1.1 设计自动浇水器方案 教学设计-2025-2026学年8年级下《信息科技》（教科版）

第1课 设计自动浇水器方案
教学内容分析
本课作为单元的引入课，通过日常生活中绿植养护的情境引入智能自动浇水系统的概念，帮助学生理解智能浇水器的核心功能需求。通过分析植物浇水需求，帮助学生初步理解物联网系统“感知—判断—执行”的工作流程。学生在教师的引导下明确项目任务，了解项目所需的设备与功能，为后续课程的设备操作和程序设计打下基础。
学习者分析
本课的学习者为八年级学生。
（1）认知特点与学习兴趣
八年级学生思维活跃，想法丰富，接受能力强，喜欢动手操作，但缺少一定的知识储备以及动手操作能力。
（2）知识储备
学生在前面的学习中，已经掌握了物联网的基础知识并具备基本的编程能力，能够编写简单的程序验证实际问题。
学习本课时可能遇到的困难
在区分“比较器”与“控制器”的功能逻辑时，学生可能会混淆两者。
学习目标确定
（1）通过观察生活中的自动浇水系统实例，获得对物联网反馈控制系统
“感知—判断—执行”三大功能的初步理解，形成将物联网技术与生活实际需求相结合的意识，初步感知物联网技术在智能化设备中的应用价值。
（2）通过小组讨论和需求分析，形成自身对自动浇水系统功能需求和结
构框架的基本认知，能完成基本组件的功能划分和系统框架的绘制，明确各组件的具体功能。
（3）通过对自动浇水装置示意图的观察分析，形成对闭环控制系统中各组成部分（检测装置、控制器、执行器）具体功能的理解，了解并掌握闭环控制系统的完整结构，能描述反馈控制的基本逻辑流程。
（4）通过分组设计简易自动浇水器方案，获得设计系统功能模块的实践经验，能完成合理的自动浇水器设计方案，并能依据系统功能需求选择适当的硬件设备，为后续的硬件连接和编程做好准备。
教学重点和难点
（1）教学重点
理解闭环控制系统的核心逻辑框架，包括比较器、控制器、执行器、检测装置和被控对象等组件的功能及其相互作用。学生应能够在简易自动浇水器方案中应用该结构，理解如何通过“输入量—比较—调控”的流程实现自动化控制。
（2）教学难点
正确分析自动浇水系统中“比较器”和“控制器”的功能，特别是如何通过比较设定值和实际检测值来计算偏差，并据此控制执行器的动作。这一难点在于帮助学生理解“反馈控制”的原理，使其能够在方案设计中合理配置各组件，从而实现闭环控制。
教学活动设计
教师活动 学生活动 支撑的资源
环节一 新课引入
教师活动1 创设情境：日常生活中, 小区或校园内的绿植都有专门人员养护, 能及时浇水、施肥、除草, 保证植物健康成长。但是家中或者办公室里的绿植, 经常由于人们工作忙或长时间外出,不能及时浇水,而水是植物进行光合作用的必要条件,缺水会影响植物生长,严重时甚至会导致植物干旱而死。 教师展示校园或公园中自动浇水系统的工作场景图片或视频，提问“这些系统是如何知道土壤是否需要浇水的？”“浇水系统是如何实现自动化控制的？” 学生活动1 观看图片及视频，思考问题。 自动浇水系统的工作场景图片或视频
活动意图说明：通过生活中的实际需求和自动灌溉装置的实例，让学生初步认识到闭环控制系统在植物养护中的实际应用，并理解闭环控制系统“感知—判断—执行”的基本原理。引导学生思考自动浇水的必要性，激发学生对智能化系统的学习兴趣。
环节二 探索自动浇水装置
教师活动2 根据公园或学校中给绿地浇水的自动浇水装置,教师给学生分组讨论它的工作原理，并展示自动灌溉系统的图示。 发布教材中的“写一写”任务：简易的自动浇水器应该包含哪些功能？ 教师活动3 引导学生观察闭环控制图示，并结合教材中的描述，引导学生识别和讨论各组件的功能。 小组讨论：教师将学生分组讨论，并针对以下问题进行交流： 1.检测装置的主要作用是什么？为什么需要实时采集数据？ 2.比较器是如何进行比较的？什么是“偏差”？偏差的大小如何影响控制决策？ 3.控制器的功能是什么？如何根据偏差值指挥执行器工作？ 学生活动2 思考自动浇水器的工作原理，完成教材中的“写一写”任务。 学生活动3 小组讨论，思考问题。 PPT及教材
活动意图说明：在该活动中，学生将分析自动浇水系统的组成部分，明确各组件的具体功能，理解闭环控制系统的工作流程。通过分组讨论和观察分析，学生可以深入理解比较器、控制器、执行器和检测装置的功能及相互关系，形成对闭环控制的系统性认知。
环节三 方案设计活动
教师活动4 引导学生确认系统的功能需求，根据自动浇水器的功能，明确需要的硬件设备，发布教材中的“写一写”任务，根据自动浇水器示意图，填写需要的硬件设备。 教师活动5 发布绘制结构图任务，学生分组绘制简易自动浇水器的功能结构图。要求学生明确各组件的连接关系，并标注“检测装置—控制器—执行器”的信息流向。结合本节课全部内容完成方案设计书。 学生活动4 完成教材中的“写一写”任务，思考在哪个环节添加何种器件可实现闭环控制。 学生活动5 绘制结构图并完成方案设计书。 PPT及教材
活动意图说明：本活动旨在通过设计简易自动浇水器方案，将学生对物联网反馈控制系统的理解转化为实际设计方案，帮助学生进一步掌握物联网的应用流程。在方案设计中，学生将学会如何合理配置传感器、控制器和执行器，构建一个具有物联网基本功能的系统。
环节四 方案展示
教师活动6 教师选择小组进行设计方案的分享。 学生活动6 分享本小组设计方案，聆听并评价其他小组的分享。
活动意图说明：本阶段的评价活动旨在通过多样化的展示与评价方式，巩固学生对物联网反馈控制系统的理解，并提升其设计与表达能力。通过小组展示、教师评价、学生互评和自评反思的多层次评价体系，学生能够在展示中总结与梳理知识，在互评中吸取他人优点，在反思中深化学习效果。