1.4 制作智能盆栽浇水器 教学设计-2025-2026学年8年级下《信息科技》（教科版）

第4课 制作智能盆栽浇水器
教学内容分析
本课通过制作智能盆栽浇水器的任务，带领学生将前几节课学习到的数据采集和反馈控制知识整合运用到一个完整的物联网项目中。智能浇水器作为一个闭环控制系统，集成了传感器数据采集、判断与控制、数据传输和远程控制等功能。通过实际制作，让学生理解如何实现一个具备“感知—判断—执行”功能的自动化系统，加深他们对反馈控制系统的理解。
在实践过程中，学生将分析智能浇水器的结构与功能，学习如何利用土壤湿度传感器采集数据，如何通过控制器判断是否启动水泵浇水，并将数据传输到物联网平台实现远程监控。学生在理解湿度检测与反馈控制原理的基础上，通过编程实现数据采集与控制逻辑，将技术知识与实际应用相结合，从而掌握物联网设备的工作原理与实现方法。
通过实践，学生将体验智能浇水器的制作流程，包括硬件连接、编程与调试、数据分析等步骤。在此过程中，他们将学会利用流程图和编程结构表达系统的逻辑关系，并在调试中解决问题、优化控制策略。这一过程将帮助学生巩固物联网和自动化控制的基础知识，并为后续的智能设备设计与改进奠定坚实的基础。
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，并完成了获取土壤湿度数据和反馈控制部分的系统搭建。其次，已具备了基本的编程能力，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，学生可能会在如何通过编程实现对湿度数据的判断和水泵的自动控制部分出现问题，需要引导学生自主思考解决方法。
学习目标确定
（1）通过设计与制作智能盆栽浇水器的过程，形成对反馈控制系统基本原理的理解，掌握识别并描述数据采集、比较判断、执行调节等关键环节的能力。
（2）通过学习土壤湿度传感器的数据采集及物联网平台的数据传输流程，获得数据实时监控与分析的初步技能，形成将物联网应用于生活实践的意识与思维。
（3）通过体验完整的硬件连接到编程实现的系统开发过程，获得系统设计、调试与问题解决的经验，形成善于发现问题、分析问题、解决问题的综合能力与良好习惯。
（4）通过小组协作完成智能浇水器项目，获得团队协作、任务分工的实践经验，形成合作解决问题、交流分享成果的能力和积极的团队合作意识。
教学重点和难点
（1）教学重点
理解并实现智能浇水器的完整闭环控制系统，包括数据采集、判断与控制、数据传输与远程监控等功能，使学生能够将物联网的理论知识应用到实际制作中。
（2）教学难点
掌握智能浇水器的反馈控制机制和数据传输流程，尤其是如何通过编程实现对湿度数据的判断和水泵的自动控制，并确保系统的稳定运行。
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 情境引入：前面我们学习了自动浇水器的数据采集功能、控制浇水功能。一个完整的智能浇水器，还应具有反馈控制功能，能实现自动控制，还能将土壤湿度数据传输到物联网平台上进行分析；特殊情况下, 能够远程发送指令, 对系统进行干预。 提出问题：一个完整的智能浇水器除了自动浇水，还应该具备哪些功能？ 学生活动1 回顾前面内容并进行思考。 PPT
活动意图说明：本环节的目的是引导学生回顾和整合前几课的知识，为设计完整的智能浇水器系统做铺垫。通过回顾之前学习的自动浇水器功能，帮助学生认识到数据采集和控制只是智能浇水器的一部分，还需要加入反馈控制和远程监控功能才能实现真正的智能化系统。
环节二 探索智能盆栽浇水器特点
教师活动2 发布任务，完成教材第20页的“做一做”任务。观察几个具有自动控制功能的家用电器图片（如空调、洗衣机等），辨别其中哪些设备具备反馈控制功能。 提出问题：空调在自动模式下是如何调节室内温度的？ 讲解智能设备的三个特点：与环境交互、自主运行和通信。发布教材第21页的“写一写”任务。 学生活动2 完成教材任务。 预设回答：系统对比设定值与实际值，并根据偏差做出自动调整。 完成教材任务。 PPT及教材
活动意图说明：本环节的目的是通过对比家用电器的反馈控制功能，引导学生理解智能浇水器作为智能设备的关键特点，即与环境交互、自主运行和通信。通过具体电器实例的判断，帮助学生更直观地认识反馈控制的概念，并理解其在智能浇水器中的重要性。
环节三 智能盆栽浇水器制作
教师活动3 发布教材第21页的“做一做”任务，鼓励学生分组讨论，补全智能盆栽浇水器闭环控制系统框图及工作流程图。 教师活动4 教师演示，展示硬件连接图，引导学生完成硬件连接。 教师活动5 采用分解任务的方式，逐步引导学生实现程序编写。 主程序：初始化设置屏幕上的文字显示信息。 主程序：配置MQTT网络服务。 初始化MQTT时的设置，服务器地址要根据实际情况填写。 主程序：实时采集土壤湿度值，并发送到网络端。 设置回调函数，采样时间为30秒。 设置回调函数，采样时间为60秒。 根据土壤湿度值判断是否开启水泵，并更改显示屏上的水泵状态。 接收MQTT消息的程序，网络端设置并发送湿度阈值，主控板可以接收到消息并显示在界面上。 教师活动6 教师带领学生将采集到的湿度数据导出到物联网平台，使用作图法和列表法对数据进行分析。 学生活动3 思考、讨论并不全图示。 学生活动4 根据图示，小组合作完成设备的连接。 学生活动5 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6 导出数据进行分析。 PPT及教材
活动意图说明：本环节的目的是通过实际制作智能浇水器，让学生综合运用前面所学的知识，完成硬件连接、程序设计和调试的全过程。学生通过填写流程框图，能够梳理智能浇水器的工作流程，进一步明确反馈控制系统的逻辑。实践制作活动不仅能提升学生的动手能力，也能帮助他们将理论知识转化为实际应用。
环节四 总结与展示
教师活动7 提问：我们是如何一步步制作设计出智能浇水器的呢？ 小组进行作品展示，教师进行评价。 学生活动7 回顾本单元内容，进行展示分享。
活动意图说明：本环节旨在通过总结展示和评价活动，让学生全面回顾智能浇水器的制作过程，展示个人或小组的创意成果。通过同学间的互动、教师评价和自我反思，学生能进一步认识项目的优缺点，并思考改进方案。同时，该环节能帮助学生巩固对智能设备设计与反馈控制的核心概念的认识和理解，加强团队合作，发展创新思维和自我评价能力。