小学信息技术人教版（2024）六年级全一册（2024）光照温度要适宜教学设计

这是一份小学信息技术人教版（2024）六年级全一册（2024）光照温度要适宜教学设计，共20页。教案主要包含了教学目标分析，教学内容及重点，教学过程设计等内容，欢迎下载使用。
知识与技能
1.能够分析光照控制系统和温度控制系统的工作原理。
2.能够理解阈值的作用和闭环控制的特点。
3.能够通过体验采集数据的过程，提升实验数据分析能力以及计算思维能力。
过程与方法
1.通过观察简易光照和温度控制系统的组成及运行，培养观察能力和归纳总结能力。
2.通过在数据采集和分析过程中，观察数据变化与系统状态的关系，学习如何运用逻辑思维和计算思维解决问题。
3.通过借助小组合作搭建控制系统和展示设计方案，锻炼团队协作能力和表达能力。
情感态度价值观
1.学生参与光照、温度控制系统实践，深入了解智能种植，激发探索兴趣与主动性。
2.学生通过参与智能种植实践活动，体会技术在农业中的应用，培养科技改善生活的认同感。
二、教学内容及重点
教学重点
1.光照和温度控制系统的工作原理，包括传感器、主控器、执行设备（补光灯、暖风机）之间的协同工作机制。
2.光照强度阈值和温度阈值的测定方法及在系统中的作用。
3.光照控制算法和温度控制算法，以及如何根据算法绘制流程图和填写真值表。
教学难点
1.理解闭环控制的特点，并能准确判断光照和温度控制过程是否属于闭环控制。
2.在实际操作中，引导学生根据植物生长需求合理设定阈值，确保控制系统有效运行。
3.让学生理解传感器采集数据与植物生长实际需求之间的差异，并能进行合理换算和应用。
三、教学过程设计
教学过程

教学内容
教学方法

情景导入
（7分钟）
师：同学们，在智能温室种植园里，植物生长环境的数据十分关键。比如光照数值达到2050，温度保持在26℃时，能为植物营造良好的生长条件。那这些光照和温度数据是如何精准控制和调节的呢？这背后藏着不少学问，今天我们就一起去探索智能种植园里光照与温度控制的奥秘。

师：本节课的学习内容有四点。我们首先要深入分析光照控制系统的原理与控制算法，而后转向温度控制系统，剖析其原理与算法。

师：传感器是外界信息入口，恰似人的感觉器官。像眼睛能看、耳朵能听、鼻子能嗅，它也能收集外界信息，让系统依此作出反应，作用十分奇妙。

师：光照和温度是植物生长关键要素，那么怎么获取这些环境信息？我们可以借助光敏传感器测光照强度，温湿度传感器测温度、湿度，知道当前的光照强度和温湿度可助力植物良好生长。

师：下面请大家可以思考两个关键问题：光照和温度控制系统如何运行；怎样测定光照、温度阈值。
生：用传感器。

师：没错，我们可以利用传感器和主控板搭建一个光照控制系统，光照控制系统由光敏传感器、主控板、补光灯组成。前者感知光照，主控板用来分析计算，光照不足时指令补光灯开启补光。

问题导向学习
师生互动
合作探究
（实践操作）（7分钟）
师：接下来我们用传感器采集 5 个光照强度数据，采集过程中，密切关注主控器屏幕显示的光照强度数值，同时留意补光灯是处于点亮状态还是熄灭状态。

师：第一步，观察简易光照控制系统的组成。简易光照控制系统由主控板和RGB - LED灯组成，RGB - LED灯通过连接线连接到主控板的 P13、P14 口。大家请仔细观察它们的样子和连接方式。

师：第二步，需要运行控制系统，给主控板刷入程序。现在带大家来解读这些代码。首先初始化RGB - LED灯。进入循环后，先清空 OLED 显示，在第一行显示 “当前光照：” 及光线值。通过条件判断，若光线值小于设定阈值，设置 RGB - LED灯为白色并生效；否则关闭该灯。最后等待 1 秒，循环执行，以此实现根据光线值控制灯的状态，完成光照控制功能。

师：第三步，填写数据记录表，这里已经有了第一个光照强度数据50，而且补光灯是打开状态。大家要继续采集4组光照强度数据，记录到对应的空格中，同时观察补光灯的状态。填完后，我们就能分析出光敏传感器中设定的光照强度阈值大概是多少。
生：填表并分析。

师：我们来看这两个问题。环境光照强度改变了，相当于改变了控制系统的什么呢？
生：我觉得改变的是控制系统接收的输入信息，就像给系统不同的数据。
师：那输入信息变了，会让控制系统有什么变化呢？
生：是不是会让补光灯的状态改变，比如本来亮着的会关掉？
师：正确！环境光照强度作为输入信息改变后，控制系统会依照设定程序和阈值，调整执行部件的工作状态，比如补光灯开关，或是其他光照调节操作。

师：环境光照强度改变，就如同给系统输入新指令。主控板会像大脑一样计算，输出也会跟着变。
生：老师，输出变化具体会怎样影响系统呢？
师：输出变化主要体现在补光灯上。光照弱时，系统计算后补光灯就会亮起，从而实现对智能种植大棚光照强度的控制。

师：光敏传感器监测光照强度，低于阈值时自动开补光灯，高于阈值时自动关闭，为相关场景营造适宜光照环境。

讲授法
实践操作
问答法
师生互动
合作探究
（实践操作）（7分钟）
师：现在我们要依据学习活动 1 记录的光照强度阈值，去补充光照控制的算法流程图，填写光照强度与补光灯状态真值表。另外要知道，传感器采集的光照强度数值是换算过的，和植物生长需求有差别，要以实际传感器为准。

师：光敏传感器收集光照强度数据输入系统，系统判断其是否低于阈值，低则开补光灯，否则关闭，实现光照智能控制。
师：在光照强度与补光灯状态真值表中，“1” 代表是，“0” 代表否。光照低于阈值时，真值为“1” 时补光灯开，真值为“0” 时补光灯关闭。

师：“监测环境光照强度 — 判断光照强度是否低于阈值 — 控制补光灯工作” 这个过程，它属于闭环控制吗？闭环控制有反馈回路，系统会根据输出调整输入。在光照控制中，光敏传感器获取光照信息，系统据此控制补光灯，而补光灯又会改变环境光照成为新输入，这就形成了反馈。
生：我明白了，所以这就是闭环控制。

讨论法
合作学习
实践操作

师生互动
合作探究
（实践操作）（7分钟）
师：除了补光灯，暖风机也可以用这种方式智能的控制开关。温度计检测环境温度并转化成数据传至主控板，主控板分析后向暖风机发送指令，依温度高低控制其工作，实现环境温度调控。

师：现在用传感器采集 5 个温度数据，我们采集过程中，要仔细观察主控器屏幕上显示的温度数值，同时留意暖风机是处于启动运转状态，还是已经停止工作，都要记录清楚。

师：第一步，认识简易温度控制系统的组成，温度传感器接主控板的P15、P16口，感知环境温度并传输数据；风扇接主控板的M1口，根据主控板指令工作，调节温度。

师：第二步，主控板刷入程序。代码进入循环后，先清空 OLED 显示，在第一行显示 “当前温度：” 及 DHT11 传感器检测的温度值。若温度小于设定值，在 OLED 第二行显示 “暖风机启动” 并打开风扇 M1；否则在第二行显示 “暖风机停止” 并关闭风扇 M1。最后使 OLED 显示生效，等待 1 秒后循环执行，实现根据温度控制暖风机启停并实时显示状态。

师：第三步，填数据记录表。已有20度时暖风机启动，再采4组数据记录，据此推断温度阈值，理解温度控制系统工作机制。

师：环境温度改变，对控制系统意味着什么，又会引发怎样的变化？其实，环境温度的改变，等同于改变了控制系统的输入量。温度传感器能敏锐感知这一变化，及时把新温度数据传送给主控板。主控板经过计算分析，依照预设规则发出指令，进而可能使暖风机等执行部件的工作状态改变，或启动或停止，以此来调节环境温度。

师：环境温度发生改变，就相当于改变了温度控制系统的输入。经过计算，温度控制系统的输出也会发生变化，暖风机的状态也随之改变，这样就实现了对大棚温度的控制啦。
生：懂了！温度一变，系统收到的信息就变了，信息经处理后就更改了暖风机的工作状态以调节大棚温度。

师：温度控制系统中，温度传感器检测环境温度。实际温度高于阈值，系统关闭暖风机；低于阈值，则启动暖风机升温，以此实现环境温度的有效调控。

问答法
讲授法
实践操作
师生互动
合作探究
（实践操作）（7分钟）
师：我们依据学习活动 3 记录的温度阈值，去补充温度控制的算法流程图，同时填写温度与暖风机状态真值表。这能帮我们更透彻理解温度控制系统的工作原理，大家认真完成。

师：温度传感器先将检测到的温度数据输入系统，随后系统判断该温度是否低于预先设定的阈值。若低于阈值，系统指令暖风机启动升温；若不低于，则关闭暖风机防止温度过高。如此一步步流程下来，就能有效控制环境温度。

师：在温度与暖风机状态真值表中，“1”为是，“0”为否。温度低于阈值时两格填“1”，否则填“0”，呈现二者对应关系。

师： “检测温度 — 判断温度是否低于阈值 — 控制暖风机工作” 这个过程，是否属于自动控制和闭环控制？另外，如果要结束系统的工作，是不是只能断开电源开关呢？
生：我觉得它属于自动控制，也属于闭环控制。因为系统能自己根据温度情况控制暖风机，而且暖风机工作后又会影响温度，形成了反馈。至于结束工作，应该不只是能断开电源开关，也许还能通过修改程序设置来停止。

问答法
讲授法
实践操作
拓展深化，回归生活
（7分钟）
师：现在我们要搭建光照和温度控制一个综合系统，在搭建过程中，亲身体验传感器用法，感受阈值对补光灯、暖风机等设备的控制。这既能应用所学知识，还能探索控制系统的奥秘。

师：来看看搭建光照及温度控制系统需要用到的实验设备。首先是主控板，它就像系统的“大脑”，负责处理各种数据和发出指令。温湿度传感器能感知环境的温度和湿度信息，并传递给主控板。RGB - LED灯可作为补光设备，受主控板控制来调节光照。风扇能调节温度，也是执行主控板的指令工作。还有4pin连接线，它用于连接各个设备，让它们之间能顺畅通信。大家要熟悉这些设备，以便顺利搭建系统。

师：第一步主控板连接设备。先看温度传感器，要用4pin连接线将它连接到主控板的P15、P16口，这样温度传感器就能把检测到的数据传给主控板啦。风扇则连接主控板的M1口，主控板后续就能通过这个接口控制风扇的运转。还有RGB - LED灯，把它连接到主控板的P13、P14口，以便主控板对灯光进行调控。

师：第二步编写程序。这个程序主要做两件事，一是读取环境光线值和温度值。然后进行判断，如果光线值低于我们设定的阈值，RGB - LED灯就会开启补光；要是光线值不低于阈值，灯就关闭。同时呢，当温度值低于阈值，电机带动风扇转动来升温，反之，电机停止，风扇也就不转。

师：第三步主控板刷入程序。这里有个蓝色的“刷入”按钮，我们点击它，就能把编写好的程序传输到主控板里。

师：最后一步功能测试。我们已经把设备连接好，程序也刷入主控板了，接下来就可以实际检验系统的效果。大家试着改变环境光线的强弱，比如用遮挡物或者增加光源，同时也可以调整环境温度，像靠近热源或使用降温设备。然后仔细观察RGB - LED灯和风扇的启动状态，看看它们是不是按照我们编写的程序逻辑来工作的。

师：现在就到了大家动手实践的时候了，连接设备、编写程序、刷入程序并进行功能测试。在操作过程中，认真体验传感器是怎么工作的，仔细感受阈值是如何精准控制补光灯、暖风机等设备的运行状态的。
生：动手操作。

问题导向学习
实践操作

课后作业（1分钟）
小组合作完成种植园的设计方案，介绍种植园控制系统包含的子系统及其功能，介绍本小组搭建控制系统的过程，汇报本单元的学习心得。


课堂小结与评价
（2分钟）
本节课，我们了解了光照控制系统和温度控制系统是如何工作的，知道它们怎样根据环境变化来调控设备。对阈值的作用有了更深入的理解，它决定着设备的启动与停止；也掌握了闭环控制的特点，系统能根据反馈信息自我调节。在采集数据的过程中，大家提升了实验数据分析能力和计算思维能力。


教学反思
1.反思点：部分学生对闭环控制概念理解不深入，判断光照和温度控制过程是否属于闭环控制时存在困难，这反映出概念讲解缺乏生动性和实际案例的深度剖析。同时，学生在设定阈值时，无法很好地结合植物生长实际需求，说明教学中植物生长知识与控制系统知识融合不足，学生理论应用于实践的能力有待提升。此外，小组合作搭建控制系统时，个别学生参与度低，小组分工不明确，影响了整体学习效果与实践成果
2.改进措施：讲解闭环控制概念时，引入空调温度控制、抽水马桶水位控制等生活案例，通过类比助力学生理解。教学中提前补充常见植物生长对光照和温度要求的知识，引导学生设定阈值时结合实际，增强知识实用性。在小组合作搭建控制系统前，明确分工，制定细致的合作规则与评价标准，激发学生参与热情，提升团队协作效率。