資源簡介

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八年級信息科技教學設計
課題 第20課 反饋控制有算法 課型 新授課
備課時間 月 日 主備人 Xinxijishu886 授課時間 月 日- 月 日
教學內容及教材分析 本節課是人教版《初中信息技術八年級（下冊）》第四單元《簡易物聯系統實踐》第20課，課題為《反饋控制有算法》。通過項目式學習的方式，讓學生深入了解物聯網技術的基本原理及其在日常生活中的應用。對于八年級學生來說，他們已經具備了一定的信息技術基礎，如計算機基本操作、簡單的編程邏輯等，但對于物聯網這一前沿技術還相對陌生。因此，本教學設計通過分解物聯花盆系統的各個組成部分（數據采集、算法設計、控制執行、系統整合與功能擴展），逐步引導學生深入理解物聯網技術的核心概念和實現過程。
課標要求 了解基于數據分析設計算法的方法，熟悉執行器的使用方法。了解系統整合的一般方法。
核心素養目標 信息意識：學生能夠認識到物聯網技術在現代生活中的應用價值，理解物聯花盆系統如何通過傳感器收集環境數據并作出相應反應。培養學生關注身邊信息變化的習慣，提高信息敏感度。計算思維：學生能夠運用邏輯思維和算法設計思想，根據土壤濕度等環境數據設計自動灌溉算法。通過編程實踐，學生能夠理解并應用條件判斷、循環控制等編程概念，解決實際問題。數字化學習與創新：學生能夠利用數字化工具（如編程軟件、傳感器等）進行物聯花盆系統的設計與實現，體驗數字化創作的樂趣。鼓勵學生發揮創造力，培養創新思維和問題解決能力。信息社會責任：引導學生關注物聯網技術應用的倫理問題，如數據隱私保護、系統安全等，培養學生的信息社會責任感。通過團隊合作，培養學生的協作精神和溝通能力，共同完成項目任務。
教學重點 基于數據分析設計算法，執行器的使用方法。
教學難點 系統整合的一般方法，以及反饋控制算法的設計。
教學方法 情境教學法、任務驅動法、分組合作法、示范講解法。
學習方法 自主探究法、合作學習法、實踐操作法。
教學工具 具備上網條件的信息科技計算機室、多媒體課件。
教學過程 教 學 內 容
復習鞏固：展示一段智能花盆自動灌溉的視頻，提問：智能花盆是如何知道何時需要灌溉的？新課導入：觀看視頻，思考并回答問題。通過生動有趣的視頻，激發學生的學習興趣，引出本節課的主題。新課教學：物聯系統中的反饋與控制是基于算法實現的。物聯花盆系統需要增加執行模塊，以便向現實世界采取行動。一、根據數據設計算法物聯花盆系統要實現自動灌溉功能，需要在對溫度、土壤濕度、光照強度和天氣預報數據分析的基礎上設計算法。可以設計表格來規劃灌溉條件。學習活動11. 根據土壤濕度的分析結果，確定合適的土壤濕度上限值、下限值。2. 根據物聯花盆系統的灌溉條件，將對應決策填入表20.1中。對灌溉條件進行整理。以上所有條件都與土壤濕度有關，且可以分為大于上限值、介于上下限值之間、小于下限值三種，因此可以將灌溉條件整理成如表20.2所示內容。4. 根據表格中的條件設計算法，形成數據決策部分程序，主要代碼如圖20.2所示。二、控制執行器在物聯花盆系統中，反饋與控制就是顯示土壤濕度情況和實現自動灌溉功能。利用 old. print()可以實現在顯示屏上顯示土壤濕度，要實現自動灌溉功能則需要增加執行器。學習活動21.顯示土壤濕度。在顯示屏顯示土壤濕度數據。2.實現自動灌溉。灌溉需要水泵作為執行部件。將水泵與主控板連接。修改數據決策程序，添加相關的控制代碼，讓電機啟動并灌溉5s，如圖所示。三、對系統進行整合實現各個功能模塊并測試后，將所有模塊集成到一起形成一個簡易物聯灌溉系統，其處理核心流程如圖20.3所示。每次執行完相應的功能，可以讓主控板等待一段時間再執行，以減少數據通信和數據存儲。因此，可以把主程序代碼放在無限循環中，并在最后通過time.sleep()控制等待時間。在項目投入使用前，還需要進行系統調試。一方面要對比功能需求進行測試；另一方面則是讓物聯系統進行整體運行，以測試是否存在問題。學習活動31. 以小組為單位，完成物聯花盆系統項目的模塊整合和功能集成。2. 根據需求清單對物聯花盆系統項目進行功能測試。對于物聯花盆系統項目，可以添加警報提醒、遠程查看數據、控制灌溉等功能。例如，當土壤濕度過低時，通過LED燈或者蜂鳴器發出報警信息。四、探索功能擴展物物相連帶來了無限的可能，通過不斷地創新可以讓物聯系統有更多的功能，物聯花盆系統也是如此。從系統功能上進行擴展，利用紅外熱釋電傳感器，便可以感知是否有人在附近活動，將數據上傳到物聯網服務平臺，并進行數據分析，可以了解主人對植物的關心程度；還可以給物聯花盆系統增加人工智能攝像頭，自動識別植物種類，并設置不同的濕度參數。從人機交互上進行擴展，可以編寫一個網頁端程序，方便查看所有花盆終端的實時數據；可以增加手動灌溉控制的按鈕，便于更靈活地控制花盆 灌溉。 從數據處理與可視化上進行擴展，可以在網頁端增加數據圖表來直觀地分析花盆環境數據，然后進一步探索環境數據對綠植生長的影響。
課堂小結: 1. 選擇一兩個可以實現的創新功能，對已實現的物聯系統進行改造 升級。2. 某物聯門鎖系統檢測到門口有人停留時，會自動啟動攝像頭的監控功能，并將監控畫面實時顯示在房間內的顯示屏上。同時，系統會通過蜂鳴器發出提示音，并通過應用軟件推送消息通知用戶。用戶可以通過手機應用軟件遠程控制門鎖。在此物聯門鎖系統中，數據采集、傳輸和反饋控制是如何實現的？可能會用到哪些硬件？
作業布置 1．在物聯系統中，數據決策需要根據數據分析處理的結果設計算法，再控制執行器執行。2．在設計物聯系統時，需要根據具體的反饋任務選擇合適的執行器。3．根據物聯系統的功能需求對系統各個模塊進行功能整合，并思考進一步從系統功能、人機交互、數據處理可視化等角度對系統進行擴展。
板書設計 1.根據本節課所學內容，設計一個簡單的物聯花盆系統灌溉算法，并填寫灌溉條件表。2.編寫程序，實現顯示屏上顯示土壤濕度數據的功能。
板書設計 第20課 反饋控制有算法一、根據數據設計算法二、控制執行器三、對系統進行整合四、探索功能擴展
組長審批意見及簽字 簽字： 年 月 日
教學反思
課后簽字 簽字： 年 月 日
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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