第三单元第2课 采集土壤湿度 课件【教科版】《信息科技》八年级上册

(共43张PPT)
第10课
采集土壤湿度
八年级
上
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
认识土壤湿度传感器
04
设计土壤湿度采集器
05
实现土壤湿度采集器
06
课后练习
07
课堂小结
08
板书
教学目标
在分组实验中，明确分工，相互协作，共同完成数据记录与分析任务，培养团队合作精神和社会责任感。
信息社会责任
通过数据记录与分析土壤湿度信息，可以了解自然条件下土壤湿度范围，以及人为干预对土壤湿度的影响。
信息意识
理解土壤湿度采集器的工作流程，包括传感器采集数据、传输到主控板、数据处理与显示等环节，形成问题解决的整体思路。
计算思维
理解土壤湿度采集器的工作流程，包括传感器采集数据、传输到主控板、数据处理与显示等环节，形成问题解决的整体思路。
数字化学习与创新
新知导入
在湖南某中学的植物栽培实验室中，管理员老师正在思索如何能及时准确地采集土壤湿度。大家帮忙想想办法。
新知导入
如果土壤湿度过高，植物根系难以呼吸，最终会导致烂根；而如果土壤湿度过低，又会直接导致植物缺水，最终渴死。
本课我们就来学习做一个土壤湿度采集器，利用土壤湿度传感器每3秒采集一次植物生长的土壤的湿度。
小知识
探究新知
一、认识土壤湿度传感器
接下来，我们来认识一下将土壤湿度数据进行转化的工具——土壤湿度传感器。
土壤湿度采集方法
传感器采集数据
01
液晶显示屏输出
04
数据传输到主控板
02
主控板数据处理
03
探究新知
土壤湿度传感器和环境温湿度传感器的区别在于，土壤湿度传感器的下方有两个裸露的可变电阻器，可以将这两个导体插入土壤中探测土壤湿度。
一、认识土壤湿度传感器
探究新知
用环境温湿度传感器检测环境的温湿度时，只需要将其放置于空气中检测即可，不能将其放入土壤中。
一、认识土壤湿度传感器
探究新知
在编写程序的过程中，要注意我们此次采用的传感器与环境温湿度传感器有所不同，采集的数据也有区别，初始化和定义变量的程序需要和采集环境温湿度的程序进行区分，不变的是土壤湿度采集器也是要每3秒采集一次，因此循环的周期也是3秒。
编程要点
一、认识土壤湿度传感器
探究新知
土壤湿度传感器的工作原理
土壤湿度传感器有两个裸露的叉形探针，这两个导体实际上是可变电阻器，其电阻因土壤中水分含量的变化而变化。
能量加油站
一、认识土壤湿度传感器
探究新知
土壤中水分含量的变化影响的是土壤的导电率，导电率越高对电路的阻力越小，导电率越低对电路的阻力越大。
能量加油站
一、认识土壤湿度传感器
探究新知
下图中哪一种土壤具有更好的导电率
A.干燥的土壤
B.湿润的土壤
做一做
一、认识土壤湿度传感器
探究新知
二、设计土壤湿度采集器
右面是实现土壤湿度采集器的算法流程图，整体逻辑和环境温度采集器相近，请根据上一节课学习的内容补全该算法流程图。
设计
更新湿度数据
湿度数据不变
探究新知
三、实现土壤湿度采集器
1.准备硬件。
要实现利用土壤湿度传感器测量土壤湿度，就需要用到主控板和土壤湿度传感器。
主控板×1
土壤湿度传感器×1
探究新知
2.连接硬件。
按照右图所示，首先将DHT11土壤湿度传感器与主控板的一个引脚(以P21-A为例)连接起来，再将主控板与电脑进行连接。测量时，要将土壤湿度传感器放入土壤中。
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
3.编写程序。
（1）选择“Python主程序开始”模块，初始化整个程序。
（2）初始化土壤湿度传感器，对接主控板的引脚。
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
（3）定义变量“湿度数据”,将其赋值为0。
（4）设置液晶显示屏显示变量“湿度数据”的值。
（5）采用循环模块，每3秒读取一次土壤湿度，并在液晶显示屏上进行更新显示。
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
4.运行调试。
当程序刚开始运行时，屏幕上显示数字0，但很快数字就更新为当前传感器检测到的湿度数据，并且每隔3秒会进行一次数据的更新。如果传感器是放置在空气中，那么它检测到的数据可能会保持为0或一个较小的数字；如果想得到土壤的湿度数据，还是要将传感器放置于土壤当中进行检测。
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
初始化传感器
这里的初始化传感器的编程模块，便是将行空板通过引脚P21-A与传感器相连接，后续可以读取相应的湿度数据。
能量加油站
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
能够从显示屏上读出土壤湿度值以后，可以通过人为加水观察土壤湿度的变化情况，测试一下土壤湿度采集器的灵敏度。同时，在这个过程中，可以观察一下土壤湿度在自然条件下的范围是多少，到了多少湿度就说明此时是一个非自然状态了。
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
参考程序
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
可以在组内进行分工，分别负责读示数工作、记录数据工作、动态改变环境湿度的工作等。请分组做以下两种数据分析工作：
(1)在自然条件的土壤湿度情况下，记录1分钟内的土壤湿度；
(2)在人为加水改变土壤湿度的情况下，记录1分钟内的土壤湿度。
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
请将数据记录在下表中。
时间/s 10 20 30 40 50 60
自然条件下的湿度/%
人为加水情况下的湿度/%
写一写
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
请将数据记录在下表中。（参考）
时间/s 10 20 30 40 50 60
自然条件下的湿度 （传感器数据） 1604 1592 1627 1630 1583 1587
人为加水情况下的湿度（传感器数据） 3174 3169 3196 3156 3126 3079
写一写
三、实现土壤湿度采集器
百分比 = (原始值 - 最小值) / (最大值 - 最小值) × 100%
其中：
最小值 ：传感器在完全干燥环境下的读数
最大值 ：传感器在完全湿润环境下的读数
拓展学习：土壤湿度传感器数值转换为百分比
通用公式
探究新知
请将数据记录在下表中。（参考最小值为0，最大值为4095）
时间/s 10 20 30 40 50 60
自然条件下的湿度/% 39.16 38.87 39.72 39.79 38.65 38.75
人为加水情况下的湿度/% 77.49 77.37 78.03 77.05 76.32 75.17
写一写
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
将上表中的数据用折线图进行可视化呈现，可以帮助我们分析折线图变化的原因，以及实验是否符合我们的预期，同时更加明确土壤湿度在自然条件下的上界值和下界值。
数据可视化
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
自然条件下的湿度变化
人为影响下的湿度变化
三、实现土壤湿度采集器
探究新知
三、实现土壤湿度采集器
参考
探究新知
RH是Relative Humidity的缩写，指相对湿度。相对湿度是指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。
三、实现土壤湿度采集器
RH
探究新知
拓展实践：用环境温湿度传感器测量环境湿度
一般来说，环境的湿度要比土壤的湿度低一些。请尝试用环境温湿度传感器测量一下环境的湿度，看是否符合我们的预期。
拓展
探究新知
拓展实践：用环境温湿度传感器测量环境湿度
参考程序
探究新知
拓展实践：用环境温湿度传感器测量环境湿度
时间/s 3 6 9 12 15 18
空气湿度/%
空气湿度随时间变化情况
探究新知
拓展实践：用环境温湿度传感器测量环境湿度
时间/s 3 6 9 12 15 18
空气湿度/% 23.5 23.1 23.4 22.9 23.1 23.4
空气湿度随时间变化情况（参考）
课堂总结
同学们，这节课咱们收获满满！我们了解到土壤湿度对植物生长至关重要，过高或过低都会影响植物。还认识了土壤湿度传感器，知道它和环境温湿度传感器不同，有两个裸露可变电阻器能插入土壤测湿度。通过实践，大家完成了硬件连接，编写程序让采集器每 3 秒采集一次数据并显示。我们还分组记录了自然条件和人为加水时 1 分钟内的土壤湿度。希望大家课后能继续探索，不断加深对知识的理解。
课后作业
1.土壤湿度传感器下方有两个裸露的（ ），可插入土壤中探测湿度。
A. 电容 B. 可变电阻器 C. 电感 D. 二极管
选择题
课后作业
2.本课中土壤湿度采集器采集数据的循环周期是（ ）。
A. 1 秒 B. 3 秒 C. 5 秒 D. 10 秒
选择题
课后作业
3.以下哪种情况土壤湿度传感器检测到的数据可能会保持为 0 或一个较小的数字？（ ）
A. 传感器放入湿润土壤 B. 传感器放入干燥土壤
C. 传感器放置在空气中 D. 传感器损坏
选择题
课后作业
1.环境温湿度传感器可以放入土壤中检测土壤湿度。（ ）
2.土壤中水分含量越高，导电率越低，对电路的阻力越大。（ ）
3.编写土壤湿度采集程序时，初始化传感器的编程模块是将行空板通过引脚与传感器相连接。（ ）
判断题
课后作业
请简述土壤湿度传感器的工作原理，并说明如何利用它测量土壤湿度。
解答题
板书
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