人教版（2024）八年级全一册信息科技第20课《反馈控制有算法》教案

第1页共14页人教版(2024)八年级全一册信息科技第20课《反馈控制有算法》教案第1课时：让系统“自主决策”——反馈控制算法的设计课时时长：45分钟对应教材内容：第四单元第20课20.1根据数据设计算法新课标核心素养对接：聚焦“数字思维”与“信息意识”,以物联花盆自动灌溉为载体，掌握基于数据分(一)核心素养目标数字思维：能结合物联花盆土壤湿度、光照、天气预报等数据，梳理灌溉的关键条件，能将自然语言描述的灌溉规则转化为“条件一决策”表格，初步信息意识：能说出反馈控制算法的核心要素(数据依据、判断条件、决策结果),能列举生活中2种以上反馈控制算法的应用场景(如空调温控、自动洗手液机),理解算法在物联系统中的“决策核心”作用。信息社会责任：在小组设计算法过程中，能结合植物生长需求合理设定条件阈值，培养“技术服务生活”(二)知识与技能目标1.掌握反馈控制算法的设计步骤：明确控制目标→梳理影响因素(数据依据)→设定条件阈值→制定“条件一决策”规则→优化规则逻辑。2.能基于物联花盆历史数据(前两课时可视化分析成果),确定土壤湿度的合理上下限阈值，能考虑天3.能将初步的“条件一决策”规则优化为层次清晰的逻辑结构(如先判断核心条件“土壤湿度”,再判断附加条件“天气”“光照”),能绘制简单的算法流程图。第2页共14页(三)过程与方法目标1.通过“目标拆解一条件梳理一规则制定一优化迭代”的递进式活动，掌握算法设计的基本方法，提升2.通过“小组讨论—成果展示一互评完善”的合作学习模式，提升算法方案的优化能力和团队协作能力。(四)情感态度与价值观目标1.感受算法从“模糊需求”到“清晰规则”的转化过程，体会“逻辑严谨性”在技术设计中的重要性，2.培养“用数据支撑决策”的思维习惯，在阈值设定中结合可视化分析成果，避免主观臆断，提升技术类别内容突破策略教学重点1.反馈控制算法的设计步骤及核心要素；2.基于物联花盆数据设定合理的条1.提供“算法设计步骤卡”,结合教材案例视化图表，用“平均值±标准差”法确定阈值；3.发放“规则梳理表”,引导按“核心条件→附加条件”分层记录。教学难点1.多条件叠加时的规则逻辑优化(避免条件冲突或遗漏);2.将自然语言规则转化为结构化的算法逻辑(如层次化判1.用“优先级排序法”明确条件权重，核心板”,用图形化方式梳理逻辑关系；3.开展“规则找茬”活动，通过案例辨析冲突场景。素材准备：算法设计步骤卡、规则梳理表、算法流程图模板、物联花盆湿度趋势可视化图表(每组1份，前两课时成果)、生活中反馈控制案例集(含空调、自动门等视频)、“规则冲突”案例卡片、植物适宜工具准备：多媒体课件、白板、马克笔、每组一套“条件卡片”(土壤湿度、天气、光照等)、实物投影(展示规则表和流程图)、小组任务单(明确设计目标)。第3页共14页前置任务：1.回顾前两课时物联花盆湿度数据的可视化分析结果，记录“土壤湿度的平均值、常见范围、异常值”;2.观察生活中1种自动控制设备(如空调),思考“它根据什么数据做决策?有哪些控制规则?”。教师准备：提前整理学生前置任务中的设备观察案例，筛选典型案例融入课件；制作“规则优化”微视频备用；准备不同植物的适宜湿度数据，供学生参考；培训2名“逻辑小助手”(提前掌握算法梳理方法)。(一)情境导入：系统“自主决策”靠什么?(5分钟)教学活动：教师讲解“人工给花盆浇水，反复查看湿度计”和“简易自动灌溉系统，无需人工操作自动出提问：“对比两种浇水方式，自动系统为什么能‘自己判断’何时浇水?它需要知道哪些信息才能做对决策?”(需要湿度数据、知道“干到什么程度浇”“湿到什么程度不浇”等规则)。教师小结：“自动系统的‘判断力’来自‘算法’——根据数据制定的一套决策规则。前两课时我们让数据‘可视化’,今天我们让数据‘驱动决策’——设计物联花盆的反馈控制算法。”引出本课主题。设计意图：通过“人工vs自动”的直观对比，凸显算法的核心作用，衔接前两课时的数据成果，用“数(二)核心探究一：反馈控制算法的核心——“数据→决策”的逻辑(10分钟)环节1:生活案例解析——算法的“三大要素”(6分钟):学生分享前置任务观察的自动设备案例(如空调),描述：“它根据什么数据决策?有什么规则?最终做什么动作?”教师选取“空调温控”案例，引导全班拆解：“空调的控制目标是‘保持室温稳定’,数据依据是‘当前室温’,决策规则是‘室温>设定值→制冷，室温<设定值→制热’,最终动作是‘启动压缩机’——这就是反馈控制算法的三大要素：数据依据、判断规则、执行决策。”教师展示教材概念：“物联系统中的反馈与控制是基于算法实现的，算法就是根据数据制定的一套明确的决策规则，让系统能自主做出反应。”发放“算法核心要素表”,学生填写空调案例的三要素，教师点评。环节2:物联花盆关联——我们的算法要解决什么问题?(4分钟):教师明确物联花盆的控制目标：“实现‘自动灌溉’,既不能让花干死，也不能浇水过多烂根。”引导学生讨论：“要实现这个目标，我们的算法需要哪些数据依据?”(土壤湿度、天气预报、光照强度等，结合前两课时数据)。小组认领核心数据：每组结合前置任务中的湿度可视化成果，确定“本组最关注的2个数据依据”(如土第4页共14页壤湿度+天气预报),教师汇总：“土壤湿度是核心数据，天气、光照是辅助数据，共同支撑精准决策。”设计意图：从学生熟悉的生活案例切入，拆解算法核心要素，降低抽象概念的理解难度；再关联物联花盆(三)核心探究二：算法设计实操——从“规则”到“逻辑”(25分钟)环节1:阈值设定——核心条件“定标准”(8分钟):教师引入：“算法的规则需要‘量化标准’,比如‘土壤湿到什么程度不浇水’——这就是‘阈值’。前两课时我们分析过湿度数据，现在就用数据定标准。”学生实操：每组拿出本组物联花盆湿度趋势折线图(前两课时成果),结合教师提供的“植物适宜湿度参考表”,用“平均值+常见波动范围”设定阈值：计算湿度平均值(如45%);根据植物适宜湿度，设定下限值(低于此值需浇水，如20%)和上限值(高于此值不浇水，如70%);记录阈值并说明理由：“我们设定下限20%,因为折线图中低于20%时植物叶片发蔫；上限70%,因为参考表中该植物适宜湿度不超过70%。”教师选取3组阈值展示，点评：“阈值设定不能凭感觉，要结合历史数据和实际需求，这就是‘数据驱动设计’的科学性。”环节2:规则制定——“条件→决策”列清单(10分钟):教师发放“规则梳理表”,明确任务：“以土壤湿度为核心条件，结核心条件(土壤湿度)辅助条件(天气/光照)决策结果(灌溉/不灌溉/调整阈值)>上限值(70%)无不灌溉介于上下限之间(20%-70%)天气预报下雨不灌溉天气预报不下雨灌溉光照强度大(>1200)提高下限值(如25%)<下限值(20%)无灌溉小组合作：用“条件卡片”摆放组合，讨论不同条件下的决策，填写规则表。“逻辑小助手”巡回协助，重点指导：“辅助条件要服务于核心目标，比如光照大时植物耗水快，可适当提高下限值，避免频繁浇水。”小组展示规则表，其他小组提问：“如果湿度介于上下限，天气预报阴天且光照小，你们怎么决策?”展环节3:规则优化——逻辑“变清晰”(7分钟):教师提出问题：“刚才的规则表中，‘介于上下限之间’的情况有3种，直接罗列容易混乱，能不能按‘先核心后辅助’的顺序优化?”发放“算法流程图模板”(含开始、判断、决策、结束等图形)。教师演示优化逻辑：“第一步：判断核心条件‘土壤湿度>上限?’→是→不灌溉；否→第二步：判断第5页共14页‘土壤湿度<下限?’→是→灌溉；否→第三步：判断辅助条件‘天气/光照’→对应决策。”用流程图学生分组优化：将本组规则表转化为流程图，用不同颜色标注“核心条件”和“辅助条件”。完成后，小组间交换流程图“找茬”:“有没有遗漏的条件?逻辑顺序是否合理?”教师小结：“算法优化的核心是‘逻辑分层’——先判断最关键的条件，再逐步细化辅助条件，这样既避免冲突，又清晰易懂，为后续写代码打下基础。”设计意图：从“阈值量化”到“规则罗列”再到“逻辑优化”,层层递进落实算法设计步骤；用“条件卡(四)核心探究三：算法与数据的关联——可视化成果的“再利用”(3分钟)教学活动：教师引导回顾：“我们设定的湿度阈值(20%-70%),不是凭空想的，而是来自前两课时的湿度趋势图——平均值45%,常见范围20%-70%,异常值低于15%或高于80%。这说明什么?”(算法的条件来自数据分析，数据越准确，算法越科学)。学生翻看本组的湿度可视化图表，确认阈值的合理性，若有设计意图：强化“数据→算法”的逻辑关联，让学生体会可视化成果的实用价值，避免算法设计的主观性，(五)课堂小结+作业布置(2分钟)小结：算法设计“三步法”:师生共同梳理：“1.定阈值(用数据量化标准);2.列规则(条件→决策);3.优逻辑(分层梳理，画流程图)”,强调：“算法的核心是‘用数据说话，用逻辑落地’,让系统的决策有依据、不混乱。”基础作业：1.完善本组的“规则表”和“流程图”,在流程图上标注数据来源(如“湿度数据来自传感器”);2.用自己的话描述算法流程，录制1分钟讲解视频。拓展作业：1.为算法增加1个新条件(如“温度>30℃时降低上限值”),补充规则表和流程图；2.调查家中另一种自动设备(如自动洗衣机),尝试绘制它的简易算法流程图。预习作业：阅读教材20.2内容，思考“算法写出来就是代码，如何让代码控制水泵浇水?”,记录不理解的术语(如“执行器”“引脚”)。设计意图：基础作业巩固算法设计成果，拓展作业提升逻辑迁移能力，预习作业为下节课“代码实现”和第6页共14页第1课时：让系统“自主决策”——反馈控制算法的设计一、核心问题：算法怎么设计?逻辑怎么梳理?1.数据依据：土壤湿度(核心)、天气、光照(辅助)2.判断规则：条件→决策(如湿度<下限→灌溉)三、算法设计三步法1.定阈值：用可视化数据量化(如20%-70%)2.列规则：填“条件一决策”表(核心→辅助)3.优逻辑：画流程图(分层判断，避冲突)第2课时：让系统“动手行动”——执行器控制与系统整合第7页共14页年级：八年级课时主题：让系统“动手行动”——执行器控制与系统整合课时时长：45分钟对应教材内容：第四单元第20课20.2控制执行器、20.3对系统进行整合、20.4探索功能扩展新课标核心素养对接：聚焦“实践创新”与“工程思维”,以物联花盆自动灌溉系统实现为载体，掌握执行器控制的代码编写和硬件连接方法，能完成系统整合与测试，培养“设(一)核心素养目标实践创新：能根据算法流程图编写简单的分支结构代码，能独立连接水泵(执行器)与主控板，能通过代码控制水泵启停；能完成传感器、执行器、主控板的硬件整合，实现“数据采集一算法决策一执行动作”工程思维：能识别系统整合中的常见问题(如硬件接线错误、代码逻辑漏洞),能通过“硬件检查一代码调试一动态测试”的流程排查问题；能提出1-2种系统功能扩展方案(如报警、手动控制),培养系统优信息社会责任：在硬件连接中养成“断电操作、规范接线”的安全习惯；在小组协作整合系统时，能分工配合(如接线、写代码、测试),培养团队协作中的工程素养。(二)知识与技能目标1.掌握执行器控制的核心知识：知道执行器是“算法决策的执行者”,能区分传感器(输入设备)与执行器(输出设备);掌握水泵与主控板的连接方法(如连接电机接口M1)。2.掌握控制执行器的代码编写：能在分支结构中添加执行器控制代码(如M1.speed(100)启动水泵，time.sleep(5)控制时长),能解决简单的代码逻辑问题(如顺序错误)。3.掌握系统整合的步骤：硬件连接(传感器、执行器、主控板)→软件整合(数据采集代码+算法决策代码+执行器控制代码)→系统测试(硬件检查、网络测试、动态测试)。(三)过程与方法目标1.通过“硬件连接一代码编写一系统整合一问题调试”的任务驱动流程，掌握执行器控制和系统整合的2.通过“小组分工—成果展示一问题复盘”的合作模式，提升系统整合的团队协作能力和工程复盘能力。第8页共14页(四)情感态度与价值观目标1.感受从“算法设计”到“系统落地”的完整过程，体会“理论指导实践”的技术价值，增强技术创新2.培养“严谨细致”的工程习惯，在硬件连接中关注接线规范，在代码编写中注重逻辑严谨，在测试中类别内容突破策略教学重点1.水泵与主控板的正确连接；2.执行器控制代码的编写与整合；3.系统整合的步骤与基础测试。1.提供“硬件接线示意图”(彩色标注正负极的关键部分);3.设计“整合步骤卡”,明确教学难点1.系统整合中的问题排查(如水泵不转是接线还是代码问题);2.代码逻辑与执行器动作的精准匹配(如“灌溉5秒”的时间控制)。1.提供“问题排查流程图”(先查硬件再查软件);2.采用“分段测试法”(先测试数据采集、再测试算法决策、最后测试执行动作);3.培训“硬件小师傅”和“代码小师傅”协助排查。素材准备：硬件接线示意图、执行器控制代码模板、系统整合步骤卡、问题排查流程图、系统测试清单(含硬件、网络、动态测试项)、功能扩展方案参考表、优秀系统案例视频。工具准备：多媒体课件、白板、马克笔、每组一套硬件(主控板、土壤湿度传感器、水泵、杜邦线、电源)、编程软件(如Mind+)、实物投影(演示接线和代码)、万用表(检测线路通断)、绝缘胶带(固定接线)、小组分工表(接线员、程序员、测试员)。前置任务：1.回顾第1课时绘制的算法流程图，用自然语言写出“代码执行步骤”(如“第一步：读取湿度数据”);2.观看“主控板接线安全操作”视频，记录3个安全要点(如“断电接线”);3.提前在电教师准备：提前调试每组硬件，确保主控板、水泵、传感器能正常工作；制作“接线+代码”分步演示视频；准备备用硬件(如额外的水泵、杜邦线);划分“硬件调试区”和“代码调试区”,配备应急工具；培训4名“小师傅”(2名硬件、2名代码)。第9页共14页(一)回顾导入：算法“怎么落地”?(5分钟)教学活动：教师回顾旧知：“上节课我们为物联花盆设计了自动灌溉算法，绘制了流程图，明确了‘湿度<20%→灌溉’等规则。但算法只是‘想法’,怎么让水泵真的转起来?这就需要两个关键步骤：一是让‘执行者’(水泵)和主控板配合，二是把算法变成代码‘指挥’它们。今天我们就完成这两件事：先控制执行器，再整合整个系统，让自动灌溉真正实现。”展示本节课目标：“1.硬件连接(执行器+主控板);2.代码编写(算法转代码);3.系统整合与测试。”设计意图：用“想法→落地”的逻辑衔接旧知和新知，明确本节课的实操核心是“执行器控制”和“系统整合”,结合学生对“水泵转动”的期待激发学习动力。(二)核心探究一：硬件连接——执行器“接对路”(10分钟)环节1:执行器认知——谁来“动手”?(2分钟):教师展示硬件：主控板、水泵、传感器，提问：“上节课我们用传感器采集湿度数据，它是‘输入设备'——给系统送信息；水泵要执行灌溉动作，它是什么设备?”(输出设备)。教师讲解教材概念：“执行器是物联系统的‘输出模块’,是反馈控制的载体，负责把算法决策变成实际动作，比如水泵灌溉、指示灯亮、蜂鸣器报警。”学生快速分类：“小组桌上的硬件中，哪些是输入设备?哪些是执行器?”(传感器是输入，水泵是执行器),教师确认。环节2:水泵接线——安全“接到位”(8分钟):教师强调安全准则：“接线前必须断电!接完后请‘小师傅’检查，确认无误再通电!”发放“硬件接线示意图”,用实物投影演示：第一步：识别水泵接口——水泵有正负极(红色线为正极，黑色线为负极);第二步：连接主控板电机接口——将水泵正极接M1接口的“+”,负极接M1接口的“一”(示意图中标注位置);学生分组接线：按“接线员→小师傅检查→教师复检”的流程操作，接线员佩戴绝缘手套，“硬件小师傅”水泵正负极是否接反(接反会导致不转或烧毁);传感器引脚是否接对(VCC接5V,避免接3.3V导致供电不足)。第10页共14页通电测试：复检通过的小组，接通主控板电源，教师发放“简易测试代码”(仅控制水泵转3秒),运行后观察水泵是否转动，若不转，由“小师傅”协助排查(如接线松动、电源电压不足)。设计意图：先明确执行器的角色，再强调安全准则，用“示意图+分步演示”降低接线难度，通过“三级(三)核心探究二：代码编写——算法“变指令”(15分钟)环节1:代码框架搭建——算法“转结构”(5分钟):教师引导：“我们的算法是‘先判断湿度，再决策动作’,对应代码中的‘分支结构’(如果…就…否则…)。”打开编程软件，演示搭建框架：第一步：初始化——在“启动时”代码块中，设置传感器引脚(如A0)为“模拟输入”,M1接口为“电第二步：循环执行——拖拽“重复执行”代码块，将后续判断和动作代码放入其中(确保系统持续工作);第三步：读取数据——在循环中添加“读取A0引脚模拟值”代码块，命名为“湿度值”(对应传感器数学生分组搭建框架，“代码小师傅”协助检查：“是否正确选择了引脚?循环结构是否包含所有核心代码?”教师强调：“初始化和循环是系统持续工作的基础，缺一不可。”环节2:决策与执行代码——规则“变指令”(7分钟):教师发放“代码模板”,结合上节课的算法流程图，演示编写核心逻辑：#读取湿度值(0-1023,对应实际湿度反向，值越小越湿)#转换为上节课设定的阈值(20%对应数值800,70%对应数值300)ifhum>800:#对应湿度<20%motorRun(M1,100)#水泵以100%速度启动delay(5000)#持续5秒elifhum<300:#对应湿度>70%oledPrint("不灌溉")#显示屏显示else:#介于上下限之间#读取天气预报数据(简化为读取D2引脚高低电平模拟)iftq==0:#模拟有雨else:#模拟无雨第11页共14页教师重点讲解：“湿度值的转换是关键——传感器输出的0-1023数值和实际湿度是反向的，我们要根据上节课的阈值对应转换；motorRun(M1,100)是启动水泵，delay(5000)控制灌溉时长，这两个代码块要配合使用。”学生分组编写代码：结合本组的算法流程图，修改模板中的阈值(如有的组下限设为25%,对应数值750)和灌溉时长，“代码小师傅”巡回指导，重点解决：阈值转换错误：引导对照“传感器数值-实际湿度对照表”调整；代码顺序错误：如“启动水泵”后忘记“停止”,导致持续运转。学生按“三段测试法”调试：测试数据读取：单独运行“读取湿度值”代码，用手捏传感器探头模拟干湿，观察数值是否变化；测试执行动作：完整运行代码，模拟低湿度场景，观察水泵是否启动并按时停止。测试通过的小组举手示意，教师记录，未通过的小组由“小师傅”协助排查问题。设计意图：从“框架搭建”到“核心代码”再到“分段测试”,层层递进落实代码编写步骤；用“代码模板”和“小师傅协助”降低难度，分段测试确保代码逻辑正确，避免后续整合时问题叠加。(四)核心探究三：系统整合与测试——“闭环”真实现(13分钟)串联起来，形成闭环。整合时要注意：硬件接线牢固，代码包含所有模块，电源供电稳定。”发放“系统整合步骤卡”。学生分组整合：硬件检查：重新确认传感器、水泵接线，用胶带固定松动的杜邦线；软件整合：将“数据采集”“显示屏显示”“执行器控制”代码块整合到同一个“重复执行”结构中；电源连接：确保主控板供电充足(若使用电池，更换新电池)。“硬件小师傅”和“代码小师傅”联合巡查，协助各组解决整合中的问题(如整合后传感器数值异常，可第12页共14页能是接线松动)。环节2:系统测试——“实战”验效果(6分钟):教师发放“系统测试清单”,明确测试项目和标准：测试项目通电后观察指示灯显示屏显示湿度值随干湿变化1.模拟低湿度(捏干探头)2.模拟高湿度(沾水)1.低湿度时水泵启动5秒2.高湿度时显示“不灌溉”学生分组测试：按清单逐项测试，记录测试结果，遇到问题时对照“问题排查流程图”排查：“水泵不转→先查接线(是否松动)→再查代码(是否有启动指令)→最后查电源(是否供电)”。环节3:成果展示——闭环“秀出来”(2分钟):选取2组测试合格的小组展示：“模拟土壤干燥(捏干探头)→显示屏显示‘湿度低，灌溉’→水泵启动5秒后停止→显示屏显示‘灌溉完成’”。展示组讲解：“我们整合时遇到的问题是水泵转不停，后来发现是代码中忘记加‘停止’指令，修改后就好