小学六年级劳动“新技术体验与应用”任务群教案

小学六年级劳动“新技术体验与应用”任务群教案

智浇小农场——基于物联网的智能浇水系统设计制作（小学六年级劳动）一、课题与课时安排课题：智浇小农场——基于物联网的智能浇水系统设计制作课时安排：共3课时，每课时40分钟。第1课时聚焦“探秘智能浇水”，建立认知并完成方案设计；第2课时聚焦“动手制作与调试”，完成硬件搭建和系统调试；第3课时聚焦“测试优化与展示交流”，完成测试迭代并开展成果展示与评价反思。二、教学内容分析本课选自《义务教育劳动课程标准（2022年版）》任务群7“新技术体验与应用”，属于小学六年级下学期劳动课程生产劳动领域的重要内容。随着数字经济和人工智能技术的快速发展，2025年8月，国务院发布了《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》，明确要求以“人工智能+”推进各领域深度融合，教育数字化转型正加速落地-。与此同时，教育部等九部门明确提出要推动人工智能与教育教学深度融合，鼓励将人工智能教育纳入课后服务和研学实践，统筹信息科技、综合实践活动、劳动等课程一体化实施-。在此背景下，将物联网技术与传统种植劳动相结合，既是落实课程改革新要求的必然选择，也是培养学生数字素养和创新能力的有效途径。本课选取“自动浇水系统”作为教学载体，引导学生从“看天浇水”的传统经验模式，走向“传感器判断墒情、系统自动执行”的智能管理路径，建立对“智慧农业”的基本认知框架-46。教学内容涵盖土壤湿度传感器的原理认知、物联网架构的基本理解、系统方案的规划设计、硬件的搭建组装、程序阈值的设定调试以及系统效果的评价反馈等关键环节，体现了劳动课程与技术、科学、数学、信息科技等学科的深度融合。本课在教材体系中处于劳动教育模块中“新技术体验与应用”任务群的收束位置，既是前期种植劳动经验的升华，也为后续开展更复杂的智慧农场项目奠定基础。学生需要综合运用在信息科技课程中学习的“控制系统计算与反馈”知识、在科学课程中积累的“植物生长条件”认知、在数学课程中掌握的“数据分析”方法，以真实任务驱动实现跨学科知识的整合应用。三、学情分析认知基础：六年级学生（约11—12岁）经过小学阶段的学习，已经具备一定的劳动实践经验和动手操作能力。在信息科技方面，学生已有控制系统计算与反馈等知识积累，具备初步的算法设计和编程思维能力-56。在科学方面，学生已经学习了植物的生长条件和基本需求，了解水分对植物生长的重要性。在数学方面，学生能够进行基础的数据读取、比较和简单分析。能力特征：六年级学生正处于从具象思维向抽象思维过渡的关键期，好奇心强、动手意愿高，对科技类劳动项目有浓厚兴趣。学生的团队协作能力和问题解决意识显著增强，能够在小组成员之间进行合理分工和有效沟通。但学生在系统集成思维和调试纠错能力方面相对薄弱，需要教师提供适当的学习支架和方法指导。情感态度：通过前期的种植劳动体验，学生已经建立了对植物养护的基本认知和劳动情感。本课引入的智能科技元素能够进一步激发学生的探究热情和创新意识，符合《劳动课程标准》中“注重手脑并用、做中学用中学创中学”的理念要求。四、教学目标劳动观念维度：通过体验智能浇水系统的设计制作，认识新技术在传统劳动中的革新作用，树立“科技改变劳动、创新服务生活”的现代劳动观念，培养尊重科技、热爱劳动的情感态度。

劳动能力维度：能够正确识别土壤湿度传感器、水泵、控制板等硬件的功能与连接方式，理解“传感器获取数据—控制器判断决策—执行器输出动作”的系统工作流程，能够合作完成简易智能浇水系统的搭建与调试。

劳动习惯和品质维度：养成规范操作、安全用电的劳动习惯，在系统调试中培养认真严谨、精益求精的工匠精神，在小组协作中锻炼主动沟通、乐于分享的合作品质。

劳动精神维度：在“发现问题—设计方案—动手制作—测试改进”的完整劳动过程中，培养敢于尝试、勇于创新的劳动精神，初步建立用技术手段解决实际问题的创新意识和实践勇气。

五、教学重难点教学重点：理解并掌握智能浇水系统的基本工作流程（传感器感知—控制器判断—执行器动作），能够完成简易系统的搭建与阈值设定。教学难点：阈值设定的原理理解和实际操作——理解土壤湿度阈值是系统“发号施令的临界点”，能够根据植物需求合理设定启动阈值并进行调试优化-。六、教学方法与手段项目式学习法：以“为班级绿植设计一个智能浇水系统”为真实驱动任务，引导学生在完成项目的过程中建构知识、形成能力。

任务驱动教学法：将项目分解为“任务一：认知原理”“任务二：设计方案”“任务三：动手制作”“任务四：调试优化”“任务五：展示交流”五个子任务，层层递进。

小组合作探究法：4人一组，设“硬件工程师”“软件工程师”“测试专员”“记录员”等角色，各司其职、协同推进。

问题链引导法：通过递进式问题激发深度思考（如“植物什么时候最需要浇水？”“如何让机器自动判断浇水时机？”“阈值设置过高的后果是什么？”等）。

信息化辅助手段：运用微视频展示智能灌溉前沿应用，借助虚拟仿真平台帮助学生理解传感器阈值与水泵启动的逻辑关系-。

七、教学准备教师准备：土壤湿度传感器模块、水泵（或微型潜水泵）、ArduinoUno控制板（或micro:bit等开源硬件）、继电器模块、水管及连接配件、电源（电池盒或USB供电）、盛水容器、花盆及种植土、绿植（如绿萝、吊兰等），微视频《智慧农业的“神经网”》、教学课件、学生工作单、评价量表。

学生准备：课前观察记录班级绿植一周的浇水频率和生长状态，思考“如何让浇水更智能”这一问题，准备笔记本记录观察数据。

八、教学过程第1课时探秘智能浇水——认知原理与方案设计（一）情境导入：从“两脚泥”到“指尖控”教师展示两段对比图片：一段是传统农田灌溉中农民在泥水里奔波浇水的场景，另一段是手机App远程控制智能灌溉的现代化农业画面。随后播放微视频《智慧农业的“神经网”》片段（时长约2分钟），视频展示了土壤墒情监测系统如何24小时不间断采集水分、温度等关键数据，并通过物联网技术实时上传至云平台，为灌溉决策提供科学依据的完整过程-33。教师提问：同学们看了这两组图片和视频，有什么感受？传统浇水方式存在哪些问题？智能浇水系统是如何解决这些问题的？引导学生从“劳动效率”“水资源利用”“人力负担”等角度展开讨论。学生讨论后归纳：传统浇水“费时费力、水资源浪费、时机难把握”；智能浇水“精准判断、自动执行、省时省力”。教师揭示本课驱动任务：我们班的绿植也需要浇水养护，但周末和假期常常没人照顾。今天我们就一起来当“小小农业工程师”，为班级绿植设计并制作一套智能浇水系统！（二）新知探究：走近智能浇水系统了解智慧农业中的智能灌溉

教师介绍：在当今的现代农业中，智能灌溉技术已经广泛应用。在山东青岛，智慧农田实现了手机一键指令自动灌溉，节水30%、节肥20%、增产10%以上-33。在北京密云，六年级小学生自主研发了山地智能分层灌溉系统，利用山地自然高差实现重力自流取水，搭配土壤湿度传感器与物联网技术，让果农通过手机就能远程操控，节水率超过40%，节省人工60%-65。这些案例告诉我们，新技术正在深刻改变传统的劳动方式。认识核心硬件——传感器与执行器

教师出示实物：土壤湿度传感器、水泵、控制板。“土壤湿度传感器是系统的‘感知末梢’，就像植物的‘口渴探测器’。当土壤缺水时，传感器输出的数值会变小；当土壤湿润时，数值会变大。”教师边展示边讲解，让学生触摸传感器探头感受其构造。教师演示土壤湿度传感器在不同湿度土壤中的数值变化（可连接电脑用串口监视器实时显示），让学生直观感受“湿土数值高、干土数值低”的变化规律。理解系统工作流程

教师以流程图方式呈现智能浇水系统的工作逻辑：土壤湿度传感器采集数据→控制板读取数据并与设定阈值比较→若湿度低于阈值则控制继电器闭合→水泵启动浇水→湿度上升后超过阈值→水泵停止。引导学生用自己的话复述这个“感知—判断—执行”的闭环流程。强调阈值是系统“发号施令的临界点”，理解阈值设定的重要性-。认识物联网的拓展功能

教师简要介绍物联网（IoT）的概念：当我们的系统接入网络后，就可以实现远程监控和控制。学生通过手机App就能查看实时土壤湿度数据，远程启动或关闭浇水，甚至通过大数据分析优化灌溉策略。（三）方案设计：绘制系统蓝图明确设计需求

师生共同梳理设计需求：系统需要自动检测土壤湿度、自动判断是否需要浇水、自动执行浇水动作，同时要安全可靠、易于操作、成本可控。小组合作绘制设计方案

每组4人，角色分工如下：硬件工程师（负责硬件选型和连接方案）、软件工程师（负责阈值设定方案）、测试专员（负责制定测试计划）、记录员（负责填写工作单）。各小组在教师发放的工作单上绘制系统设计草图，标注各部件名称和连接关系，并填写“部件清单”“阈值初设值”“可能遇到的问题及对策”等内容。教师巡回指导，重点关注方案的可操作性和安全性。（四）交流分享与小结邀请2—3个小组分享设计方案，其他小组进行补充和建议。教师对方案的亮点给予肯定，对共性问题（如电源安全、防水措施、水泵位置等）进行统一提示。教师小结：今天我们认识了智能浇水系统的工作原理，也完成了设计方案。下节课我们将把设计方案变成真实的系统，期待大家的精彩表现！布置课后任务：各小组根据设计方案，准备所需的材料和工具，思考“如何防止水箱缺水”“如何确保水泵防水”等问题。第2课时动手制作与调试——搭建硬件与设定阈值（一）回顾导入教师提问：上节课我们认识了智能浇水系统的哪些部件？系统是如何工作的？什么是阈值？引导学生快速回顾核心知识点。教师展示1—2个小组的课后思考成果，对学生的问题意识给予肯定。（二）硬件搭建指导安全操作规范讲解

教师强调以下几点安全规范：电源连接必须在教师指导下进行；不得带电插拔传感器模块；水泵工作时避免触碰水体和转动部件；搭建完成后检查所有连接是否牢固。硬件搭建步骤演示

教师分步演示硬件搭建过程：第一步：将土壤湿度传感器连接到控制板的模拟输入端口；第二步：通过继电器模块连接水泵和控制板（继电器起“开关”作用）；第三步：将水泵放入盛水容器中，水管引至花盆上方；第四步：将土壤湿度传感器探头插入花盆土壤中（约2—3厘米深度）；第五步：连接电源，检查指示灯状态。各小组动手搭建

学生以小组为单位按照设计方案进行硬件搭建。教师巡回指导，重点关注传感器连接是否正确、继电器接线是否牢固、水泵水管是否通畅等关键环节。对有困难的小组提供必要的技术支持。（三）程序编写与阈值设定程序逻辑讲解

教师通过PPT展示核心代码逻辑（以Arduino平台为例）：（1）定义传感器引脚和水泵控制引脚；（2）在setup函数中初始化串口通信和引脚模式；（3）在loop函数中读取土壤湿度数值；（4）将读取值与设定阈值比较；（5）若低于阈值则启动水泵，否则关闭水泵；（6）延时等待后继续检测。教师逐行讲解代码的含义，重点解释“if语句判断阈值”的逻辑。对于编程基础薄弱的小组，教师可提供半成品代码供学生填写阈值参数。阈值调试体验

教师引导学生分组尝试设定不同阈值（如30%、50%、70%）并观察系统反应。学生记录不同阈值下水泵启动时机和浇水时长的差异，填写调试记录表。教师提问：阈值设置过高会怎样？阈值设置过低呢？引导学生理解阈值与植物需求、浇水频率之间的平衡关系。小组讨论后归纳：阈值过高会导致频繁浇水、浪费水资源甚至烂根；阈值过低会导致植物长时间缺水、影响生长。合理阈值应根据植物种类、季节变化和土壤保水能力综合确定。（四）系统联调与初步测试各小组完成硬件搭建和程序写入后，进行系统联调测试。测试步骤：将传感器插入干燥土壤中观察水泵是否启动；向土壤中少量加水观察水泵是否停止；记录系统响应时间。教师组织小组间互相观摩，发现问题的及时记录并尝试解决。常见问题包括传感器读数不稳定、水泵不启动、水管堵塞等，鼓励学生自主排查原因并寻找解决方案。（五）小结与布置任务教师对各小组的搭建和调试情况进行点评，肯定成功之处，对共性问题进行集中分析。布置课后任务：各小组继续优化系统，准备下节课的测试优化和成果展示，思考“如何让系统更节能”“如何实现远程监控”等拓展问题。第3课时测试优化与展示交流——迭代改进与成果分享（一）系统测试与数据记录设置测试情境

教师要求各小组将系统安装在班级绿植旁边，进行为期15—20分钟的连续运行测试。学生每隔2分钟记录一次土壤湿度数值和水泵工作状态，形成测试数据记录表。数据分析与问题诊断

各小组根据测试数据绘制湿度变化曲线，分析系统的响应是否及时、浇水时机是否合理、是否存在过度浇水或浇水不足等问题。教师引导学生用数学方法分析数据趋势，用科学原理解释观察到的现象。（二）迭代改进与优化小组讨论改进方案

各小组根据测试中发现的问题，讨论并制定改进方案。可能的改进方向包括：调整阈值参数、优化传感器放置深度、改进水管出水口位置、增加水箱水位检测功能等。动手改进并再次测试

小组按照改进方案对系统进行调整，完成改进后再次进行测试验证。教师强调“测试—分析—改进—再测试”的工程思维流程，鼓励学生不惧失败、持续优化。（三）成果展示与交流评价小组展示

各小组依次上台展示本组的智能浇水系统，内容包括：设计思路与创新点、搭建过程与遇到的困难及解决方法、测试数据与改进成果、系统的优势与不足、参与劳动的感受与收获。互评与师评

教师组织学生使用评价量表进行互评。评价维度包括：系统功能完整性（30%）、操作便捷性（20%）、创意与创新性（20%）、团队协作表现（15%）、展示表达效果（15%）。教师对各小组的亮点和特色给予充分肯定，对存在的不足提出建设性改进建议。（四）总结升华教师引导学生回顾从发现问题到最终解决问题的完整劳动过程，总结智能浇水系统“感知—判断—执行”的核心原理，强调科技赋能劳动的重要意义。教师寄语：今天我们亲手设计制作了智能浇水系统，体验了科技给传统劳动带来的变革。从“两脚泥”到“指尖控”，从“靠经验”到“靠数据”，这是农业发展的方向，也是我们学习的意义。希望同学们继续保持对科技的好奇心和对劳动的热爱，用智慧和双手创造更美好的生活。（五）课后拓展任务基础任务：将智能浇水系统持续运行一周，每天记录土壤湿度变化和植物生长状态，撰写一份“智能浇水系统运行报告”。

拓展任务：尝试为系统增加物联网远程监控功能（如使用Blynk或ThingSpeak平台），实现手机App远程查看土壤湿度并控制浇水。

挑战任务：设计制作一套更完整的“智慧农场”模型，集自动浇水、自动补光、温湿度监测于一体。

九、板书设计（板书左侧区域）智浇小农场——智能浇水系统一、系统三要素感知——传感器（土壤湿度）判断——控制器（阈值比较）执行——执行器（水泵浇水）二、工作流程土壤湿度检测→与阈值比较→＜阈值→启动水泵→浇水→≥阈值→停止水泵→待机（板书右侧区域）关键概念：阈值——发号施令的临界点设置原则：过高→频繁浇水过低→植物缺水合理值：因植物种类、季节而异十、教学评价设计过程性评价

（1）课堂观察评价：教师通过课堂观察记录表，关注学生在小组协作中的参与度、沟通能力和责任意识，及时给予口头反馈和鼓励。（2）工作单评价：对各小