第1单元第1课 认识智慧农业 教学设计【教科版】《信息科技》八年级上册

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认识智慧农业教学设计
课题 认识智慧农业 单元 认识物联网——探秘智慧农业示范区 学科 信息科技 年级 八年级
教材分析 本课围绕智慧农业展开，以物联网为核心知识载体。内容设计层次清晰，先从展厅体验引入农业物联网概念，通过与传统农业对比突出其优势；接着详细阐述农业物联网实时监测、远程控制、查询、警告等功能，总结其特征；再引导学生探讨物联网与互联网的区别，培养对比分析能力。实践环节设计思维导图制作，强化知识体系构建。拓展部分以实际案例展现万物互联发展态势，最后引导学生畅想万物互联带来的学习生活改变及机遇挑战，将知识延伸至生活与社会，激发学生对科技发展的思考与探索兴趣，兼具知识性与实践性。
学习目标 信息意识：能准确描述农业物联网的数据采集、传输与分析流程，理解传感器网络在环境监测中的关键作用。计算思维：掌握物联网系统"感知-传输-处理-控制"的逻辑链条，能绘制智慧农业系统的抽象模型。数字化学习与创新：运用思维导图工具结构化呈现智慧农业的技术架构，探索可视化表达方法。信息社会责任：识别农业数据安全风险（如传感器数据篡改），建立基本的网络安全防护意识。
重点 农业物联网的核心特征 ：实时监测、远程控制、智能预警等功能实现原理； 物联网与互联网的本质区别 ：重点对比连接对象（物物互联vs人人互联）与传输方式（自动传感vs人工输入）； 智慧农业系统架构 ：传感器网络-数据传输-云平台分析-设备控制的完整闭环。
难点 抽象概念具象化 ：如何将"物物互联"理论转化为温室大棚等具体应用场景的认知； 技术逻辑理解 ：学生易混淆传感器数据采集（如CO 浓度监测）与执行器控制（如自动灌溉）的因果关系。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 聚焦进入智慧农业示范区的展厅，我们可以着重了解农业物联网的概念及功能。请从功能描述中总结农业物联网的特征，并思考物联网与互联网的区别。本课以智慧农业为主题设计制作思维导图。
讲授新课 物联网与智慧农业通过展厅内的介绍可知，我国传统农业凭经验施肥和灌溉，不仅会浪费大量的人力和物力，还会对环境保护与水土保持构成严重威胁。而智慧农业是指农业生产基地内集成物联网技术、无线通信与网络技术、自动控制与辅助决策支持技术等，实现农业生产无人化、自动化和智能化，从而合理使用农业资源，降低成本，提高农产品产量和质量。其中，物联网技术的应用成为关键要素。物联网(InternetofThings,IoT),是继计算机、互联网与移动通信之后的又一次信息产业浪潮，它对促进互联网的发展、带动人类的进步发挥着重要的作用。从字面上理解，物联网是物与物、物与人之间通过互联网相互连接，如家里的空调、冰箱，人们身上戴的手表、穿的衣服，出行使用的自行车、汽车等与人的互联。万物互联就是物联网的概念与目的，物联网可以使人们获取的信息更加丰富，物与人、物与物的互联互通更为广泛，人们与周围世界的交互更为智慧。说一说物联网作为一个“年轻”的概念，发展至今不过历经30多年。尝试概括一下什么是农业物联网。能量加油站物联网起源之谜关于物联网的起源有不同的说法。一种说法是，1990年，施乐公司的一群程序员喜欢喝冰镇饮料却嫌上下楼累，而且有时满怀希望下楼了，饮料售卖机却没有货。于是他们发挥专长，将饮料售卖机连接到网络上，同时编写程序监视饮料售卖机内的饮料数量和冰镇情况。还有一种说法是，剑桥大学特洛伊计算机实验室里，科学家们经常要下楼去煮咖啡，还要时刻关注咖啡煮好没有，既麻烦又耽误工作。于是，他们编写了一套程序，在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像头，利用终端计算机的图像捕捉技术将实况传递到实验室的计算机上。这样，工作人员就可以随时查看咖啡是否煮好，省了不少麻烦。二、农业物联网应用的功能在智慧农业示范区里，我们能够处处体验到物联网“感知”农业的技术。在生产基地的网络中控室里，温室环境监控大屏挂在墙上，智慧温室大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度一目了然。这套温室环境监测与智能控制系统，通过各种传感器“捕捉”各项数据，经数据采集控制器汇总、网络中控室电脑分析处理，结果即时显示在屏幕上，管理人员通过网络中控室中的主要设备——农业物联网云平台进行数据监控或者发送指令。在此过程中，农业物联网的应用可实现以下功能。(1)实时监测功能。通过传感设备实时采集智慧温室大棚内的空气温度、空气湿度、二氧化碳、光照、土壤水分、土壤温度、棚外温度与风速等数据，再将数据通过移动通信网络传输给农业物联网云平台，由平台对数据进行分析处理。(2)远程控制功能。智慧温室大棚安装电动卷帘、排风、灌溉系统等机电设备，可实现远程控制。用户可通过移动设备或电脑登录农业物联网云平台，控制温室内的卷帘机、排风机、水阀的开关，也可设定好控制逻辑，由系统根据大棚内外情况自动开启或关闭卷帘机、排风机、水阀等机电设备。(3)查询功能。用户使用移动设备或电脑登录系统后，可以实时查询智慧温室大棚内的各项环境参数、历史温湿度曲线、历史机电设备操作记录、历史照片等信息，还可以查询当地的农业政策、市场行情、供求信息等，实现有针对性的综合信息服务。(4)警告功能。警告功能需预先设定适合条件的上限值和下限值，限值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化进行修改。当某个数据超出限值时，系统立即将警告信息发送给相应的农户，提示农户及时采取措施。写一写归纳总结农业物联网的特征有哪些，将关键词填写到下图中。参考：三、物联网与互联网我们曾经学习过互联网的特征，物联网和互联网有什么不同呢？议一议物联网可以将生活中见到的物品通过互联网相互连接，进行信息交换和通信，以实现对事物的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网是在互联网基础上延伸和扩展的网络——互联网中的应用都是针对人与人的特定领域，所有的信息都是通过人上传的，也是由人来接收信息，而物联网的出现使人与物、物与物之间的对话得以实现。在物联网中，信息通过设备收集上传，由后台云端进行自动处理后再发出指令让设备执行，实现无人化操作。请讨论物联网与互联网的区别并填写下表。物联网与互联网的区别比较维度物联网互联网连接对象应用领域传输方式参考：设计在下面的方框中绘制思维导图的草图，中心主题为“智慧农业示范区”,添加子主题为“智慧农业”,归纳总结智慧农业的概念、功能和特征。实践新建一个思维导图文件，根据刚刚绘制的草图，在软件中制作完成以“智慧农业”为主题的思维导图。参考：拓展中联重科沅江智慧农业示范基地正在开发适应湖南农业产业环境的智慧农业模式，打造具有全国影响力的生态优质品牌大米，提升沅江乃至湖南现代农业生产水平。自实施以来，基地实现了增产增收和节肥减药，既保护土地环境，又节省了人工，同时还实现了产出全程可追溯。现在，大量的智能设备、边缘设备分布在各个角落形成了万物互联，在人工智能等技术驱动下，万物互联正在向万物智能演变，全球物联网呈现蓬勃发展的态势。在此过程中，越来越多的设备需要实现互联，这为全球物联网连接市场带来了巨大发展机遇，但随之诞生的多样化物联网协议和不同生态体系的兼容也将导致物联网行业面临新的挑战。进入物联网时代，人们的生活又会是什么样子呢 请结合以上材料和生活中的实例畅想在万物互联的情境下我们的学习和生活会发生哪些改变，总结万物互联带来了哪些机遇与挑战。拓展学习——MQTT轻量级物联网消息推送协议MQTT是机器对机器(M2M)/物联网(IoT)连接协议。它被设计为一个极其轻量级的发布/订阅消息传输协议。对于需要较小代码占用空间和/或网络带宽非常宝贵的远程连接非常有用，是专为受限设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计。这些原则也使该协议成为新兴的“机器到机器”(M2M)或物联网(IoT)世界的连接设备，以及带宽和电池功率非常高的移动应用的理想选择。例如，它已被用于通过卫星链路与代理通信的传感器、与医疗服务提供者的拨号连接，以及一系列家庭自动化和小型设备场景。它也是移动应用的理想选择，因为它体积小，功耗低，数据包最小，并且可以有效地将信息分配给一个或多个接收器。 　　MQTT特点开放消息协议，简单易实现发布订阅模式，一对多消息发布基于TCP/IP网络连接,提供有序，无损，双向连接。1字节固定报头，2字节心跳报文，最小化传输开销和协议交换，有效减少网络流量。消息QoS支持，可靠传输保证MQTT应用MQTT协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域。物联网M2M通信，物联网大数据采集Android消息推送，WEB消息推送移动即时消息，例如Facebook Messenger智能硬件、智能家具、智能电器车联网通信，电动车站桩采集智慧城市、远程医疗、远程教育电力、石油与能源等行业市场 了解智慧农业的概念，了解物联网技术对于智慧农业的重要性。了解物联网的起源。了解农业物联网应用中常见的功能。尝试归纳总结农业物联网的特征有哪些。学习物联网与互联网的关系。完成智慧农业思维导图。了解中联重科沅江智慧农业示范基地的智慧农业模式。学习MQTT轻量级物联网消息推送协议含义及特点、应用。 通过对比传统农业与智慧农业，引出物联网技术这一关键要素，并阐述物联网概念与意义。在此基础上，引导学生概括农业物联网定义，同时借助“能量加油站”激发兴趣，帮助学生理解物联网起源，深化对物联网在农业领域应用的基础认知 。以智慧农业示范区实例为切入点，详细介绍农业物联网在温室环境监测与智能控制系统中实现的多项功能。引导学生在此基础上归纳总结农业物联网特征，强化对农业物联网应用的认识，培养知识迁移与概括总结能力 。通过回顾互联网特征，引发对物联网与互联网区别的探讨，借助表格梳理对比，深化对两者本质差异的理解。绘制思维导图梳理智慧农业相关内容，结合案例拓展思考，培养学生分析归纳、创新联想与辩证思维能力。通过学MQTT协议，了解物联网中消息传递的特点，为深入学习物联网做好理论准备。
课后练习 1.问答题 请结合智慧农业的实际应用场景，说明物联网技术如何通过"感知-传输-处理-控制"的闭环实现温室环境的自动调节？（要求：至少包含传感器类型、数据传输方式和控制设备的具体描述）2. 选择题 (1)智慧农业中，以下哪项不属于物联网的典型应用？A. 无人机喷洒农药B. 人工记录温湿度日志C. 土壤墒情传感器自动灌溉D. 摄像头监测病虫害(2)物联网数据传输与互联网的核心差异是：A. 需要人工输入数据B. 依赖传感器自动采集C. 仅能传输文本信息D. 必须使用5G网络3. 判断题 智慧农业系统中，云平台的分析结果可以直接控制大棚卷帘机的开关。（ ）传统农业完全不需要物联网技术，因为农民经验比传感器数据更可靠。（ ） 答案参考 ：问答题需体现光照/温湿度传感器的数据采集、4G/LoRa传输、云平台阈值分析、卷帘机/滴灌带联动控制。选择题答案：2-B，3-B判断题答案：4-√，5-× 结合本课学习内容，独立完成课后练习。 通过课后练习，进一步巩固本课学习的物联网和智慧农业相关的内容。
课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。参考：今天我们共同探索了智慧农业的核心技术——农业物联网。通过展厅案例，我们认识到物联网通过传感器实时采集环境数据，经云平台分析后实现远程控制和智能预警，使农业生产走向精准化、自动化。与传统农业相比，智慧农业能显著降低资源浪费，保护生态环境。同学们通过对比物联网与互联网在连接对象、应用领域等方面的差异，深入理解了"物物互联"的本质。课上的思维导图制作帮助大家系统梳理了智慧农业的技术架构，而中联重科案例则展示了技术落地的可能性。 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组做补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。
板书 从教师板书上归纳本课学习内容的重点。 通过板书，帮助学生形成本课学习内容思维导图。
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
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