第3单元第1课《设计物联灌溉系统模型》教案【桂科版】《信息科技》八年级上册

第3.1课《设计物联浇灌系统模型》教学设计课题设计物联浇灌系统模型单元第三单元学科信息科技班级八班级核心素养目标信息意识：同学通过对把握系统案例分析，敏锐察觉手动把握、自动把握特性差异，强化对其在不同生活场景中应用表现的感知力量。计算思维：全面深化剖析物联浇灌系统工作流程，清楚梳理输入、计算、输出环节，精准理解其把握规律与底层技术原理。数字化学习与创新：在小组争辩中结合实际把握系统案例开放分析，乐观投身绘制流程图等实践操作，探究不同把握方式为物联浇灌带来的创新应用。信息社会责任：亲密关注把握系统平安相关案例，精准洞察潜在风险，坚固树立并切实履行保障物联浇灌系统平安、牢靠运行的责任意识。教学重点同学通过对把握系统案例分析，敏锐察觉手动把握、自动把握特性差异，强化对其在不同生活场景中应用表现的感知力量。教学难点让同学亲密关注把握系统平安相关案例，精准洞察潜在风险，坚固树立并切实履行保障物联浇灌系统平安、牢靠运行的责任意识。教学过程教学环节老师活动同学活动设计意图导入新课第3.1课设计物联浇灌系统模型学习目标：1.了解把握系统的含义。2.理解手动把握、自动把握的特点。3.通过物联网模型设计，理解浇灌的把握规律。播放视频活动背景：把握系统是具有设定目标和功能的管理系统，由把握主体、把握客体和把握媒介组成。了解活动目的了解活动背景挂念同学初步了解本课目标通过活动背景引导同学了解本课基本内容讲授新课新知讲解：一、案例分析一：日常生活中遍布各种各样的把握系统，它们为生活的智能化、便捷化供应了很大挂念比如卫生间里的感应水龙头、大厦里的感应自动门(图3-1-1)、楼道里的声控灯、酒店里的声控窗帘、稻田里的自动浇灌设备等。这些把握系统看起来功能各异，但好像又有某种共性。二、思考想一想，查一查，完成表3-1-1的填写。名称输入量 输出量传感器感应水龙头人手反射的红外信号水龙头通、断人体热释电红外传感器自动开关的窗户室外的雨水信号窗户开、关水滴传感器声控灯环境声音信号灯亮、灭声音传感器感应自动门人体反射的红外信号等门开、关 人体热释电红外传感器自动浇灌设备土壤湿度信号浇灌开启、关闭土壤湿度传感器智能空调温度自动设定室内温度信号空调制冷/制热启停温度传感器不难发觉，上述把握系统都是自动把握。它们通过人体热释电红外传感器“看”见人通过声音传感器“听”见声音、通过土壤湿度传感器“感知”土壤湿度……这些把握系统都有若干个环节，这些环节按肯定的规章组合流程。例如，声控灯先感知声音，然后判定检测到的音量是否满足条件，若满足则发送信号给电灯，由电灯来执行照明的功能。在这个声控灯系统中，其工作过程分为输入、计算、输出三个环节(图3-1-2)。任何把握系统都有输入与输出，输入与输出一一对应。小贴士：把握系统的共性把握系统具有诸多共性：一是目标导向，都围绕明确目标设计运行；二是反馈机制，通过输出与输入信息对比产生的偏差调整行为；三是动态特性，系统状态随时间及干扰变化，需动态调控；四是结构层次化，由传感器、把握器、执行器等构成。三、案例分析二壮壮家新买了一辆汽车，他发觉车窗有两种把握方式。一种是他按着特定的手动按钮对应的车窗可以上升或下降，若中途松开按钮，上升或下降的动作即停止，这种把握方式称为手动把握;另一种是当他按下自动按钮，松开手后车窗会始终上升至最高或下降至最低，这种把握方式称为自动把握(图3-1-3)。四、思考日常生活中，还有哪些手动把握和自动把握的例子?请与同学们争辩沟通。手动把握：一般台灯需手动按开关打算亮灭；手动挡汽车靠驾驶员手动换挡；传统窗帘用手拉动开合；手动风扇靠旋钮调速；手动晾衣架摇把手升降等。自动把握：智能扫地机器人自动规划清扫；自动感应洗手液机手靠近即出液；恒温热水器自动维持水温；自动门感应人体自动开关等。依据过程中是否有人工干预的状况，把握分为人工把握和自动把握。过去若干年里，人们对事物的把握大多实行人工把握(手动把握)的方式，把握过程是在人的直接干预下完成的。随着科技的进步与进展，多数把握渐渐由人工把握转变为自动把握。自动把握是指在无人直接参与的状况下，事物的变化精准地向着预设的目标进行。把握系统在生活中应用广泛，例如学校连廊里常见的热水炉(图3-1-4)，其自动控温系统利用热电阻检测温度，并通过继电器把握停、送电。当温度达到设定上限时停止送电，电热管不再加热;当温度低于设定下限时开头送电，电热管加热。小贴士：自动把握的缺点自动把握存在肯定缺陷：设计简单系统时，技术门槛高、开发成本大且周期长；系统牢靠性取决于元件质量，元件故障易致整体失效，故障排查修复困难；其机敏性欠佳，对环境变化、工况调整适应力量弱，常需重新设计。五、阅读开环把握系统与闭环把握系统只受系统输入把握，没有任何反馈回路的系统称为开环把握系统。简而言之，这一类型的把握系统不依靠于其输出，输出对系统的输入量没有任何要求。在日常生活中，大多数自动交通把握系统是基于时间的开环把握系统，即每个信号都安排有特定的时隙，该时隙的运行与交通量的多少无关;传统的洗衣机系统也是典型的开环把握系统，浸泡、洗涤、漂洗、烘干等过程都是基于时间设计的，衣服有没有洗洁净或者有没有烘干并不影响这些时间的限定;基于时间把握的面包机、电动烘手机等通常都是接受开环把握系统。闭环把握系统的输出取决于输入量，这种系统是将设定值与实际输入量进行比较以打算供应所需的输出(图3-1-5)。在干衣机系统中，机器会利用传感器来感应衣服的干燥程度，传感器还会进一步向把握器供应与干燥程度相关的反馈信息,进而打算机器工作的时间，这就是典型的闭环把握系统。空调也是典型的闭环把握系统，它将设定的温度与四周温度进行比较，在恒温器的帮助下完成温度调整。当设定的温度与室温有差值时，恒温器会打开或者关闭压缩机。六、思考生活中还有很多开环把握系统和闭环把握系统的应用实例，你都知道哪些?请和同学们争辩沟通。开环把握系统：交通信号灯按固定时间程序切换，不管车流量；一般定时器把握的电暖器按设定时长加热，不依温度反馈调整。它们都按预设程序运行，无反馈调整。闭环把握系统：汽车巡航定速系统实时监测车速并与设定值比较，自动调油门保车速稳定；智能马桶水温把握系统检测实际水温，与设定值对比后自动调整加热装置，维持水温恒定。均依靠反馈实现精准把握。七、阅读物联网温室大棚可以利用传感器采集大棚的温湿度信息，并通过MOTT将数据传送至物联网平台。物联网平台收集到土壤的湿度信息以后，如何依据该数据实现对土壤湿度的精准把握呢?依据把握的方式，可以有以下三种思路:(1)当土壤湿度小于设定的阈值时，MOTT将采集到的土壤湿度数据发送给远端物联网平台,并发送一个语音提示。管理员接收到上述消息后，可以通过物联网平台发送浇灌指令。执行器接收到浇灌指令后给土壤浇水，从而完成浇灌任务(图3-1-6)。(2)假如在土壤需要进行浇灌时,管理员没有主动或准时关注到物联网的土壤湿度数据就有可能错过浇灌的最佳时间。因此，可以将浇灌设置成自动把握的方式进行。当土壤湿度数据小于设定的阈值时，系统自动启动执行器进行浇灌(图3-1-7)。(3)手自一体化浇灌模式。在该模式下，是接受人工把握的方式还是自动把握的方式对大棚土壤进行浇灌，可以依据实际需求自由切换。八、马上行动(1)请同学们依据自动把握和手动把握的不同方式，画出手动把握和自动把握的浇灌系统流程图。(详情流程图看课件P25页)(2)设计一套基于物联网的温室大棚土壤浇灌方案，并简洁记录试验过程，填写表3-1-2。接受手动/自动把握方式实现温室大棚土壤浇灌试验目的设计并验证基于物联网的温室大棚土壤自动浇灌方案，精准把握土壤湿度，满足作物生长需求。试验器材土壤湿度传感器、MQTT模块、单片机、电磁阀、水泵、电源、温室大棚模拟装置、作物模型（或实际种植作物）。试验方法步骤1：搭建系统硬件：将土壤湿度传感器埋入大棚模拟装置土壤，连接物联网模块、把握器与浇灌执行器，接通电源。步骤2：设置参数与程序：在把握器设土壤湿度阈值（下限40%、上限60%），编写程序实现数据采集传输及把握规律，配置模块参数确保数据上传。步骤3：进行试验测试：开启系统观看数据传输，模拟土壤干燥看是否自动浇灌，监测浇灌中湿度变化，看是否达上限自动停，多次重复记录相关数据。九、课堂练习：完成课件28-29页的课堂练习题十、拓展延长：传感器技术在物联浇灌系统中，土壤湿度传感器被广泛应用。它能深化土壤，精确测量土壤的含水量，并将这些数据实时反馈给系统。例如，在农田中安装多个土壤湿度传感器，可全面了解不同区域的土壤水分状况，为精准浇灌供应精确     的信息支持。无线通信技术以ZigBee技术为例，它常用于物联浇灌系统中传感器与把握器之间的通信。传感器采集到的数据通过ZigBee模块以无线方式传输给把握器。这种技术具有低功耗、短距离、自组网等特点。自动把握技术物联浇灌系统中的自动把握技术可依据预设条件自动把握浇灌设备。比如，当土壤湿度传感器检测到土壤水分低于设定值时，自动把握系统会启动水泵和阀门，依据设定的浇灌量进行浇灌。完成案例分析一完成思考练习题补充额外学问完成案例分析二完成思考练习题补充额外学问完成阅读完成思考练习题完成阅读完成马上行动相关任务完成课堂练习介绍三种技术通过案例分析初步了解各个把握系统存在不同和共性通过思考练习题了解各个把握系统的共性让同学了解把握系统的共性通过案例分析初步了解自动把握和手动把握通过完成思考练习题，熬炼同学独立思考力量，了解手动把握和自动把握的不同让同学了解自动把握的缺点引导同学了解开环和闭环把握系统通过思考练习题让同学了解开环和闭环把握系统的区分，培育同学收集信息总结力量通过阅读引导同学思考把握方式不同的影响通过完成相关任务，