“探究智能花卉养护系统——物联网中的传感器”教学设计

于军香

【学科核心素养】

1．根据生活中的使用体验，了解传感器，能够列举出不同种类的传感器及其应用场景（信息意识）。

2．能够在分析问题的基础上，从算法描述到流程图，再到程序编写，实现智能花卉养护系统的光线控制，真正用程序去解决问题（计算思维）。

3.在问题解决过程中，自主学习、小组协同完成学习任务中的创新设计作品，如更具价值的传感与控制系统（数字化学习与创新）。

【课标要求】

了解物联网（特别是传感器系统）是连接物理世界与数字世界的纽带和媒介。

【学业要求】

通过自主探究和小组合作，理解物联网中的传感器，并完成智能花卉养护系统的光线采集与控制，在此过程中体验数据采集、实时传输和简单控制功能的简易物联系统。

【教学内容分析】

传感器是物联网中的感知和输入部分，是物联网的基础。传感器的技术影响着物联网的发展，也是物联网发展的核心。通过探究智能花卉养护系统，结合生活中使用的传感器，让学生了解传感器及其用途，了解物联网的基本原理，理解传感器在物联网系统中的作用，认识到物联网传感器的种类之多、使用范围之广。

【学情分析】

八年级学生思维活跃，具有一定的自主学习和归纳总结的能力，大部分学生对编写程序，解决实际问题有非常浓厚的兴趣。他们在小学学习过Scratch编程，对数据和语法有一定的理解，会用Scratch编写一些程序，对mPython编程有一定的基础。通过第一节课的学习，学生对物联网及其三层架构有了一定的理解，知道信息系统的组成与功能；初步体验了掌控板及mPython编程；生活中也使用过智能化物联网设备，但对设备具体的工作机制和原理不够了解，缺乏系统的认知。这节课通过探究智能花卉养护系统让学生认识传感器，体验传感器信息的获取、数据的分析及控制，激发学生对物联网知识的学习兴趣。

【教学目标】

1.认识传感器，了解传感器的工作原理。

2.结合生活实际，能够列举出常见的传感器及其应用场景。

3.知道传感器根据功能划分为不同类别，了解智能传感器。

4.利用掌控板的光线传感器，模拟智能花卉养护系统中的光线控制，体验传感器信息的獲取及控制。

【教学重难点】

教学重点：结合掌控板理解物联网中传感器的工作原理及过程。

教学难点：使用掌控板，设计实现智能花卉养护系统中的光线获取与控制。

【教学准备】

掌控板、智能花卉养护系统、课件、素材资源、教学辅助资源、广播教学软件等。

【教学策略分析】

采用讲解演示法、自主探究、小组合作、任务驱动法，围绕智能花卉养护系统让学生从体验到感知，从观察到分析，逐步对物联网中的传感器进行认知，让学生在任务的驱动下自主探究完成学习目标。

【教学过程】

一、创设情境，引入新课

师：同学们，今天我们以花会友，老师喜欢养花，但是很多花却葬送在了我的手里。今天我这里有一盆茉莉花，这是一盆有科技含量的花。下面老师请一位同学上来感受并展示一下这盆花的奥妙！（学生尝试改变茉莉花盆中花卉养护设备的温度、湿度、肥力、光线条件，教师通过教室大屏与手机App同屏，向班级学生展示花的温度、水分、光照、土壤养分等参数的变化。）

师：基于以上展示，回顾上节课的内容，我们再请一位同学结合智能花卉养护系统复习一下物联网的三层架构。

学生思考，回答。

师：感谢这个同学的总结，那我们这节课就从物联网的底层——感知层中的传感器开始认识物联网。

（设计意图：复习回顾上节课内容，物联网的三层架构。同时，创设本节课的情境——智能花卉养护系统，激发学生学习兴趣，引出本节课课题。）

二、理论探究：传感器

师：讲到传感器，首先从认识身边的传感器开始，下面我们一起来看一下。（视频播放：上周布置的课下任务，让不同小组的学生分别录制生活中不同类型传感器的应用实例视频，教师将学生的视频汇总合成。）PPT总结常见传感器。

师：我们的智能花卉环境测试传感器由湿度、肥力、温度、光线传感器组成。请大家思考传感器到底是一种什么装置呢？

学生思考并回答。

工作原理：

师：对比人的感官系统，我们根据不同传感器的功能，将常见传感器划分为以下几种类别：（PPT展示类别划分）（见文末表1）

师：除了以上我们提到的传感器，在很多应用上我们要用到智能传感器。

（设计意图：知识来源于生活，又服务于生活。此环节让学生结合生活中的实际应用，各类传感器的应用及寻找的过程，既是对知识的验证、梳理，又加深了对传感器的理解，让学生感受到知识在生活中的价值。学生对比人的感官，深入感知物联网中的传感器及其工作原理。采用对比人的感官系统的方式，也让学生对传感器的功能分类理解得更准确。）

三、实践探究：掌控板光线传感器信息获取与控制

师：传感器获取信息的方式包括：无线网络、蓝牙、串口（COM接口）等。上节课我们介绍过，掌控板与电脑的连接使用的是USB接口。

师：俗话说“晒不死的茉莉”，茉莉花喜光，养茉莉花，光照必须充足，光照越充足，茉莉花开花越多，没有光照，茉莉花是不会开花的。

【探究任务一】光线传感器信息的获取：分析光照环境

★问题描述：分析一段时间内，茉莉花当前位置的“光线值”，显示并绘制光线变化曲线，分析数据，为茉莉花寻找最佳的光照环境。

★问题分析（师生共同分析）：

光线采集设备：光线传感器；一段时间：按键A、B控制，按下A键，采集并绘制数据，按下B键停止工作；绘制光线变化曲线：打印光线值（与OLED屏显示不同）。

学生思考并回答算法描述。结合算法描述，学生完成学件的流程图填空。教师讲解演示部分代码设置。学生完成代码并调试，刷入掌控板，运行。教师讲解反馈任务过程中的问题。小组成果展示、评价，并分析此任务中光线数据获取的意义。

（设计意图：通过本任务，体验光线传感器对光线信息的采集过程。本任务的解决过程，就是对实际问题进行分析、抽象、建模的过程，通过算法描述、流程图、编程这样层层递进的形式，让学生将问题逐渐明确，从而提升学生分析问题、解决问题的能力。）

【探究任务二】光线传感器信息的获取与控制：增加光照时间

★问题描述

OLED屏显示当前光线值，当“光线值”小于50时，提示“当前光照值过低”并打开RGB灯，为茉莉花增加光照時间，亮灯时间持续2秒。

教师小提示：植物最喜欢红光和蓝光，最不喜欢绿色的光。

学生完成流程图填空。教师讲解演示部分代码设置。学生完成代码编写，刷入掌控板，运行。教师讲解反馈任务过程中的问题。小组成果展示、评价，分析对传感器数据获取及控制的意义。

（设计意图：通过本任务，体验光线传感器信息的获取及控制，让学生进一步理解传感器在物联网系统中的作用。）

【拓展任务】更合理地增加光照

★问题描述

当“光线值”小于100时，显示当前光线值，打开一个RGB灯，设置为红色，亮灯时间持续2秒。当“光线值”小于50时，显示当前光线值，打开两个RGB灯，设置为一红一蓝，亮灯时间持续2秒。当“光线值”小于10时，显示当前光线值，打开三个RGB灯，设置为两红一蓝，亮灯时间持续2秒。

学生完成代码并调试，刷入掌控板，运行。小组成果展示、评价。

（设计意图：分层次教学，让不同学习能力的学生都能有所收获。）

四、课堂小结

使用思维导图总结本节课知识点（思维导图略）。

师：传感器早已渗透到诸多领域。可以说，从茫茫太空到浩瀚海洋，几乎每一个现代化的项目都离不开传感器。

（设计意图：巩固总结本节课，同时引导学生拓展思路，勇于创新，共同憧憬并探究未来物联世界的奥秘。）

【教学反思】

“探究智能花卉养护系统——物联网中的传感器”一课，立足新课标要求——“了解物联网（特别是传感器系统）是连接物理世界与数字世界的纽带和媒介；根据学习任务的需要和可用的实验设备，设计并搭建具有数据采集、实时传输和简单控制功能的简易物联系统。能通过智能终端或编写程序，读取并处理含有物联功能设备中的数据，并进行适当反馈或控制。”课堂以智能花卉养护系统为导入，从物联网三层架构中的底层感知层出发，带领学生从认识、寻找传感器，到结合人的感觉器官理解传感器及其工作原理和分类，再到传感器的发展，整个过程通过学生实际操作、课前寻找、视频播放等形式，去调动学生的参与度和学习积极性。

探究部分结合掌控板，让学生体验简易物联设备中的传感器——光线传感器，任务一“分析茉莉花光照环境”，旨在让学生体验光线传感器信息的获取；任务二“为茉莉花增加光照时间”，旨在让学生体验光线传感器信息的获取与控制；拓展任务“为茉莉花更合理地增加光照时间”体现分层次教学，让每个学生都学有所获。通过层层探究让学生加深对传感器的认识，体验传感器信息的获取、数据的分析及控制，激发学生对物联网知识的学习兴趣。

本节课最满意的部分是将“寻找身边的传感器”部分前置，让学生课前去寻找、去发现，这样既节省了课上时间，又避免了课堂上学生思维打不开的尴尬，更难能可贵的是学生在寻找的过程中，既对知识进行了验证、梳理，又加深了对传感器的理解，更让学生感受到知识在生活中的价值。

反思本节课的不足之处：作品展示环节不够充分，比如一些问题作业没有进行充分的展示和分析；因为是mPython的第三节课，所以本节课作业采用了半成品的形式，对学生来说难度较小，不利于学生深入思考，后续课程中可以尝试让学生独自完成程序编写。

编辑：曾彦慧