第20课 反馈控制有算法 教案 义务教育版（2024）信息科技八年级全一册
文档属性
| 名称 | 第20课 反馈控制有算法 教案 义务教育版（2024）信息科技八年级全一册 |
|
|
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 义务教育版 | ||
| 科目 | 信息技术（信息科技） | ||
| 更新时间 | 2025-12-05 11:16:26 | ||
图片预览
文档简介
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．硬件检查：连接正确； 2．网络测试：畅通稳定； 3．动态测试：模拟功能过程，测试触发条件响应等。【合作探究】1. 以小组为单位，完成物联花盆系统项目的模块整合和功能集成。2. 根据需求清单对物联花盆系统项目进行功能测试。【思考-讨论】物物相连带来了无限的可能，通过不断地创新可以让物联系统有更多的功能，物联花盆系统也是如此。物联花盆系统还可以扩展哪些新的功能？【探索功能扩展】1．从系统功能上进行扩展2．从人机交互上进行扩展3．从数据处理与可视化上进行扩展 听讲、思考、讨论 教师通过引领学生学习课程内容，促进学生学习知识。学生通过认真听讲、合作探究等方式，积极学习基础知识和相关技能。另外，通过提问的方式引发学生思考，培养其思考和解决问题的能力。
课堂小结 知识回顾 对课堂知识进行总结和梳理，帮助学生更好地理解和掌握所学内容。
拓展-提升 【拓展-提升】某物联门锁系统检测到门口有人停留时，会自动启动摄像头的监控功能，并将监控画面实时显示在房间内的显示屏上。同时，系统会通过蜂鸣器发出提示音，并通过应用软件推送消息通知用户。用户可以通过手机应用软件远程控制门锁。在此物联门锁系统中，数据采集、传输和反馈控制是如何实现的？可能会用到哪些硬件？ 自主探究 呼应课堂核心知识，并通过生活案例拓展学生的认知边界。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)
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．硬件检查：连接正确； 2．网络测试：畅通稳定； 3．动态测试：模拟功能过程，测试触发条件响应等。【合作探究】1. 以小组为单位，完成物联花盆系统项目的模块整合和功能集成。2. 根据需求清单对物联花盆系统项目进行功能测试。【思考-讨论】物物相连带来了无限的可能，通过不断地创新可以让物联系统有更多的功能，物联花盆系统也是如此。物联花盆系统还可以扩展哪些新的功能？【探索功能扩展】1．从系统功能上进行扩展2．从人机交互上进行扩展3．从数据处理与可视化上进行扩展 听讲、思考、讨论 教师通过引领学生学习课程内容，促进学生学习知识。学生通过认真听讲、合作探究等方式，积极学习基础知识和相关技能。另外，通过提问的方式引发学生思考，培养其思考和解决问题的能力。
课堂小结 知识回顾 对课堂知识进行总结和梳理，帮助学生更好地理解和掌握所学内容。
拓展-提升 【拓展-提升】某物联门锁系统检测到门口有人停留时，会自动启动摄像头的监控功能，并将监控画面实时显示在房间内的显示屏上。同时，系统会通过蜂鸣器发出提示音，并通过应用软件推送消息通知用户。用户可以通过手机应用软件远程控制门锁。在此物联门锁系统中，数据采集、传输和反馈控制是如何实现的？可能会用到哪些硬件？ 自主探究 呼应课堂核心知识，并通过生活案例拓展学生的认知边界。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)
同课章节目录