1.2 采集土壤湿度数据 教学设计-2025-2026学年8年级下《信息科技》（教科版）

第2课 采集土壤湿度数据
教学内容分析
本课“采集土壤湿度数据”是本单元的第2课，旨在让学生掌握如何利用物联网技术采集、传输和分析环境数据，特别是土壤湿度数据的采集与处理。在上一课学生已经初步了解了自动浇水系统的整体结构和闭环控制的基本概念，本课则重点关注数据采集作为闭环控制系统的起点。通过本课的学习，学生将深入理解土壤湿度传感器的工作原理和数据传输流程，能够提出问题并验证、解决问题，使学生初步具备应用信息科技解决问题的能力，提升学生信息意识。同时，掌握如何在物联网平台上存储和分析数据，为后续的自动控制提供支持。
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
八年级学生认知水平逐渐提高，需要通过学习来培养思维能力，如分析问题、推理判断和归纳总结能力等。
（2）知识储备
学生在前面的学习中，已经初步了解了自动浇水系统的整体结构和闭环控制的基本概念，但仍是首次接触土壤温湿度传感器的使用与数据的采集处理，对此部分知识易感到陌生和没有头绪。同时，学生已经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
学习本课时，学生可能会在程序编写与数据分析时产生问题，需要引导学生自主思考解决方法。
学习目标确定
通过观察和操作土壤湿度传感器，获得对传感器工作原理的理解，能完成传感器与主控板的正确连接，并实现基础数据采集操作，具备初步的动手操作能力与解决实际问题的能力。
通过编写数据采集程序并上传到物联网平台，获得对数据采集、传输和存储过程的全面理解，掌握物联网平台上实时监控数据的基本方法。
通过列表法和作图法对采集到的土壤湿度数据进行分析，获得数据变化趋势的直观认识，能完成湿度值—时间曲线的绘制，初步形成对数据分析结果的解读能力。
通过总结数据、分析结果，获得对数据在自动浇水决策中的关键作用的理解，形成以数据驱动决策的意识，为自动化反馈控制的逻辑判断奠定基础。
教学重点和难点
（1）教学重点
理解土壤湿度数据采集与传输的完整流程，包括土壤湿度传感器的工作原理、数据的实时采集和物联网平台的数据存储与展示。
（2）教学难点
对土壤湿度数据做有效分析，并将分析结果与自动浇水的控制需求相结合。
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 提出问题：我们的家中和教室里都会养些花花草草，但植物平时需要按时浇水才能健康生长，而有时我们会忘记浇水或无法判断它们是否需要水。如何知道盆栽是否缺水，并及时浇水呢？ 讲解问题：若有一个设备可以对土壤的湿度进行监测，那么土壤湿度的变化数据就能告诉我们植物的实际水分情况，帮助我们判断是否需要浇水。 学生活动1 思考问题。 PPT
活动意图说明：通过讨论日常生活中的植物浇水需求，引导学生回忆上节课中的传感器模块，明确其功能并认识数据采集在智能系统中的关键作用，进而激发学生动手设计土壤湿度采集器的兴趣。
环节二 探索土壤温湿度传感器
教师活动2 展示土壤温湿度传感器实物，讲解土壤温湿度传感器的两个组成部分——温度传感器和湿度传感器。 土壤温湿度传感器由土壤温度传感器和土壤湿度传感器组成。土壤温湿度值关系着作物的生长，是农田作业的基础。土壤温度传感器可以监测土壤、大气还有水的温度，用于实验和科研。土壤温度的高低，与作物的生长发育、肥料的分解和有机物的积聚等有着密切的关系，是农业生产中重要的环境因子。 土壤湿度传感器主要用来测量土壤容积含水量， 做土壤墒情监测及农业灌溉和林业防护。 教师活动3 提出问题，小组讨论：本节课需要使用的是土壤湿度传感器，那么土壤湿度传感器是如何将湿度变化转换成数据的？ 讲解问题：当土壤中的含水量变化时，土壤湿度传感器的导电性会发生变化。土壤水分含量高时，其导电性强；土壤水分含量低时，其导电性弱。这种导电强弱的变化，会转化成变化的电信号输出，从而测量出不同的土壤湿度值。 土壤湿度传感器测量的数据传输给主控板, 再由主控板上的无线模块发送到互联网平台。 学生活动2 理解土壤温湿度传感器功能与作用。 学生活动3 思考讨论并回答问题。 PPT及教材
活动意图说明：通过对土壤湿度传感器的深入分析，帮助学生理解数据采集与传输的原理，为后续的实际操作打下理论基础。活动设计旨在让学生认识到土壤湿度传感器是如何通过导电性变化感知湿度的。
环节三 数据采集与分析
教师活动4 提出问题：现在我们要设计一个能够采集土壤湿度的装置，哪些设备是不可缺少的？这些设备有什么作用？ 可简要解释：主控板是数据的核心处理器，而土壤湿度传感器是我们的“侦察兵”，它负责实时检测土壤的湿度变化。 为小组分发硬件设备：1个主控板、1个土壤湿度传感器、多根连接线。 教师活动5 展示硬件连接图示，并示范正确的硬件实物连接方法。可提醒学生，要确保电源和接口连接正确，否则传感器可能无法正常工作。 教师活动6 编写并运行数据采集程序，获取数据。带领学生编写代码：可以想象我们现在是给“侦察兵”下指令，告诉它每隔几秒钟要报告一次湿度数据。 土壤湿度采集器初始化程序： 土壤湿度采集器主程序： 教师活动7 演示将数据上传到物联网平台，实现远程监测：现在，我们要把采集到的数据传输到一个远程平台，让我们可以随时随地查看湿度情况。 提出问题：我们现在拿到了数据，那么如何用这些采集到的数据帮助我们判断何时浇水？ 教师活动8 介绍常用的数据分析方法——列表法和作图法。 使用列表法分析获取的数据。 采集时间土壤湿度值
提出问题：列表法是否能直观地看出数据走向？ 教师活动9 根据上面的表格信息绘制土壤湿度值—时间曲线,用作图法分析数据。 教师活动10 提出问题：通过观察数据曲线，当湿度值降到哪个范围时，我们应该启动浇水？ 学生活动4 思考并回答问题。 学生活动5 根据图示，小组合作完成设备的连接。 学生活动6 根据讲解内容完成代码的编写并运行。遇到问题时，尝试调试解决。 学生活动7 理解数据采集器在实际操作中的作用和意义。 思考问题。 学生活动8 小组合作使用列表法记录数据并分析。 思考并回答问题。 学生活动9 绘制曲线图并分析数据走势。 学生活动10 思考问题并回答。 PPT及教材
活动意图说明：通过动手操作，指导学生设计、搭建并调试土壤湿度采集器，使其掌握从硬件连接、编程到数据采集和分析的完整流程。该活动旨在帮助学生进一步理解物联网数据采集的实际过程，学会在程序中设置采样时间并对数据进行记录与分析，通过观察湿度变化趋势确定基准值。
环节四 课堂小结
教师活动11 对整堂课内容进行总结，罗列知识重点。 1．土壤湿度传感器的工作原理。 2．常用的数据分析方法——列表法和作图法。 学生活动11 回顾本节课内容。
活动意图说明：通过经验总结，引导学生反思整个土壤湿度数据采集与分析的过程，从而深化对数据驱动反馈控制的理解。学生通过总结在设计、编程、数据分析过程中获得的经验与教训，逐步建立对智能系统中数据决策的全局理解。