯網如何提升農業生產效率和質量，從而引出本節課主題——探索物聯網在農業中的更多應用及設計奶牛產奶監測系統。 傾聽老師講解 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、探索物聯網在農業生產中的應用1.教師詳細介紹物聯網在農業生產不同方面的應用，如物聯灌溉系統如何根據土壤濕度和天氣自動調節水量，物聯養殖管理系統如何實時監測動物生理指標和行為，以及農產品追溯系統如何保障食品安全。組織學生分組討論這些應用的原理和優勢，鼓勵學生分享自己在農場游覽或生活中了解到的相關實例，如智能溫室中自動控制溫度、光照和通風的設備，或者通過手機APP查看農產品生長環境數據等。2.教師對學生討論結果進行總結和補充，強調物聯網技術在提高農業資源利用效率、提升農產品質量、降低生產成本等方面的重要作用，如精準灌溉避免水資源浪費，實時監測動物健康減少疾病傳播風險，追溯系統增強消費者對食品安全的信心。通過這一環節，拓寬學生對物聯網農業應用的視野，為后續奶牛產奶監測系統設計提供思路和背景知識。二、奶牛產奶監測系統實踐1.提出任務與確定主題教師提出設計奶牛產奶監測系統的任務，引導學生思考影響奶牛產奶量的因素，如牛舍環境（溫度、濕度）、飼料配比、奶牛健康狀況等，組織學生分組討論確定本小組的探究核心問題，進而確定主題，如“基于物聯網的奶牛產奶量實時監測系統”。2.分析功能需求結合學生確定的主題，引導學生按照采集數據、傳輸與存儲數據、分析處理數據、反饋與控制四個環節分析系統功能需求。在采集數據環節，明確需要采集奶牛編號（通過電子標簽和讀卡器）、產奶量（利用超聲波傳感器或壓力傳感器）等數據；傳輸與存儲數據環節，討論如何將采集到的數據通過網絡發送到物聯網服務平臺，并確保數據的安全存儲；分析處理數據環節，根據本節課教學重點，簡單提及數據處理的方向，如統計產奶量趨勢、分析不同因素對產奶量的影響等（可引導學生課后深入探究）；反饋與控制環節，思考如何在主控板上實時顯示奶牛編號和產奶量，以及是否需要設置報警功能（如產奶量異常時提醒工作人員）。3.硬件搭建教師展示奶牛產奶監測系統所需硬件設備，包括電子標簽、讀卡器、超聲波傳感器、按鍵傳感器、主控板、顯示屏等，詳細介紹各硬件的功能和使用方法。例如，講解電子標簽如何存儲奶牛個體信息，讀卡器如何讀取標簽數據，超聲波傳感器如何通過測量液面高度或距離變化計算產奶量，按鍵傳感器的作用（如用于手動觸發數據傳輸或控制其他功能），主控板如何協調各傳感器工作并處理數據，顯示屏如何顯示相關信息。演示硬件設備之間的連接方法，強調連接時的注意事項，如引腳連接順序、避免短路等問題。指導學生根據硬件連接示意圖，分組進行硬件搭建，教師巡視各小組，及時幫助學生解決遇到的硬件連接問題，如傳感器連接不穩定、引腳對應錯誤等，確保每個小組都能正確完成硬件搭建。4.軟件實現結合系統功能需求和硬件設備，講解程序設計的整體思路。以獲取奶牛編號和產奶量數據并顯示為例，介紹如何通過編程控制讀卡器讀取電子標簽獲取奶牛編號，如何利用超聲波傳感器測量數據并計算產奶量，以及如何將這些數據在顯示屏上進行實時顯示。詳細演示關鍵代碼的編寫過程，如初始化傳感器、讀取傳感器數據、處理數據并顯示等操作的代碼實現，解釋代碼中各個函數和變量的含義，幫助學生理解程序邏輯。例如，使用Python語言編寫代碼時，導入相關庫（如用于控制傳感器的庫、用于網絡通信的MQTT庫、用于控制顯示屏的庫等），設置傳感器引腳和相關參數，編寫循環結構不斷讀取傳感器數據，根據條件判斷執行相應操作，如當按鍵按下時采集數據并發布到指定主題的MQTT服務器。學生根據教師講解，使用編程工具編寫程序代碼，實現數據的采集、處理和顯示功能。教師在學生編寫過程中進行巡視，及時發現并糾正學生代碼中的語法錯誤和邏輯問題，引導學生逐步完善程序功能，如優化傳感器數據讀取算法以提高準確性、添加數據異常處理代碼以增強程序穩定性等。5.數據處理與反饋指導學生實現數據的傳輸與存儲，講解如何配置MQTT服務器參數，設置主題以及如何將采集到的數據通過MQTT協議準確發布到物聯網服務平臺。演示在物聯網服務平臺上查看和管理數據的方法，如登錄平臺后查看數據列表、根據時間或主題篩選數據、進行數據查詢和導出等操作，讓學生了解數據的存儲位置和管理方式，確保學生能夠將數據成功上傳到平臺并進行后續操作。引導學生利用物聯網服務平臺或其他工具（如電子表格）對數據進行簡單的可視化分析，如繪制產奶量隨時間的變化曲線、統計不同奶牛的產奶量分布情況等，幫助學生從數據中發現規律和趨勢，如某頭奶牛產奶量的波動情況、整體產奶量的季節性變化等，為牧場管理決策提供參考依據（如調整飼料配方、優化奶牛飼養環境等）。展示反饋與控制功能的實現代碼，如根據按鍵狀態控制數據傳輸、在顯示屏上顯示清晰的提示信息等，引導學生理解如何通過程序實現對系統的智能控制和反饋，以滿足實際應用需求，如方便工作人員及時獲取準確數據，提高工作效率。學生根據教師指導，進一步完善程序，實現數據的可視化分析和反饋控制功能，教師對學生的完成情況進行檢查和測試，確保系統能夠穩定運行，數據處理和反饋控制功能正常。 通過學習，探索物聯網在農業生產中的應用等相關知識內容 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 組織學生小組討論在實踐過程中遇到的問題，如傳感器數據不準確（如超聲波傳感器受環境干擾導致測量誤差）、數據傳輸不穩定（如網絡信號弱導致數據丟失或延遲）、程序運行異常（如代碼邏輯錯誤導致系統死機或功能失效）等，鼓勵學生分享自己在硬件調試、軟件編程和系統集成過程中的經驗和解決方法。例如，針對傳感器數據不準確問題，討論可能的原因（如傳感器安裝位置不當、周圍存在干擾源等）及解決方案（如調整安裝位置、增加屏蔽措施等）；對于數據傳輸不穩定，探討網絡設置、MQTT服務器配置等方面可能存在的問題及改進方法（如優化網絡環境、檢查服務器配置參數等）。 學生之間進行相互討論 進一步導引學生思考在實踐過程中遇到的相關問題知識
課堂小結 與學生一起回顧本節課的重點內容，包括物聯網在農業生產中的應用實例、奶牛產奶監測系統的功能需求分析（采集、傳輸、存儲、分析處理、反饋與控制）、電子標簽和讀卡器的工作原理、超聲波傳感器測量產奶量的方法、利用MQTT協議實現數據傳輸以及數據可視化分析的初步方法和意義等。強調物聯網技術在農業現代化進程中的重要推動作用，以及通過實踐項目學生所掌握的系統設計與開發能力，幫助學生梳理知識脈絡，加深對所學內容的理解和記憶。 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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