《跨学科活动：制作自控植物园》教案-2025-2026学年湘教版（新教材）小学信息技术六年级下册

《跨学科活动：制作自控植物园》教案-2025-2026学年湘教版（新教材）小学信息技术六年级下册一、学情分析六年级学生已掌握"系统""控制""反馈"等基本概念，具备简单流程图分析与图形化编程基础，对实践活动兴趣浓厚。学生有植物种植的生活经验，了解植物生长需要水、阳光、适宜温度，但对"自动控制"与"植物生长"的结合认知不足。他们动手能力较强，但跨学科整合（信息科技+科学+劳动）、系统设计与问题解决能力有待提升，小组合作中需要明确分工、有效协作。二、教材分析本课是第一单元《现实世界中的系统》第四课，为单元跨学科实践活动课，是对前三课系统、控制知识的综合应用。教材以"制作自控植物园"为项目载体，融合信息科技（控制系统设计、传感器应用、编程实现）、科学（植物生长条件、环境监测）、劳动（动手搭建、植物养护）多学科知识。教材通过"需求分析—方案设计—硬件搭建—编程实现—测试优化"五步流程，引导学生完整经历项目式学习过程。教材注重实践与创新，强调"用控制技术解决生活问题"，培养计算思维、数字化实践能力与跨学科素养，是单元知识的落地与升华。三、核心素养目标信息意识能分析自控植物园的控制需求，识别所需数据（土壤湿度、光照、温度）与信息来源（传感器）。理解自控系统中"数据采集—信息处理—指令执行"的信息流动过程，形成"数据驱动自动控制"的意识。计算思维能将自控植物园分解为"感知层（传感器）、控制层（主控板）、执行层（水泵、风扇）"子系统，梳理各部分功能。学会设计自控植物园控制逻辑（如土壤湿度过低→自动浇水），用流程图绘制完整控制流程。能根据测试结果优化控制参数（如浇水时长、湿度阈值），提升系统控制精准度。数字化学习与创新掌握土壤湿度传感器、主控板、水泵等硬件的连接方法，完成自控植物园模型搭建。能用图形化编程软件实现自动浇水、光照监测等控制功能，调试并优化程序。小组合作完成项目，能结合植物特性创新设计（如添加温度报警、自动通风）。信息社会责任体会信息技术与科学、劳动教育的融合价值，培养动手实践与劳动意识。树立"绿色环保""智慧生活"理念，感受科技对生态保护、生活便利的作用。遵守实践操作规范，爱护实验器材，培养安全、负责的科技实践态度。四、教学重难点教学重点理解自控植物园的系统组成与控制原理。掌握传感器、主控板、执行器的硬件连接与图形化编程实现。完成自控植物园搭建、测试与优化，实现自动浇水核心功能。教学难点跨学科整合知识，设计科学合理的自控植物园控制方案。解决硬件连接、程序调试中的实际问题，优化系统稳定性。五、教学准备硬件器材：主控板、土壤湿度传感器、光线传感器、微型水泵、风扇、导线、植物盆栽、种植土、电源。软件工具：mPythn图形化编程软件、编程模板、课件（含系统示意图、连接教程、程序案例）。学习材料：任务单、项目设计表、流程图模板、小组评价量表、科学植物生长资料。六、教学过程情境导入：问题驱动，明确项目教师活动：呈现生活场景：展示"假期植物干枯""无人浇水枯萎"的图片，提问："我们喜欢种植植物，但经常忘记浇水或外出无法照料，怎么解决这个问题？"互动交流：引导学生提出解决方案（定时浇水、请人帮忙、自动装置）。引出课题："今天我们就用学过的控制系统知识，制作一个自控植物园，让植物实现'自动喝水、智能生长'！"明确项目目标：设计并制作能自动监测土壤湿度、自动浇水的自控植物园，可拓展光照、温度控制功能。学生活动：观察图片，联系生活痛点，思考解决方案。自由发言，分享自己照顾植物的经历与遇到的问题。明确项目任务，激发实践兴趣与挑战欲。设计意图：从生活问题出发，引发学生共鸣，自然引出跨学科实践项目，明确学习目标，激发探究与实践动力。新知探究：自控植物园——系统与原理教师活动：讲解核心概念：自控植物园是一个闭环控制系统，由三大部分组成：感知层（输入）：传感器（土壤湿度传感器、光线传感器）→采集环境数据。控制层（处理）：主控板（大脑）→分析数据，判断是否执行动作。执行层（输出）：水泵（浇水）、风扇（通风）→执行控制指令。结合教材示意图，讲解核心控制逻辑（自动浇水）：土壤湿度传感器检测湿度→数据传给主控板。主控板对比预设阈值（如湿度<30%为缺水）。湿度<30%→启动水泵浇水；湿度≥30%→水泵停止。传感器持续检测，形成闭环反馈。跨学科融合：结合科学知识，讲解植物生长三要素（水分、光照、温度），明确自控植物园需监测的关键指标。师问生答：师："自控植物园和航天器控制系统有什么相同点？"生："都有感知、控制、执行""都有反馈""都是闭环系统"。师："没错！复杂系统控制的原理是相通的，都是'感知—处理—执行—反馈'。"学生活动：聆听讲解，结合示意图理解自控植物园系统组成与控制原理。联系上节课知识，对比航天器控制与自控植物园控制的共同点。小组讨论：结合科学知识，补充自控植物园可增加的功能（如光照不足补光、温度过高通风）。完成任务单：填写"自控植物园系统组成表"（部分、功能、作用）。设计意图：衔接上节课知识，降低新知学习难度，融合科学学科知识，帮助学生构建完整的项目认知，明确系统设计思路。方案设计：我的智慧植物园——规划与绘图教师活动：布置设计任务：小组合作完成《自控植物园设计方案》，包含三部分：需求分析：明确植物园功能（核心：自动浇水；拓展：光照监测、自动通风）。系统设计：绘制硬件连接示意图、控制流程图（标注传感器、主控板、执行器）。材料清单：列出所需硬件、植物、工具。提供模板：展示教材设计案例、流程图模板、连接示意图模板。指导要点：控制逻辑要简单清晰，优先实现核心功能。硬件连接要安全规范，传感器与执行器对应正确。结合植物特性（如多肉少浇水、绿萝喜湿润）设定阈值。巡视指导：参与小组讨论，解答设计疑问，引导优化方案。学生活动：小组合作（4人一组），分工：设计师、绘图员、记录员、发言人。讨论需求：确定本组植物园功能（基础+拓展）。绘制方案：完成硬件连接图、控制流程图，填写设计表。方案交流：小组间互相展示方案，提出修改建议。优化完善：根据建议修改方案，形成最终设计。设计意图：通过项目式设计，培养学生系统规划、逻辑表达与合作能力，落实计算思维与跨学科素养，为实践搭建做准备。实践操作：动手搭建——硬件连接与编程实现教师活动：讲解硬件安全规范：轻拿轻放器材、正确连接导线（正负极不接反）、通电前检查线路。分步演示（结合教材操作步骤）：步骤1：硬件搭建连接传感器：将土壤湿度传感器接主控板模拟口。连接执行器：水泵、风扇接主控板数字口。固定装置：将传感器插入土壤，水泵水管放入植物花盆，固定主控板。

步骤2：图形化编程打开mPythn软件，加载编程模板。编写核心程序：初始化传感器与执行器。循环检测土壤湿度值。条件判断：湿度<30%→启动水泵5秒；否则停止水泵。拓展：添加光线传感器，光照<500→亮LED补光。下载程序到主控板。巡视指导：帮助学生解决连接错误、程序调试问题，提醒安全操作。问题提示："如果水泵不工作，先检查线路还是程序？""湿度阈值怎么调整更适合植物？"学生活动：领取器材，对照设计方案进行硬件连接，小组互相检查线路。打开编程软件，参考模板编写程序，实现自动浇水核心功能。下载程序，通电测试：观察传感器数据、执行器动作，记录问题。问题解决：小组合作排查故障（线路松动、程序逻辑错误），反复调试。拓展优化：完成基础功能后，尝试添加光照、温度控制功能。设计意图：通过动手实践，将设计转化为实物，培养操作能力、问题解决能力与数字化实践能力，突破教学重难点。测试优化：智慧植物园——调试与完善教师活动：布置测试任务：对自控植物园进行功能测试，填写《测试记录表》：测试1：土壤干燥时，是否自动浇水？浇水时长是否合适？测试2：土壤湿润时，水泵是否停止？测试3：拓展功能（光照、通风）是否正常？引导优化：功能优化：调整湿度阈值、浇水时长，适配植物需求。稳定性优化：固定松动线路，优化程序逻辑（增加防误触发）。外观优化：整理器材，美化植物园布局。小组展示：组织"智慧植物园成果展"，每组演示功能、讲解设计思路。评价交流：结合小组评价量表，从"功能实现、系统设计、合作创新、操作规范"四方面评价。学生活动：小组测试：反复测试植物园功能，记录测试结果与问题。优化改进：针对问题调整参数、修改程序、完善硬件。成果展示：上台演示自控植物园，讲解系统组成、控制逻辑与创新点。互评学习：观看其他小组展示，学习优点，提出建议。设计意图：通过测试优化，培养严谨的科学态度与精益求精的精神，通过展示评价提升表达能力，促进互相学习。跨学科拓展：科技赋能生态——创新与应用教师活动：拓展延伸：自控植物园是小型智慧农业模型，结合教材内容讲解智慧农业应用：大棚自动控制：自动浇水、施肥、控温，提高农作物产量。家庭园艺：智能花架、自动种植箱，让种植更简单。生态保护：沙漠绿化自动灌溉系统，助力生态修复。跨学科讨论：师："从科学角度，自控植物园对植物生长有什么好处？"生："水分适宜、生长稳定、减少病虫害"。师："从劳动角度，我们制作、养护植物园，体会到什么？"生："劳动的快乐、责任、科技让劳动更轻松"。创新思考："如果让你改进自控植物园，你会加什么新功能？"学生活动：了解智慧农业知识，感受控制技术在农业、生态中的应用价值。跨学科交流：结合科学、劳动知识，分享自控植物园的意义。畅想创新：提出"手机远程控制""自动施肥""生长数据记录"等创意。记录拓展内容，完善项目学习手册。设计意图：拓展项目应用场景，深化跨学科融合，激发创