資源簡介

(共9張PPT)
第 1 課 設計自動澆水器方案
本課的任務是設計自動澆水器方案，實現給綠植定時定量澆水，為制作智能盆栽澆水器做鋪墊。
導入：
日常生活中，小區或校園內的綠植都有專門人員養護，能及時澆水、施肥、除草，保證植物健康生長。但是家中或者辦公室里的綠植，經常由于人們工作忙或長時間外出，不能及時澆水，而水是植物進行光合作用的必要條件，缺水會影響植物生長，嚴重時甚至會導致植物干旱而死。
探索：
如果同學們觀察過公園或校園內的綠地，一定會發現這些地方一般都會配備自動澆水裝置，以解決自動化、大面積澆水的問題，節省人力。請思考這些自動澆水裝置的外形特征和工作原理，并總結它們的共同特點。
議一議：
請查閱資料，了解公園或學校中給綠地澆水的自動澆水裝置，并分組討論它的工作原理。
提示：上網搜索生活中的自動澆水裝置的原理。
能量加油站: 自動灌溉裝置
感知層
無線土壤溫濕度傳感器、無線空氣溫濕度傳感器等采集環境數據。
應用層
云中心對數據進行分析，用戶可通過手機或計算機進行澆灌控制。
寫一寫
功能 1
檢測土壤濕度值。
功能 2
比較設定的土壤濕度值和檢測到的土壤濕度值，啟動澆水功能。
功能 3
當土壤濕度達到設定的值時，停止澆水。
設 計
1
土壤濕度傳感器
采集土壤濕度數據。
2
主控板
分析處理接收到的土壤濕度數據。
3
水泵
根據數據對盆栽中的土壤濕度進行調控。
能量加油站: 閉環控制系統
控制器根據偏差值，控制執行器做出反應。
檢測裝置檢測到的環境的實際值。
執行器執行一定動作，對被控對象進行操作。
實 踐
以小組為單位，設計一款簡易自動澆水器，在班級展示方案，并根據方案準備硬件和材料。教學教案
總第 01 課時
課 題 名 稱 設計自動澆水器方案
學習目標 （包含學科核心素養） 知識與技能：了解自動澆水器的感知、判斷、調控三個核心環節，掌握其工作原理及所需硬件設備。 過程與方法：通過觀察、討論和小組合作，設計簡易自動澆水器方案，培養分析問題和實踐探究能力。 核心素養：培養科學思維、技術應用和實踐創新能力，體驗物聯網技術解決實際問題的價值。
問 題 類 型 學生問題 自動澆水器是如何感知土壤濕度的？傳感器的工作原理是什么？ 如果設定的濕度值與實際值不一致，系統如何判斷并控制澆水？ 如何通過互聯網實現遠程監測和控制盆栽的澆水？需要哪些技術支持？
學科問題 自動澆水器中的反饋控制是如何實現的？它與開環控制有什么區別？ 在物聯網系統中，數據從采集到處理再到反饋控制的整個流程是如何運作的？ 3.如何通過編程實現傳感器數據的采集和執行器（如水泵）的控制？需要哪些算法支持？
教師問題 1.自動澆水器的三個核心環節（感知、判斷、調控）分別對應哪些硬件設備？它們是如何協同工作的？ 2.如果土壤濕度傳感器的數據不準確，可能會對自動澆水器的運行產生什么影響？如何解決這個問題？ 3.在設計自動澆水器時，為什么要設定一個濕度閾值？這個閾值的作用是什么？
問題系統 （星號標出核心問題） 1. 自動澆水器中的反饋控制是如何實現的？它與開環控制有什么區別？ 2. 在物聯網系統中，數據從采集到處理再到反饋控制的整個流程是如何運作的？ 3.如何通過編程實現傳感器數據的采集和執行器（如水泵）的控制？需要哪些算法支持？
問題探究流程 導（問題引導）、學（自主探究）、探（合作探究）、測（課堂檢測）、拓（知識拓展）
導（問題引導）： 教師提問： “你們有沒有遇到過忘記給植物澆水，導致植物枯萎的情況？” “如果讓你設計一個自動澆水器，你會如何實現？” 展示情境： 展示一張植物因缺水枯萎的圖片，以及一張智能盆栽澆水器的圖片，引導學生思考如何用科技解決生活中的問題。 引出核心問題： “自動澆水器是如何感知土壤濕度并自動澆水的？它需要哪些硬件設備？” 學（自主探究）： 目標：通過獨立思考，初步了解自動澆水器的組成和工作原理。 任務布置： 學生閱讀教材中關于自動澆水器的描述，結合教師提供的簡易自動澆水器示意圖，思考以下問題： 自動澆水器的三個核心環節（感知、判斷、調控）分別是什么？ 每個環節需要哪些硬件設備？ 學生活動： 學生獨立完成教材中的填空題（如“具有能夠檢測____的功能”），并嘗試畫出自動澆水器的工作流程圖。 教師巡視： 觀察學生的完成情況，適時給予提示和鼓勵 探（合作探究）： 目標：通過小組討論，深化對自動澆水器設計原理的理解，培養團隊協作能力。 分組討論： 學生以小組為單位，討論以下問題： 如果土壤濕度傳感器的數據不準確，可能會對自動澆水器的運行產生什么影響？如何解決這個問題？ 在設計自動澆水器時，為什么要設定一個濕度閾值？這個閾值的作用是什么？ 設計實踐： 每組根據討論結果，設計一個簡易自動澆水器的方案，明確所需硬件設備及其功能，并繪制簡單的設計圖。 小組展示： 每組派代表分享設計方案，其他小組可以提出改進建議。 四（課堂檢測）： 一、選擇題（每題2分，共6分） 1.自動澆水器的三個核心環節是（ ）。 A. 感知、分析、執行 B. 感知、判斷、調控 C. 采集、處理、輸出 D. 輸入、計算、反饋 2.在自動澆水器中，用于檢測土壤濕度的硬件設備是（ ）。 A. 水泵 B. 主控板 C. 土壤濕度傳感器 D. 電磁閥 3.如果設定的濕度值為60%，而傳感器檢測到的濕度值為50%，系統會（ ）。 A. 停止澆水 B. 繼續等待 C. 啟動澆水 D. 發出警報 二、判斷題（每題2分，共4分） 1.自動澆水器的調控功能是通過主控板實現的。（ ） 正確（ ） 錯誤（ ） 2.在自動澆水器中，水泵的作用是檢測土壤濕度。（ ） 正確（ ）錯誤（ ） 五、拓（知識拓展）： 目標：拓展學生對物聯網技術的認識，激發進一步探究的興趣。 拓展內容： 教師介紹智慧公園中的自動灌溉系統，展示其工作原理和實際應用場景。 引導學生思考：自動澆水器如何與物聯網技術結合，實現更智能化的功能？ 學生思考： 學生分組討論：如果將自動澆水器升級為智能盆栽管理系統，還可以增加哪些功能？（如自動施肥、光照調節等） 課后任務： 學生課后查閱資料，了解物聯網技術在農業中的應用，并寫一段100字左右的感想。
板 書 設 計 設計自動澆水器方案
一、核心環節：1. 感知：傳感器 2. 判斷：主控板 3. 調控：水泵 二、工作原理： 傳感器 → 主控板 → 水泵 三、物聯網應用： 遠程監測 遠程控制
教 學 反 思
1

展開更多......

收起↑