第七章跨学科主题--学习建设智慧农场 活动利用物联网技术优化生物学实验 　教学设计　2024—2025学年苏科版（2023）初中信息技术八年级下册

主备人 实施人 实施时间 总第 课时 课　　题 利用物联网技术优化生物学实验 教 学 目 标 （一）知识目标 学生能准确阐述植物光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等生物学原理，以及这些原理在智慧农场植物生长中的重要性。 理解物联网技术的基本概念，掌握传感器、控制器等设备在智慧农场中的功能和应用原理。 （二）能力目标 培养学生运用物联网设备采集、分析生物学数据的能力，能够从数据中发现植物生长与环境因素的关联。 提升学生跨学科知识整合与应用能力，学会利用生物学知识和物联网技术解决智慧农场中的实际问题 。 （三）情感态度与价值观目标 激发学生对生物学和物联网技术的学习兴趣，增强对跨学科知识的探索欲望。 培养学生的科学探究精神和创新意识，提高学生团队协作能力和实践操作能力。 教学重点 1、生物学原理与物联网技术在智慧农场中的融合应用。 2、基于物联网数据的生物学实验设计与分析。 教学难点 1、引导学生将复杂的生物学现象与物联网数据进行有效关联和解读。 2、让学生在跨学科情境中，灵活运用知识解决智慧农场中植物生长优化的实际问题。 教学方法 采用项目式学习法、小组合作探究法、实验教学法相结合，通过创设智慧农场建设的项目情境，引导学生分组合作完成生物学实验设计与物联网技术应用任务。 教　学　过　程 二次备课 （一）情境导入（5 分钟） 播放一段现代化智慧农场的视频，展示物联网技术在智慧农场中的应用场景，如自动调节温湿度、光照强度，实时监测土壤养分等。 提问引导：“在这个智慧农场中，植物为什么能生长得如此良好？物联网技术在其中起到了什么作用？” 引发学生思考，导入本节课主题。 （二）知识讲解（15 分钟） 1、生物学原理回顾 结合苏科版八年级下册第七章内容，通过 PPT 展示和讲解，回顾植物光合作用（如公式：二氧化碳 + 水叶绿体光能有机物（储存能量） + 氧气 ）、呼吸作用（有机物 + 氧气⟶二氧化碳 + 水 + 能量）和蒸腾作用的原理，强调这些生理过程与环境因素（如温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等）的关系。 2、物联网技术简介 利用图片、动画等形式，介绍物联网技术的基本组成，包括传感器（如温湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳传感器等）、控制器（如智能开关、自动灌溉控制器等）和数据传输与处理系统。讲解传感器如何采集环境数据，控制器如何根据预设程序或数据分析结果对环境进行调节。 （三）分组讨论与实验设计（20 分钟） 1、分组 将学生分成 4 - 5 人一组，每组推选一名组长。 2、布置任务 提出智慧农场建设中的生物学问题，如 “如何通过物联网技术调节环境，提高植物的光合作用效率？”“怎样监测和控制土壤湿度，满足植物生长需求？” 等。要求各小组围绕这些问题，结合生物学原理和物联网技术，设计一个生物学实验方案。 3、小组讨论 各小组展开讨论，教师巡视指导，鼓励学生积极思考，引导学生在设计实验时明确实验目的、实验变量、实验步骤、数据采集方法和预期结果等。例如，在设计提高光合作用效率的实验中，确定以光照强度为变量，利用光照传感器监测光照强度，通过智能调光设备调节光照，记录不同光照强度下植物的光合速率（可通过测量氧气释放量或二氧化碳吸收量等方式）。 （四）实验方案展示与交流（15 分钟） 1、小组展示 每个小组派代表上台展示实验设计方案，利用 PPT、手绘图表等形式，详细介绍实验目的、设计思路、具体步骤和预期成果。 2、交流评价 其他小组认真倾听，提出疑问和建议，展示小组进行解答和补充。教师对各小组的实验方案进行点评，肯定优点，指出不足，如实验设计的科学性、可行性，变量控制是否合理，数据采集方法是否准确等。引导学生相互学习，完善实验方案。 （五）模拟实验与数据处理（20 分钟） 1、模拟实验 利用虚拟仿真实验平台，模拟智慧农场环境，让学生按照设计的实验方案进行操作。学生通过操作平台上的物联网设备，设置不同的环境参数，启动实验，观察植物生长状态和各项数据的变化。 2、数据处理 学生采集实验过程中产生的数据，如不同时间点的温湿度、光照强度、植物生长指标（如株高、叶片数量等）。运用电子表格软件（如 Excel）对数据进行整理、分析，绘制折线图、柱状图等，直观呈现数据变化趋势，探究环境因素与植物生长的关系。 （六）总结与拓展（10 分钟） 1、总结 邀请学生分享本次实验的收获和体会，教师进行系统总结，梳理生物学原理与物联网技术在智慧农场实验中的融合应用要点，强调跨学科学习的重要性和方法。 2、拓展 布置课后作业，让学生调查身边的农业种植情况，思考如何运用所学知识，提出利用物联网技术改进传统种植方式的建议，鼓励学生将跨学科知识应用到实际生活中 。 五、教学评价 1、过程性评价 观察学生在小组讨论、实验设计、模拟实验操作等环节中的参与度、合作能力、问题解决能力，记录学生的表现，及时给予反馈和评价。 2、结果性评价 对学生的实验方案设计、数据处理结果和实验报告进行评价，考查学生对生物学知识和物联网技术的掌握程度，以及跨学科知识应用能力。 教学反思 本次“利用物联网技术优化生物学实验”跨学科教学实践后，我进行了深入反思。从积极方面来看，将物联网技术融入生物学实验有效激发了学生兴趣，虚拟仿真平台与数据处理环节让抽象知识可视化，学生能直观感受环境变量对植物生长的影响，跨学科思维与实践能力得到锻炼。小组合作模式也提升了学生的沟通协作能力。然而，教学中仍存在不足：部分学生对物联网设备原理理解较浅，导致实验设计时难以精准关联生物学问题；虚拟实验虽降低操作门槛，但缺乏真实触感，部分学生对数据的真实性存疑；课堂时间有限，部分小组实验讨论与数据解读不够深入。后续教学中，我将增加物联网基础操作演示，引入真实农场数据增强代入感，并优化时间分配，确保每个环节扎实推进，进一步提升跨学科教学效果。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$