1.3 反馈控制自动浇水 教学设计（表格式）2025-2026学年8年级下《信息科技》（教科版）

第3课 反馈控制自动浇水
教学内容分析
本课重点在于将反馈控制的原理应用到自动浇水系统中，让学生完成从理论到实操的全过程学习。通过学习，学生将掌握电磁继电器和水泵的工作原理，了解继电器如何控制水泵通断，并通过编程实现土壤湿度的监测与反馈控制，达到自动浇水的效果。
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，以及土壤温湿度传感器的使用与数据的采集处理。同时，学生已具备基本的编程能力，能够编写简单的程序验证实际问题。
（3）学习本课时可能遇到的困难
学习本课时，学生可能会在实现自动浇水的逻辑控制，特别是在不同条件下对水泵的启停控制部分产生问题，需要引导学生自主思考解决方法。
学习目标确定
（1）通过理解反馈控制的工作机制，获得对比输入与输出信号控制的基础知识，能完成自动浇水系统的反馈调节。
（2）通过对水泵和电磁继电器工作原理的学习，获得电子控制的基本技能，能实现使用继电器控制水泵启停。
（3）通过编写自动浇水控制程序，获得实现反馈控制的编程能力，能完成倒计时模拟下的水泵自动控制功能。
（4）通过实践和总结，获得控制系统的设计与调试经验，形成运用反馈控制实现自动化的能力。
教学重点和难点
（1）教学重点
理解反馈控制原理及其在自动浇水系统中的实现，掌握利用继电器控制水泵开关的编程方法。
（2）教学难点
在编程中实现自动浇水的逻辑控制，特别是在不同条件下对水泵的启停控制。
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 情景引入：大家有没有注意到，空调的自动模式能够根据设定的温度和房间的实际温度差异，自动调整制冷或制热，并调节风速，保持室温在理想范围内。这是一种非常典型的反馈控制。 提问，引导学生发现其他具有反馈控制功能的家用电器，例如：除了空调，你们还知道哪些设备可以通过自动调节达到理想状态？自动洗衣机是如何根据水位或温度来调整洗涤过程的？我们在家中还见到过哪些设备是能够自动监测环境并调节状态的？ 请学生回答问题，根据学生的回答，引导学生总结：反馈控制的关键在于实时监测系统状态，将测得的数据与设定值对比，根据偏差调整输出。这种自我调节的机制不仅提升了设备的便捷性，还可确保设备能适应环境变化，保持理想状态。 引出本节课任务：今天，我们会将反馈控制应用到自动浇水系统中，利用土壤湿度传感器检测土壤的湿度值，主控板会将这个值和我们设定的湿度标准进行比较，如果土壤湿度低于设定值，就自动启动水泵进行浇水。 学生活动1 思考并回答问题。 和教师一起进行总结。 明确本节课任务。 PPT
活动意图说明：本活动旨在引导学生通过生活中自动化设备的实例，理解反馈控制的基本原理。通过日常场景的引入和提问，帮助学生认识到反馈控制在生活中的广泛应用以及反馈控制如何在自动化系统中实现数据感知与自我调节，为后续智能浇水系统的设计提供理论支撑。
环节二 探索反馈控制自动浇水
教师活动2 发布教材第13页的“议一议”任务，引导学生探讨更多具有反馈控制功能的家用电器：我们了解了空调的自动模式，它会对比设定的温度和实际的环境温度来自动制冷或制热，达到保持室温的目的。大家还能举出其他类似的例子吗？ 通过展示案例解释反馈控制的本质：反馈控制是一种能够让系统进行自我调节的方法，它通过将输出信息送回输入端，与设定的值对比，根据偏差来自动调整状态。例如智能浇水器可以根据湿度传感器的检测值，自动判断是否启动水泵，以保证土壤湿度处于适宜范围。” 教师活动3 解释水泵的离心工作机制：水泵工作时，液体在离心力作用下从出口排出，形成低压区域，引导水流持续进入泵内。这种原理能够实现长时间稳定的水流流出。让学生观察水泵模型或实物（如有），并分组讨论以下问题，发布教材第15页的“写一写”任务：水泵在工作过程中需要什么条件来控制启动和停止？水泵需要哪些辅助设备来实现自动开关？ 讲解“能量加油站”中的电磁继电器结构，逐步解释继电器的工作机制：当电磁铁通电时，吸合衔铁，闭合触点，水泵通电工作；当电磁铁断电时，弹簧复位，切断电路，水泵停止工作。指出继电器可以通过低电压控制高电压设备。 提出问题：为什么我们需要使用继电器来控制水泵，而不是直接用传感器来操作水泵？当湿度传感器的读数低于设定值时，主控板是如何通过继电器来启动水泵的？ 学生活动2 学生进行分组讨论，列出生活中常见的反馈控制实例，并描述设备如何根据输入和反馈进行自我调节。 学生活动3 学生讨论，总结出水泵需要外部控制设备（如继电器）来调节其开关，从而实现自动化操作。 学生思考继电器在智能浇水系统中的应用。 PPT及教材
活动意图说明：本环节旨在通过日常家电中反馈控制的应用引导学生理解智能浇水器的控制机制，并深入了解水泵与电磁继电器的工作原理。学生将通过小组讨论进一步巩固反馈控制的概念，同时了解水泵的工作过程、继电器的控制原理，为后续自动浇水系统的设计和编程打下扎实的理论基础。
环节三 反馈控制系统实践
教师活动4 发布教材第16页的“做一做”任务，设计浇水方案。当土壤湿度传感器采集的湿度值与设定的湿度值有偏差时，可以用水泵和继电器实现控制浇水功能。例如，设置一个倒计时装置，模拟主控板控制水泵开启和关闭的过程。在倒计时内，主控板输出高电平,继电器吸合，启动水泵工作；倒计时结束后,主控板输出低电平，继电器断开，水泵停止工作。请根据系统控制示意图，绘制出算法流程图。 教师活动5 教师演示，引导学生逐步完成以下硬件连接：（1）将主控板和继电器相连，确保电平信号能控制继电器的开关。（2）连接电池盒为水泵提供独立电源，通过继电器控制电路闭合。（3）确保传感器的湿度数据能够通过主控板采集到。 教师活动6 采用分解任务的方式，逐步引导学生实现控制逻辑。 初始化变量：首先设置倒计时和时间变量。 引导学生思考需要哪些变量来控制水泵的开关？倒计时的作用是什么？ 采样时间选择：让学生编写不同采样时间的按钮控制代码，并展示如何灵活地设定不同采样时间，鼓励学生尝试不同的时间设置。 主程序逻辑：逐步实现控制流程——延迟启动、输出高电平开启水泵、倒计时结束后输出低电平关闭水泵。教师可以通过分步骤讲解的方式帮助学生逐步实现每个功能，并提醒学生关注每一步对硬件的影响。 系统调试与问题解决：给学生提供一些常见问题的解决策略。例如：水泵不启动时，可以检查继电器和水泵连接，以及程序中的高低电平输出是否正确；倒计时不准确时，可以检查变量设置和循环控制逻辑，确保程序在每个周期能够正确执行；显示屏幕数据异常时，可以检查变量显示格式和初始设置。 教师活动7 小组分享展示，教师点评。 学生活动4 思考并绘制流程图。 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 小组分享展示。 PPT及教材
活动意图说明：本活动旨在帮助学生通过实际操作巩固对反馈控制原理的认识，并将理论知识应用于自动浇水系统的设计和制作中。学生将完成硬件连接、程序编写和系统调试，体验设计反馈控制系统的完整过程。通过具体的动手操作，学生可以将土壤湿度传感、继电器控制和水泵启动等环节串联起来，形成对自动化控制系统的深刻理解。
环节四 知识拓展
教师活动8 提出问题：在没有电力、汽油等现代动力的古代，人们是如何解决提水难题的？ 发布任务：请阅读教材中的“科学漫游”部分并思考与我们今天使用的自动化水泵相比，古代的桔槔有哪些特点？自动化水泵是如何在桔槔的基础上发展而来的？ 学生活动8 阅读材料，思考问题。
活动意图说明：本活动通过讲解中国古代的桔槔，让学生了解古人是如何在缺少现代动力的情况下实现提水功能的。通过对桔槔工作原理的介绍，学生可以领会杠杆原理的实际应用，感受古代人们在水利方面的创造力。同时，通过古代和现代水泵技术的对比，学生能够更直观地理解机械原理与现代科技的衔接。