中小学教育资源及组卷应用平台 第20课 反馈控制有算法 教学设计 课题 反馈控制有算法 单元 第四单元 学科 信息科技 年级 八年级 单元主题 【学情分析】在上一单元学习的简单物联功能实践的基础上，本单元的内容比较综合，让学生从物联系统的整体出发进行分析和规划，最终学会设计较为完整的简易物联系统。物联系统的工作过程本质上是通过感知外部环境，并通过数据传输、存储、处理，最终反馈到外部环境的过程。本单元围绕简易物联花盆系统，通过划分物联系统的模块，根据需求确定感知、传输、反馈和控制等功能，最后完成简易物联系统的搭建。与前面三个单元相比，本单元的实践难度略大，在具体实施过程中，可以先实现每个模块的功能，再将所有模块集成在一起。教学中可根据本地实际情况或者学生兴趣，选择其他的实践案例。【内容结构】 学习目标 1. 信息意识：通过体验物联网的数据交互方式，了解万物互联和智能感知对信息社会发展的作用，感受物联网给人们的学习、生活和工作方式带来的改变。2. 计算思维：能够根据需求，设计和搭建简单的物联系统原型，结合项目活动采集、分析和呈现数据，解决实际问题，发展计算思维。3. 数字化学习与创新：能够主动利用数字设备开展实践创新活动，并在创新活动中认识到原始创新对可持续发展的重要性。4. 信息社会责任：了解自主可控对国家安全及物联网未来发展的重要意义。 重点 基于数据分析的反馈控制算法设计；程序控制执行器的基本方法。 难点 理解“闭环反馈”的本质，将算法逻辑与实际硬件动作关联。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 激趣导入 【情境导入】<“死板”与“智能”的浇水方案>（1）“定时浇水方案”：每天中午12点启动水泵浇水3秒，结果出现“雨天土壤已湿仍浇水”“晴天土壤干旱未浇水”的问题；（2）“智能浇水方案”：湿度传感器实时检测土壤湿度，低于60%自动浇水，高于80%停止，绿植生长状态良好。【思考-讨论】两个方案的核心区别是什么？为什么智能方案更可靠？【建构】智能方案的核心是‘用数据做决策’，形成‘采集数据→判断→控制’的闭环，这就是反馈控制；而让系统知道‘何时该做、何时不做’的规则，就是算法。今天我们就亲手搭建这个‘会思考的智能绿植养护系统’。 注意、思考、讨论 吸引学生的注意力，启发学生思考。 学习活动 【学习活动】一、根据数据设计算法物联花盆系统要实现自动灌溉等功能，需要在系统中加入执行模块，以便向现实世界采取行动。【思考-讨论】物联花盆系统的执行模块需要哪些硬件？什么条件下会触发执行模块工作？【学习探究】物联花盆系统要实现自动灌溉功能，需要在对温度、土壤湿度、光照和天气预报的数据分析的基础上设计算法。在物联花盆系统中，需要如何设计算法呢？可以根据数据分析处理过程中获得的土壤在干燥、适中、湿润时的传感器数据，确定合适的土壤湿度上限值、下限值。【合作探究】小组合作：探究自动灌溉的触发条件，将对应决策填入表中。交流总结：优化后的条件和决策。根据表格中的条件设计算法，形成数据决策部分程序。【学习活动】二、控制执行器【学习探究】物联花盆系统中，控制与执行就是显示土壤湿度情况和实现自动灌溉，与之对应的执行器分别是显示屏和直流电机水泵。1. 实时显示土壤湿度值2. 实现自动灌溉灌溉需要水泵作为执行部件。将水泵与主控板连接，修改数据决策程序，添加相关的控制代码，让电机启动并灌溉 5s，如下所示。【学习活动】三、对系统进行整合【学习探究】在项目投入使用前，还需要进行调试。系统调试工作一方面要对比功能需求进行测试，另一方面则是让物联系统进行整体运行，以测试是否存在问题。对物联系统进行功能测试，包括硬件检查、网络测试和动态测试等。 1． ... ...
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