資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
第6.3課《自動(dòng)孵蛋箱與電子開關(guān)》教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 自動(dòng)孵蛋箱與電子開關(guān) 單元 第六單元 學(xué)科 信息科技 年級(jí) 六年級(jí)
核心素養(yǎng)目標(biāo) 信息意識(shí)：深入了解電子開關(guān)和傳感器在孵蛋箱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，增強(qiáng)對(duì)信息技術(shù)改變生活的認(rèn)識(shí)與興趣。計(jì)算思維：學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)并理解孵蛋箱溫度控制的邏輯流程，通過編程實(shí)踐培養(yǎng)邏輯思維、算法設(shè)計(jì)和問題解決能力。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：通過編程實(shí)現(xiàn)孵蛋箱溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，提升數(shù)字化工具的使用技能，激發(fā)創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。信息社會(huì)責(zé)任：認(rèn)識(shí)到控制系統(tǒng)可靠性對(duì)安全的重要性，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)冗余方案以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，培養(yǎng)對(duì)技術(shù)安全的責(zé)任感。
教學(xué)重點(diǎn) 了解孵蛋箱的主要部件及其功能，特別是電子開關(guān)和傳感器的作用。
教學(xué)難點(diǎn) 掌握孵蛋箱內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)的原理和方法，各部件如何協(xié)同工作以維持適宜的孵化環(huán)境。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課 將雞蛋孵化成小雞是飼養(yǎng)雞的重要環(huán)節(jié)。單純依靠母雞孵化小雞存在孵化效率不高的問題，不適合大規(guī)模養(yǎng)殖。使用自動(dòng)孵蛋箱，通過精準(zhǔn)控制孵蛋的溫度、濕度等環(huán)境因素，模擬母雞孵蛋過程，能大大提高孵化效率。想一想：孵蛋箱里有哪些部件能幫助調(diào)節(jié)溫度濕度？孵蛋箱里有電子開關(guān)和傳感器，它們能監(jiān)測環(huán)境并自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保孵化條件最佳。思考：如果孵蛋箱只有一個(gè)傳感器，萬一它壞了怎么辦？如果只有一個(gè)傳感器，壞了就可能導(dǎo)致孵化失敗。所以，為了更可靠，可以增加冗余的傳感器，這樣即使一個(gè)壞了，另一個(gè)還能繼續(xù)工作。孵蛋箱集成了先進(jìn)的電子開關(guān)與高精度傳感器技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)、精準(zhǔn)地監(jiān)測并調(diào)節(jié)箱內(nèi)的溫度與濕度條件，為蛋寶寶提供一個(gè)舒適且穩(wěn)定的孵化環(huán)境。傳感器是孵蛋箱的“眼睛”，實(shí)時(shí)監(jiān)測箱內(nèi)環(huán)境，為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。播放視頻《全自動(dòng)孵蛋小型家用迷你智能孵化箱》 新知導(dǎo)入。完成思考題。觀看教學(xué)視頻。 幫助學(xué)生理解自動(dòng)孵蛋箱的基本功能。通過問題導(dǎo)入引發(fā)學(xué)生思考。通過視頻吸引學(xué)生的注意力。
講授新課 新知講解：一、了解電子開關(guān)為了給待孵化的蛋提供一個(gè)適宜的孵化環(huán)境，孵蛋箱應(yīng)該具有以下基本功能：（1）能記錄孵化時(shí)間；（2）能監(jiān)測箱內(nèi)溫度并自動(dòng)調(diào)節(jié)至適宜溫度；（3）能監(jiān)測箱內(nèi)濕度并自動(dòng)調(diào)節(jié)至適宜濕度（4）具有較高的可靠性。開動(dòng)腦筋：根據(jù)控制原理，如何將孵蛋箱內(nèi)的溫度保持在一個(gè)適宜的范圍之內(nèi)？當(dāng)孵蛋箱內(nèi)溫度過低時(shí)，需要加熱提高箱內(nèi)溫度，當(dāng)溫度過高時(shí)，則需要停止加熱，讓孵蛋箱內(nèi)的溫度保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍之內(nèi)。要實(shí)現(xiàn)這一功能，就需要根據(jù)周圍環(huán)境溫度的變化，利用電子開關(guān)來控制加熱元件電路的開和關(guān)。電子開關(guān)利用電子器件實(shí)現(xiàn)電路通斷，包括一個(gè)可控的電子驅(qū)動(dòng)器件如繼電器。它在控制系統(tǒng)中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。信息鏈接：在輸入控制端施加一個(gè)小的電信號(hào)，繼電器就可以在輸出控制端實(shí)現(xiàn)關(guān)閉或者開啟功能。繼電器是一種用較小的電流去控制較大電流的“自動(dòng)開關(guān)”。繼電器廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)。二、設(shè)計(jì)制作自動(dòng)孵蛋箱模型自動(dòng)孵蛋箱模型基本設(shè)計(jì)輸入：通過溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)。計(jì)算：主控板通過比較運(yùn)算，發(fā)出控制指令。輸出：輸出控制指令控制繼電器打開或關(guān)閉發(fā)熱元件。執(zhí)行：發(fā)熱元件實(shí)現(xiàn)加熱功能。反饋：通過溫度傳感器不斷獲取箱內(nèi)溫度值，反饋到控制器及時(shí)控制發(fā)熱元件打開或關(guān)閉，將孵化箱的溫度控制在38~39℃。實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模褐谱鞣醯跋淠Ｐ停瑢?shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：主控板、擴(kuò)展板、繼電器、溫度傳感器、加熱元件、電源和編程計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)過程：1、硬件搭建。將主控板插入擴(kuò)展板，通過連接線將溫度傳感器連接到擴(kuò)展板P0口，將繼電器連接到P1口，加熱元件通電后連接到繼電器上。實(shí)驗(yàn)過程：2、程序編寫。添加擴(kuò)展板、溫度傳感器模塊，編寫程序。實(shí)驗(yàn)過程：3、運(yùn)行調(diào)試。將程序上傳至主控板，觀察孵蛋箱是否能實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。提高控制系統(tǒng)可靠性的方法在控制系統(tǒng)中，每個(gè)控制環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)故障，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失控給我們帶來危險(xiǎn)或造成損失。比如，如果孵蛋箱的溫度傳感器失效，有可能出現(xiàn)溫度失控，導(dǎo)致孵蛋失敗，甚至引起火災(zāi)。因此，在一些重要的控制系統(tǒng)中，人們?yōu)榱私档惋L(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的可靠性，通常會(huì)設(shè)計(jì)兩套或兩套以上的硬件、軟件。例如，在飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)中，安裝了多個(gè)飛行速度傳感器，配備了兩套相同的飛機(jī)操控系統(tǒng)以提高飛機(jī)的可靠性和飛行的安全性。實(shí)驗(yàn)探究在自動(dòng)孵蛋箱模型中，控制溫度是關(guān)鍵。為了防止溫度傳感器出現(xiàn)故障可以增加一個(gè)溫度傳感器。當(dāng)主控板從兩個(gè)溫度傳感器分別采集到的溫度值基本相同，則判斷溫度值測量正常；如果兩個(gè)溫度值有較大差異，則報(bào)警提醒異常。小組合作，設(shè)計(jì)控制流程，嘗試編程實(shí)現(xiàn)以上功能。練習(xí)提升：1.孵蛋箱是一個(gè) 閉環(huán) 控制系統(tǒng)。2.小組合作，制作一個(gè)同時(shí)具有溫度以及濕度調(diào)節(jié)功能的孵蛋箱。開拓視野：控制中的冗余設(shè)計(jì)如果在高溫、高壓力、強(qiáng)腐蝕性等比較惡劣的環(huán)境下工作，傳感器往往容易受到損傷而發(fā)生故障。為了解決運(yùn)行過程中傳感器損壞而帶來的控制失效問題，最好的解決方法是進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。在被控對(duì)象中布置至少兩個(gè)傳感器，一個(gè)作為主傳感器，另一個(gè)作為備份傳感器。當(dāng)主傳感器出現(xiàn)故障時(shí)控制器自動(dòng)切換到備份傳感器。拓展延伸：濕度傳感器的其他應(yīng)用天氣小幫手：濕度傳感器能測空氣里的水分，幫助天氣預(yù)報(bào)員告訴你會(huì)不會(huì)下雨。植物小護(hù)士：放在花盆里，濕度太低時(shí)會(huì)提醒你給植物澆水，讓小花不口渴。浴室防霧鏡：浴室鏡子用它感應(yīng)濕度，自動(dòng)加熱防止起霧，照鏡子永遠(yuǎn)清楚！餅干保鮮員：食品工廠用它檢查倉庫濕度，太潮濕時(shí)啟動(dòng)除濕機(jī)，餅干脆脆不返潮。衣服干燥小助手：智能晾衣架用它感知空氣濕度，晴天自動(dòng)晾衣，雨天提醒收衣服。博物館保護(hù)俠：保護(hù)名畫和古董的玻璃柜里藏著它，保持干燥環(huán)境，防止文物發(fā)霉。單元回顧與評(píng)價(jià)：單元回顧交流評(píng)價(jià)：我覺得這次實(shí)驗(yàn)特別有意思。我觀察到孵蛋箱內(nèi)的溫濕度變化對(duì)蛋的孵化有很大影響，而且我還學(xué)會(huì)了如何根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)來調(diào)整電子開關(guān)，讓箱內(nèi)的環(huán)境保持最適宜的狀態(tài)。感覺這次實(shí)驗(yàn)讓我對(duì)生物科技有了更深入地了解呢！ 閱讀與思考說一說電子開關(guān)對(duì)孵蛋箱的作用。說一說電子開關(guān)的基本原理小組設(shè)計(jì)制作一個(gè)自動(dòng)孵蛋箱模型，并分享心得體會(huì)。閱讀與思考小組討論有哪些方法可以提高可靠性，并協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)探究。了解控制中的冗余設(shè)計(jì)。說一說你還能想到什么濕度傳感器的應(yīng)用。回顧單元內(nèi)容。 了解孵蛋箱的基本功能幫助學(xué)生了解電子開關(guān)的用途與基本原理。通過編程實(shí)現(xiàn)孵蛋箱溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，提升數(shù)字化工具的使用技能，激發(fā)創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。認(rèn)識(shí)到控制系統(tǒng)可靠性對(duì)安全的重要性，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)冗余方案以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，培養(yǎng)對(duì)技術(shù)安全的責(zé)任感。學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)并理解孵蛋箱溫度控制的邏輯流程，通過編程實(shí)踐培養(yǎng)邏輯思維、算法設(shè)計(jì)和問題解決能力。幫助學(xué)生理解冗余設(shè)計(jì)的重要性。拓展學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)。幫助學(xué)生鞏固本單元的內(nèi)容。
課堂小結(jié) 自動(dòng)孵蛋箱與電子開關(guān)1.進(jìn)行新知引入2.認(rèn)識(shí)紅外傳感器3.體驗(yàn)電子圍欄模型制作4.完成課堂練習(xí)5.進(jìn)行知識(shí)拓展 總結(jié)回顧 對(duì)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)概括。
課后作業(yè) 請(qǐng)編寫一個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)2個(gè)溫度傳感器對(duì)比控制。小組討論改進(jìn)孵蛋箱的方法。完成PPT38-39頁的練習(xí)題。 布置作業(yè) 拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力
課堂板書 觀看板書 強(qiáng)調(diào)教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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