探究智能花卉养护系统
——了解物联网
一、案例背景信息
１、模块：高中信息技术（选修2）。
２、年级：高一年级。
３、所用教材版本：新课程教材。
４、学时数：1课时，40分钟，其中上机时间：20分钟，非上机操作时间：20分钟。
本教学案例参与人员基本信息
姓名
性别
通讯地址及邮编
联系电话
E-mail
设计者
陈鸥辉
女
湖南省株洲市二中412000
18974122596
124286720@qq.com
二、教学设计
（一）内容分析
１、本节的作用和地位：
本节内容是信息技术必修2第三单元《信息系统网络》中的项目七：探究只能花卉养护系统。本节的内容主要是让学生在项目活动的体验中，学会设计智能花卉养护系统，并让学生了解物联网的工作原理与设计方法。
（一）学科核心素养目标
1.主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势，有意识地使用新技术处理信息；
2.针对给定的任务进行需求分析，提取问题的基本特征并进行抽象处理，运用计算机科学领域的思想方法形成解决方案，能使用数字化工具实现这一方案；
3.针对特定的学习任务，运用一定的数字化学习策略管理学习过程与资源，完成任务，创作作品；
4.在信息活动中，具有信息安全意识，尊重和保护个人及他人的隐私,
保护数据、信息以及信息设备的安全。
（二）内容目标
1.通过分析物联网应用实例，知道信息系统与外部世界的连接方式，了解常见的传感与控制机制；
2.通过搭建小型信息系统的综合活动，体验信息系统的工作过程，认识信息系统在社会应用中的优势和局限性。
（三）学业目标
了解信息技术对社会发展、科技进步以及个人生活与学习的影响。知道信息系统的组成与功能，了解硬件设备及软件功能对系统运行的影响，知道信息系统以及与外部世界的连接方式，了解常见的传感与控制机制，能借助开源硬件和软件工具搭建小型物联网系统。
２、本节主要内容：
智能花卉养护系统的体验。
（二）学生分析
知识基础：
学生在前面单元的学习中已经掌握了各种信息系统的基础。
能力基础：
学生能自主设计各种系统。
心理基础：
学生对新科技有着良好的兴趣。
（三）教学目标
（1）体验智能花卉系统的工作过程；
（2）了解物联网的工作原理；
（3）了解物联网的架构方法。
（四）教学重点、难点：
教学重点：
体验智能花卉系统的工作过程；
教学难点：
体验智能花卉系统的工作过程；
（五）教学策略设计
教学方法设计
教法：问题导学法、活动驱动法
学法：自主探究法、协作探究法
教学流程和教学活动的设计思路
情境设置
从养花视频入手，激发学生的学习兴趣，带领学生一起进入教学活动环节，让学生亲自体验养花系统带来的便利与科技的神奇之处。
项目活动一：了解现有的智能花卉系统
小组协作，通过收集资料，完成表格数据收集并总结提升、拓展思考。
项目活动二：实际体验智能花卉监测仪
小组协作，通过收集资料，完成表格数据收集并总结提升、拓展思考。
课后探究活动：尝试自己搭建智能花卉检测系统
在课堂的基础上，继续探究，加强对本节课知识的应用拓展，为下一节课的学习打好基础。
教学资源：
对学生基本技术要求：计算机的基本操作等。
硬件：不同品种的花卉、现有的智能花卉养护监测仪及相应的APP、土壤湿度传感器、Arduino开发板、ESP8266
Wi-Fi模块、无线路由器、电脑或智能手机以及教材提供的代码等。
软件：网络多媒体教室，编程软件。
资源：课件、视频等。
三、教学过程
教学环节及时间安排
教师活动
学生活动
对学生学习过程的观察和考查
及设计意图
情境
导入
2’
教师播放视频：
1.你养过植物吗？
2.养过植物的同学有什么想说的吗？
观看视频，形成学习需求
通过对养植物的体验，进入课程内容的学习需求。
新课讲解3’
观看视频，初步了解
智能花卉养护系统是如何工作的。
观看视频了解智能花卉养护系统
快速让学生了解智能花卉养护系统。
课堂活动8’
项目活动一：小组合作探究了解现有的智能花卉系统
教师进行巡视观察学生的学习活动，并对有疑问的学生的问题进行单独解答。
小组合作探究
完成学案活动表格一填空
自主体验
了解市场上现有的智能花卉系统
成果分享及课堂小结5’
小结：
1.物联网的基本知识：物联网的含义、分层架构、传感器、通信技术以及与外部世界的连接方式等。
2.评价一个信息系统，可以从结构、功能、功耗、成本、适用性、实用性和稳定性等方面评价一个智能花卉养护系统，同时参考操作体验、环境保护、服务与维护、扩展与升级等其他方面。
3.确定性价比应该以系统性能为基础，先考虑性能，再考虑价格。性价比只是一个比例关系，在填写调查表时，可以用低、中、高或其他符号描述性价比的不同等级。
通过成果分享进行总结提炼
让学生学会从体验中进行知识提炼，形成知识体系
新课讲解2’
讲解传感器及智能花卉系统的初步设计图
观看设计图，了解系统组成
让学生了解系统组成
课堂
活'动12’
项目活动二：小组合作探究实际体验智能花卉监测仪
教师进行巡视观察学生的学习活动，并对有疑问的学生的问题进行单独解答。
协作学习，合作探究完成两个表格
比较算法效率，了解算法运行的时间成本及算法的精确度。
课堂回答及小结
5’
小结：
1、物联网是利用传感器来感知外部世界的环境信息，将湿度、肥力、光照等物理量和化学量按一定的规律进行处理，输出电信号到控制板进行模数转换，再通过通信模块连接到互联网，与云端存储的同品种花卉的理想环境数据进行比对，再进行状态反馈的具体过程。
2、一个信息系统与其所处环境之间会有信息交换，从而引发物质、能量的交换。外界环境的变化会引发系统特性、系统功能及内部各部分间相互关系的变化。
通过成果分享进行总结提炼
让学生学会从体验中进行知识提炼，形成知识体系
课堂总结2’
物联网的组成架构：
思维导图：
认真思考总结，进行总结提炼，深入了解物联网。
让学生学会总结提炼，形成知识结构思维导图。
课后拓展1’
自行购买相关材料，尝试搭建一个智能花卉种植装置，完成物联网控制的整个流程体验。
课后准备素材实现花卉智能养护系统。
承前继后，为下一节课做准备。
四、教学反思
本节课的重心在教学资源的准备上，课程内容主要是让学生动手进行体验，核心在于如何让学生从体验中提炼知识，以形成知识体系。
4项目七练习题：探究智能花卉养护系统
智能花卉养护系统是如何工作的？
什么是物联网？
物联
网（
I
nt
er
ne
t
o
f
Things，IoT），指物和物相连
的互联网络。根据国际电信
联盟的定义，物联网主要解
决物品与物品
、人与物品、
人与人之间的互连。
物联网除了传输数据与信号的网络外
，还包括各种传感器、控制执行装置，以及网络控制平台等。
什么是传感器？传感器有哪些种类？
传感器（sensor）是一种检测装置，能感知被测量物体或环境的信息，并能将感知到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信号输出，以满足信息的传输
处理、存储、显示、记录和控
制等要求。
传感器的分类方法很多，若按用途分类，传感器可分为位置传感器、接近和运动传感
器、惯性传感器、压力敏和力敏传感器、光敏传感器、介质传感器、温度传感器等。
智能花卉养护系统如何感知外部世界？
智能花卉养护系统在传感器的支持下可以实时监测并反馈植物生长状态，使花卉养护更便捷。
互联网
云端数据分析
1家庭局域网
光照:良好
温度:24℃
湿度:50%
通信网关
肥力:充足
养护要点
光照
温度
湿度
肥力
A
pp《探究智能花卉养护系统》学案
一、学习目标
（1）体验智能花卉系统的工作过程；
（2）了解物联网的工作原理；
（3）了解物联网的架构方法。
二、重点难点
体验智能花卉系统的工作过程。
三、学习方法及模式
自主探究、协作学习、合作交流等；
学习内容
项目活动一：了解现有的智能花卉系统
活动要求：
（1）活动分组，每组2-4人；
（2）规划活动方案，设计调查方案，明确调研目标和工作计划，设定调查内容和技术指标，划分实施步骤，制作调查表格；
（3）利用资料阅读、网络搜索、用户调查、实际使用等形式开展调研，了解智能花卉系统的设备构成、工作过程、网络通信方式等，对系统性能做出评价，确定性价比；
（4）对调查数据进行处理和分析，填写表一，完成调查任务；
品牌
工作过程
相关设备
网络通信方式
性价比
备注
表一：智能花卉系统
拓展思考：
（1）怎样评价一个系统，一个良好的信息系统中的各种硬件和软件应该如何匹配，从哪些方面确定一个信息系统的性价比？
（2）如何选择能够反映系统性能的调查指标，优化调查内容？
（3）怎样对原始数据进行清洗、处理和分析？
项目活动二：实际体验智能花卉监测仪
活动要求：
（1）活动分组，每组2至4人；
（2）活动准备：不同科目且生长旺盛的花卉2--3盆；选择一个现有的智能花卉养护监测仪，与手机相连，下载并安装相应的APP，设置参数；
（3）尝试将监测仪插入同一花盆中的不同位置，观测各个位置上的环境数据，记录测量值和理想值（理想值是一个范围，要同时记录其上限和下限），填写表二。
插入位置
土壤湿度
土壤肥力
光照强度
空气湿度
测量值
理想值
测量值
理想值
测量值
理想值
测量值
理想值
花盆边缘
花盆中间
植物根部
表二：不同位置的测量数据表
（4）比较监测仪在同一盆花中不同位置的环境数据的差异，思考产生差异的原因，讨论应该将监测仪插在花盆的什么位置，能够得到更加真实反映花卉生长状况的可靠数据；
（5）依次将监测仪插入不同的花盆中，观察、记录测量值和理想值，填写表三；
花卉名称
所属科目
土壤湿度
土壤肥力
光照强度
空气湿度
测量值
理想值
测量值
理想值
测量值
理想值
测量值
理想值
表三：不同花卉的测量数据表
拓展思考：
（1）从植物学角度，总结不同科目花卉健康生长的条件；
（2）根据对（1）的思考结果，思考应该通过怎样的设计，使智能养护系统具有较高的适用性和实用性；
（3）若花盆湿度超标或不足时该如何报警，设计一种方案，画出简单的示意图。(共20张PPT)
导入：
1.你养过植物吗？
2.养过植物的同学有什么想说的吗？
—
了解物联网
探究智能花卉养护系统
项目学习目标
项目所涉及的基础知识有：物联网基本概念、物联网组成架构、传感器、物联网通信技术、信息系统与外部世界的连接方式等。
项目所需要的硬件和软件有：不同品种的花卉、现有的智能花卉养护监测仪及相应的APP、土壤湿度传感器、Arduino开发板、ESP8266
Wi-Fi模块、无线路由器、电脑或智能手机以及教材提供的代码等。
本项目一共2节课，本节课完成活动一、活动二。
通过视频观看，思考回答：
智能花卉养护系统是如何工作的？
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
智能花卉养护系统工作过程
项目活动一：了解现有的智能花卉系统
活动要求：
（1）活动分组，每组2--4人；
（2）规划活动方案，设计调查方案，明确调研目标和工作计划，设定调查内容和技术指标，划分实施步骤，制作调查表格；
（3）利用资料阅读、网络搜索、用户调查、实际使用等形式开展调研，了解智能花卉系统的设备构成、工作过程、网络通信方式等，对系统性能做出评价，确定性价比；
（4）对调查数据进行处理和分析，填写表一，完成调查任务；
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
项目活动一：了解现有的智能花卉系统
成果分享：
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
拓展思考：
（1）怎样评价一个系统，一个良好的信息系统中的各种硬件和软件应该如何匹配，从哪些方面确定一个信息系统的性价比？
（2）如何选择能够反映系统性能的调查指标，优化调查内容？
（3）怎样对原始数据进行清洗、处理和分析？
项目活动一：了解现有的智能花卉系统
小结：
1.物联网的基本知识：物联网的含义、分层架构、传感器、通信技术以及与外部世界的连接方式等。
2.评价一个信息系统，可以从结构、功能、功耗、成本、适用性、实用性和稳定性等方面评价一个智能花卉养护系统，同时参考操作体验、环境保护、服务与维护、扩展与升级等其他方面。
3.确定性价比应该以系统性能为基础，先考虑性能，再考虑价格。性价比只是一个比例关系，在填写调查表时，可以用低、中、高或其他符号描述性价比的不同等级。
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
传感器（sensor）是一种
检测装置，能感知被测量物体
或环境的信息，并能将感知到
的信息按一定规律变换成为
电信号或其他所需形式的信
号输出，以满足信息的传输、
处理、存储、显示、记录和控
制等要求。
思考：传感器需要采集花卉种植的环境数据有哪些？
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
智能花草环境传感器
智能花卉系统初步设计图。
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
项目活动二：实际体验智能花卉监测仪
活动要求：
（1）活动分组，每组2至4人；
（2）活动准备：不同科目且生长旺盛的花卉2--3盆；选择一个现有的智能花卉养护监测仪，与手机相连，下载并安装相应的APP，设置参数；
（3）尝试将监测仪插入同一花盆中的不同位置，观测各个位置上的环境数据，记录测量值和理想值（理想值是一个范围，要同时记录其上限和下限），填写表二。
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
项目活动二：实际体验智能花卉监测仪
(4）比较监测仪在同一盆花中不同位置的环境数据的差异，思考产生差异的原因，讨论应该将监测仪插在花盆的什么位置，能够得到更加真实反映花卉生长状况的可靠数据；
（5）依次将监测仪插入不同的花盆中，观察、记录测量值和理想值，填写表三；
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
项目活动二：实际体验智能花卉监测仪
成果分享：
1、将同一盆花各项指标的测量值与理想值进行比较，评估这盆花卉当前的生长状况；
2、
比较不同科目花卉之间的数据差异，总结不同科目花卉的养护特点。
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
拓展思考：
（1）从植物学角度，总结不同科目花卉健康生长的条件；
（2）根据对（1）的思考结果，思考应该通过怎样的设计，使智能养护系统具有较高的适用性和实用性；
（3）若花盆湿度超标或不足时该如何报警，设计一种方案，画出简单的示意图。
项目活动二：实际体验智能花卉监测仪
小结：
1、物联网是利用传感器来感知外部世界的环境信息，将湿度、肥力、光照等物理量和化学量按一定的规律进行处理，输出电信号到控制板进行模数转换，再通过通信模块连接到互联网，与云端存储的同品种花卉的理想环境数据进行比对，再进行状态反馈的具体过程。
2、一个信息系统与其所处环境之间会有信息交换，从而引发物质、能量的交换。外界环境的变化会引发系统特性、系统功能及内部各部分间相互关系的变化。
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
物联网的组成架构：物联网通常可以分为四层架构：感知层——传输层——数据处理层——应用服务层。
感知层实现对现实世界的智能感知识别，主要包括各种类型的传感器、基础硬件以及各类技术规范等。
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
课堂总结
新课学习一
项目活动一
新课学习二
项目活动二
总结提升
思维导图
课后拓展活动
自行购买相关材料，尝试搭建一个智能花卉种植装置，完成物联网控制的整个流程体验。
THANKS
