《物联网智慧浇水系统》教学设计

物联网智慧浇水系统一、教学目标（一）科学观念通过解决楼顶种植园浇水问题，知道物联网技术可以解决人的需求。通过设计楼顶智慧浇水系统，亲身感受到用手机和控制板控制摄像头、喷淋洒水器等设备，共同完成浇水任务，感受到物联网技术是人与物、物与物之间借助设备、技术、网络实现数据、信息等连接的，并能对物品和过程进行感知、识别和管理。（二）科学思维通过楼顶浇水的任务，能够提出有关任务的复杂问题，并且在问题分析阶段把这一复杂问题分解为“上楼不便”、“存在安全隐患”、“种植面积大”、“植物种类多”等子问题，并批判讨论解决子问题的顺序。通过对楼顶环境与植物生长的条件分析，设计浇水系统方案；在对方案的交流过程中，能够生生互动交流，在质疑与补充中完善设计，迭代浇水系统方案。（三）探究实践能够根据楼顶种植园实际情况，明确浇水任务需要解决“上楼不便”、“安全隐患”、“种植面积大”、“植物种类多”等问题。能够根据“上楼不便”和“存在安全隐患”的问题，提出需要有远程控制的设备；能够根据“种植面积大”的问题，提出需要布置多套设备；在平面图中选择适当的设备，完成设备位置与数量的初步规划方案。能够根据“植物种类多”的问题，在方案中加入传感器和控制板，根据不同植物的需水量对传感器和设备的位置与数量再设计，迭代方案。（四）态度责任面对他人有说服力的建议，愿意调整自己的想法；善于有依据地质疑别人的观点，就科学问题在认识上的分歧，乐于与他人进行沟通交流和辩论，反思和调整探究活动。二、教学准备平面图、使用说明书（2套）、执行器卡片（水管、洒水器）、传感器卡片（土壤传感器）。三、教学过程（一）明确需求，提出问题1、明确需求师：我校科艺楼楼顶有个种植园，以前一直是聘请园林工人进行管理。我们四年级时种植过凤仙花，有一定的种植经验，如果让我们接手种植园的管理，大家有没有信心做好？（出示前测）师：但是，老师做了一个调查，你发现了什么？（出示统计图）【预设】失败多，问题集中在浇水问题上。2、提出问题师：怎么上楼去种植园浇水呢？老师为大家录制了去种植园的流程和环境，我们先来了解下。（出示视频）师：看完了视频，我看到同学们有些疑问。要想完成种植园的浇水任务，我们要解决哪些问题？【预设】i上楼不便；ii有安全隐患；iii种植面积大；iv植物种类多【机动】。依据需求，设计方案分析问题师：看来，我们要先解决这四个问题。这四个问题能同时解决吗？先解决哪些问题？【预设】i先解决远程管理问题，再解决设备和管理的问题。ii如果学生答不出，师：如果连楼都上不去、找不到合适的设备，那么整个任务也就无法完成了）2、解决问题问题：上楼不便、安全隐患师：如何解决“上楼不便、有安全隐患”的问题？【预设】学生提出需要远程管理的设备（手机、摄像头、洒水器）。师：看来，要解决这些问题，得需要合适的设备来完成。老师给大家提供了这些材料：手机、摄像头、喷淋洒水器。问题2：种植面积大师：那么“种植面积大”的问题如何解决？【预设】需要多套设备，但设备的摆放需要设计。问题3：植物种类多（机动）师：植物种类多意味着什么？这个问题怎么解决？用这个洒水器分时段浇水行不行？3、设计方案（1）课件出示材料师：既然大家想到了要进一步设计，那么这些是老师根据大家的需求准备的材料。手机：使用比较普及，这里我们就不考虑手机的位置和数量了；洒水器，蓝色的区域为它们可以洒水的范围；还有一个摄像头：可以360°旋转，视野开阔。（2）学生设计方案师：大家都了解这些设备了吗？那么，接下来就请你在图纸上摆放设备的位置，设计浇水方案。（6分钟）4、交流方案师：下面，请这些小组进行交流。师：你用这些设备进行浇水的流程是什么？【感知人、物之间的联系】【预设】生生互动中发现存在的问题：i手机控制：如果只能控制单个洒水器，浪费时间；ii如果控制多个、或所有洒水器，浪费水且需要长时间关注；iii洒水范围固定，有些地方不能浇到水，设备重叠浇水，会浪费水。（发现新需求：需要减轻人力负担，节约水，部分区域没浇到水，种类多需要更准确的控制）调整需求，改进方案1、了解原理师：看来，我们又有了新的需求。怎样可以减轻人力负担？（土壤湿度传感器）怎样在不浪费水的前提下，还能浇到更多的区域？（小型洒水器）怎么让它们配合浇水？（出示图片：传感器、小型洒水器）是否也解决了植物种类多的问题？【预设】学生说出土壤湿度传感器控制洒水器的工作过程。（学生此时不知道控制板的作用）师：老师这里有一套设备，跟你想的一样吗？（出示视频）2、认识技术师：除了这些设备外，还需要用于数据传输和分析的控制板。（出示图片：控制板）检测土壤干湿程度的叫“传感器”，浇水设备叫做“执行器”，通过控制板连接并分析下达指令。谁能说一说它们之间是怎样传递信息的？【感知物、物之间的联系】师：人在这一过程中，可能会有哪些作用？（检查设备状态、观察植物状况，减轻人的负担）【感知物联网技术】3、改进方案师：下面，请大家修改之前的方案。（7分钟）4、交流方案师：下面，请这些小组进行交流。师：你用这些设备进行浇水的流程是什么？请你用箭头，画出它们之间信息的传递。联想需求，创造设计师：这些设备的组合，解决了我们面临的问题，我们可以称它