第二十四课 农业生产新模式 教学设计 2024—-2025学年人教版（2024）初中信息科技八年级全一册

中小学教育资源及组卷应用平台
八年级信息技术义务教育版教学设计
课题 农业生产新模式 单元 第五单元 学科 信息技术 年级 八年级
学习目标 1.了解物联网在农业生产中的应用形式及优势，能列举实例阐述其作用。2.掌握奶牛产奶监测系统的设计、搭建与实现，包括功能需求分析、硬件软件选型、程序编写及物联网平台应用。3.学会运用电子标签、读卡器、超声波传感器等采集数据，掌握MQTT协议进行数据传输，能在主控板和物联网平台上进行数据处理与展示。
重点 1.物联网在农业生产中的应用实例及奶牛产奶监测系统功能分析。2.电子标签、超声波传感器等硬件工作原理及系统实现流程。3.数据传输（MQTT协议）、存储（物联网平台）及系统反馈控制机制。
难点 1.奶牛产奶监测系统的整体优化设计，确保数据准确稳定获取与传输。2.理解和解决数据传输、存储中的复杂问题，保障数据安全与有效利用。3.依据农业生产需求拓展系统功能，培养创新应用与实践能力。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 展示物联网在农业生产中的应用成果图片或视频，如智能灌溉、精准养殖等，提问学生对这些应用的认识和感受，引导学生思考物联网如何提升农业生产效率和质量，从而引出本节课主题——探索物联网在农业中的更多应用及设计奶牛产奶监测系统。 倾听老师讲解 激发学生的学习兴趣，让从问题中进行思考，从而引出本节课的学习内容
讲授新课 一、探索物联网在农业生产中的应用1.教师详细介绍物联网在农业生产不同方面的应用，如物联灌溉系统如何根据土壤湿度和天气自动调节水量，物联养殖管理系统如何实时监测动物生理指标和行为，以及农产品追溯系统如何保障食品安全。组织学生分组讨论这些应用的原理和优势，鼓励学生分享自己在农场游览或生活中了解到的相关实例，如智能温室中自动控制温度、光照和通风的设备，或者通过手机APP查看农产品生长环境数据等。2.教师对学生讨论结果进行总结和补充，强调物联网技术在提高农业资源利用效率、提升农产品质量、降低生产成本等方面的重要作用，如精准灌溉避免水资源浪费，实时监测动物健康减少疾病传播风险，追溯系统增强消费者对食品安全的信心。通过这一环节，拓宽学生对物联网农业应用的视野，为后续奶牛产奶监测系统设计提供思路和背景知识。二、奶牛产奶监测系统实践1.提出任务与确定主题教师提出设计奶牛产奶监测系统的任务，引导学生思考影响奶牛产奶量的因素，如牛舍环境（温度、湿度）、饲料配比、奶牛健康状况等，组织学生分组讨论确定本小组的探究核心问题，进而确定主题，如“基于物联网的奶牛产奶量实时监测系统”。2.分析功能需求结合学生确定的主题，引导学生按照采集数据、传输与存储数据、分析处理数据、反馈与控制四个环节分析系统功能需求。在采集数据环节，明确需要采集奶牛编号（通过电子标签和读卡器）、产奶量（利用超声波传感器或压力传感器）等数据；传输与存储数据环节，讨论如何将采集到的数据通过网络发送到物联网服务平台，并确保数据的安全存储；分析处理数据环节，根据本节课教学重点，简单提及数据处理的方向，如统计产奶量趋势、分析不同因素对产奶量的影响等（可引导学生课后深入探究）；反馈与控制环节，思考如何在主控板上实时显示奶牛编号和产奶量，以及是否需要设置报警功能（如产奶量异常时提醒工作人员）。3.硬件搭建教师展示奶牛产奶监测系统所需硬件设备，包括电子标签、读卡器、超声波传感器、按键传感器、主控板、显示屏等，详细介绍各硬件的功能和使用方法。例如，讲解电子标签如何存储奶牛个体信息，读卡器如何读取标签数据，超声波传感器如何通过测量液面高度或距离变化计算产奶量，按键传感器的作用（如用于手动触发数据传输或控制其他功能），主控板如何协调各传感器工作并处理数据，显示屏如何显示相关信息。演示硬件设备之间的连接方法，强调连接时的注意事项，如引脚连接顺序、避免短路等问题。指导学生根据硬件连接示意图，分组进行硬件搭建，教师巡视各小组，及时帮助学生解决遇到的硬件连接问题，如传感器连接不稳定、引脚对应错误等，确保每个小组都能正确完成硬件搭建。4.软件实现结合系统功能需求和硬件设备，讲解程序设计的整体思路。以获取奶牛编号和产奶量数据并显示为例，介绍如何通过编程控制读卡器读取电子标签获取奶牛编号，如何利用超声波传感器测量数据并计算产奶量，以及如何将这些数据在显示屏上进行实时显示。详细演示关键代码的编写过程，如初始化传感器、读取传感器数据、处理数据并显示等操作的代码实现，解释代码中各个函数和变量的含义，帮助学生理解程序逻辑。例如，使用Python语言编写代码时，导入相关库（如用于控制传感器的库、用于网络通信的MQTT库、用于控制显示屏的库等），设置传感器引脚和相关参数，编写循环结构不断读取传感器数据，根据条件判断执行相应操作，如当按键按下时采集数据并发布到指定主题的MQTT服务器。学生根据教师讲解，使用编程工具编写程序代码，实现数据的采集、处理和显示功能。教师在学生编写过程中进行巡视，及时发现并纠正学生代码中的语法错误和逻辑问题，引导学生逐步完善程序功能，如优化传感器数据读取算法以提高准确性、添加数据异常处理代码以增强程序稳定性等。5.数据处理与反馈指导学生实现数据的传输与存储，讲解如何配置MQTT服务器参数，设置主题以及如何将采集到的数据通过MQTT协议准确发布到物联网服务平台。演示在物联网服务平台上查看和管理数据的方法，如登录平台后查看数据列表、根据时间或主题筛选数据、进行数据查询和导出等操作，让学生了解数据的存储位置和管理方式，确保学生能够将数据成功上传到平台并进行后续操作。引导学生利用物联网服务平台或其他工具（如电子表格）对数据进行简单的可视化分析，如绘制产奶量随时间的变化曲线、统计不同奶牛的产奶量分布情况等，帮助学生从数据中发现规律和趋势，如某头奶牛产奶量的波动情况、整体产奶量的季节性变化等，为牧场管理决策提供参考依据（如调整饲料配方、优化奶牛饲养环境等）。展示反馈与控制功能的实现代码，如根据按键状态控制数据传输、在显示屏上显示清晰的提示信息等，引导学生理解如何通过程序实现对系统的智能控制和反馈，以满足实际应用需求，如方便工作人员及时获取准确数据，提高工作效率。学生根据教师指导，进一步完善程序，实现数据的可视化分析和反馈控制功能，教师对学生的完成情况进行检查和测试，确保系统能够稳定运行，数据处理和反馈控制功能正常。 通过学习，探索物联网在农业生产中的应用等相关知识内容 通过几个学习活动让学习开始掌握本节课的重点及难点
课堂练习 组织学生小组讨论在实践过程中遇到的问题，如传感器数据不准确（如超声波传感器受环境干扰导致测量误差）、数据传输不稳定（如网络信号弱导致数据丢失或延迟）、程序运行异常（如代码逻辑错误导致系统死机或功能失效）等，鼓励学生分享自己在硬件调试、软件编程和系统集成过程中的经验和解决方法。例如，针对传感器数据不准确问题，讨论可能的原因（如传感器安装位置不当、周围存在干扰源等）及解决方案（如调整安装位置、增加屏蔽措施等）；对于数据传输不稳定，探讨网络设置、MQTT服务器配置等方面可能存在的问题及改进方法（如优化网络环境、检查服务器配置参数等）。 学生之间进行相互讨论 进一步导引学生思考在实践过程中遇到的相关问题知识
课堂小结 与学生一起回顾本节课的重点内容，包括物联网在农业生产中的应用实例、奶牛产奶监测系统的功能需求分析（采集、传输、存储、分析处理、反馈与控制）、电子标签和读卡器的工作原理、超声波传感器测量产奶量的方法、利用MQTT协议实现数据传输以及数据可视化分析的初步方法和意义等。强调物联网技术在农业现代化进程中的重要推动作用，以及通过实践项目学生所掌握的系统设计与开发能力，帮助学生梳理知识脉络，加深对所学内容的理解和记忆。 引导学生总结自己本节课的学习收获 对本节课的学习进行总结
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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