第第頁課題第20課反饋控制有算法共1課時第1課時課型新課應到人數實到人數主備人備課時間月日授課時間月日教學內容及教材分析本節課是人教版《初中信息技術八年級（下冊）》第四單元《簡易物聯系統實踐》第20課，課題為《反饋控制有算法》。通過項目式學習的方式，讓學生深入了解物聯網技術的基本原理及其在日常生活中的應用。對于八年級學生來說，他們已經具備了一定的信息技術基礎，如計算機基本操作、簡單的編程邏輯等，但對于物聯網這一前沿技術還相對陌生。因此，本教學設計通過分解物聯花盆系統的各個組成部分（數據采集、算法設計、控制執行、系統整合與功能擴展），逐步引導學生深入理解物聯網技術的核心概念和實現過程。課標要求了解基于數據分析設計算法的方法，熟悉執行器的使用方法。了解系統整合的一般方法。核心素養目標信息意識：學生能夠認識到物聯網技術在現代生活中的應用價值，理解物聯花盆系統如何通過傳感器收集環境數據并作出相應反應。培養學生關注身邊信息變化的習慣，提高信息敏感度。計算思維：學生能夠運用邏輯思維和算法設計思想，根據土壤濕度等環境數據設計自動灌溉算法。通過編程實踐，學生能夠理解并應用條件判斷、循環控制等編程概念，解決實際問題。數字化學習與創新：學生能夠利用數字化工具（如編程軟件、傳感器等）進行物聯花盆系統的設計與實現，體驗數字化創作的樂趣。鼓勵學生發揮創造力，培養創新思維和問題解決能力。信息社會責任：引導學生關注物聯網技術應用的倫理問題，如數據隱私保護、系統安全等，培養學生的信息社會責任感。通過團隊合作，培養學生的協作精神和溝通能力，共同完成項目任務。教學重點基于數據分析設計算法，執行器的使用方法。教學難點系統整合的一般方法，以及反饋控制算法的設計。教學方法情境教學法、任務驅動法、分組合作法、示范講解法。學習方法自主探究法、合作學習法、實踐操作法。教學工具具備上網條件的信息科技計算機室、多媒體課件。教學過程教學過程教學內容二次備課復習鞏固：展示一段智能花盆自動灌溉的視頻，提問：智能花盆是如何知道何時需要灌溉的？新課導入：觀看視頻，思考并回答問題。通過生動有趣的視頻，激發學生的學習興趣，引出本節課的主題。新課教學：物聯系統中的反饋與控制是基于算法實現的。物聯花盆系統需要增加執行模塊，以便向現實世界采取行動。一、根據數據設計算法物聯花盆系統要實現自動灌溉功能，需要在對溫度、土壤濕度、光照強度和天氣預報數據分析的基礎上設計算法。可以設計表格來規劃灌溉條件。學習活動11.根據土壤濕度的分析結果，確定合適的土壤濕度上限值、下限值。2.根據物聯花盆系統的灌溉條件，將對應決策填入表20.1中。對灌溉條件進行整理。以上所有條件都與土壤濕度有關，且可以分為大于上限值、介于上下限值之間、小于下限值三種，因此可以將灌溉條件整理成如表20.2所示內容。4.根據表格中的條件設計算法，形成數據決策部分程序，主要代碼如圖20.2所示。二、控制執行器在物聯花盆系統中，反饋與控制就是顯示土壤濕度情況和實現自動灌溉功能。利用old.print()可以實現在顯示屏上顯示土壤濕度，要實現自動灌溉功能則需要增加執行器。學習活動21.顯示土壤濕度。在顯示屏顯示土壤濕度數據。2.實現自動灌溉。灌溉需要水泵作為執行部件。將水泵與主控板連接。修改數據決策程序，添加相關的控制代碼，讓電機啟動并灌溉5s，如圖所示。三、對系統進行整合實現各個功能模塊并測試后，將所有模塊集成到一起形成一個簡易物聯灌溉系統，其處理核心流程如圖20.3所示。每次執行完相應的功能，可以讓主控板等待一段時間再執行，以減少數據通信和數據存儲。因此，可以把主程序代碼放在無限循環中，并在最后通過time.sleep()控制等待時間。在項目投入使用前，還需要進行系統調試。一方面要對比功能需求進行測試；另一方面則是讓物聯系統進行整體運行，以測試是否存在問題。學習活動31.以小組為單位，完成物聯花盆系統項目的模塊整合和功能集成。2.根據需求清單對物聯花盆系統項目進行功能測試。對于物聯花盆系統項目，可以添加警報提醒、遠程查看數據、控制灌溉等功能。例如，當土壤濕度過低時，通過LED燈或者蜂鳴器發出報警信息。四、探索功能擴展物物相連帶來了無限的可能，通過不斷地創新可以讓物聯系統有更多的功能，物聯花盆系統也是如此。從系統功能上進行擴展，利用紅外熱釋電傳感器，便可以感知是否有人在附近活動，將數據上傳到物聯網服務平臺，并進行數據分析，可以了解主人對植物的關心程度；還可以給物聯花盆系統增加人工智能攝像頭，自動識別植物種類，并設置不同的濕度參數。從人機交互上進行擴展，可以編寫一個網頁端程序，方便查看所有花盆終端的實時數據；可以增加手動灌溉控制的按鈕，便于更靈活地控制花盆灌溉。 從數據處理與可視化上進行擴展，可以在網頁端增加數據圖表來直觀地分析花盆環境數據，然后進一步探索環境數據對綠植生長的影響。教學過程課堂練習:1.選擇一兩個可以實現的創新功能，對已實現的物聯系統進行改造升級。2.某物聯門鎖系統檢測到門口有人停留時，會自動啟動攝像頭的監控功能，并將監控畫面實時顯示在房間內的顯示屏上。同時，系統會通過蜂鳴器發出提示音，并通過應用軟件推送消息通知用戶。用戶可以通過手機應用軟件遠程控制門鎖。在此物聯門鎖系統中，數據采集、傳輸和反饋控制是如何實現的？可能會用到哪些硬件？課堂小結:1．在物聯系統中，數據決策需要根據數據分析處理的結果設計算法，再控制執行器執行。2．在設計物聯系統時，需要根據具體的反饋任務選擇合適的執行器。3．根據物聯系統的功能需求對系統各個模塊進行功能整合，并思考進一步從系統功能、人機交互、數據處理可視化等角度對系統進行擴展。作業布置:1.根據本節課所學內容，設計一個簡單的物聯花盆系統灌溉算法，并填寫灌溉條件表。2.編寫程序，實現顯示屏上顯示土壤濕度數據的功能。板書設計第20課反饋控制有算法一、根據數據設計算法二、控制執行器三、對系統進行整合四、探索功能擴展組長審批意見及簽字