2.3物联网的控制反馈 2025—2026学年川教版（2024）信息科技八年级上册

该初中信息科技教学设计聚焦物联网控制反馈机制，围绕“感知→控制→执行→反馈”的闭环逻辑，从感应灯自动控制引入，逐步过渡到消防喷淋系统的搭建实践，通过情境冲突、实物演示与项目驱动构建清晰的学习支架。 本设计亮点突出，融合信息意识、计算思维与数字化学习与创新三大核心素养。以“消防自动喷淋系统”为真实任务，引导学生在硬件连接中强化信息意识中的安全规范与数据可靠性判断，在程序编写中体现计算思维的抽象建模与算法设计能力，如通过温度阈值判断实现自动响应；同时借助Arduino平台开展动手实践，激发数字化学习与创新活力，提升问题解决能力和工程思维。教师可直接套用完整流程与代码模板，降低备课难度，学生则在做中学、学中悟，真正实现知识迁移与技术内化。

课题 第三节 物联网的控制反馈 授课时间 教学目标 知识与技能 1. 能说出物联网控制技术的两种类型（自动控制、远程控制），并举例说明其应用场景（如感应灯的自动控制、手机远程控制智能家居）。 2. 能识别常见的执行器（继电器、水泵、蜂鸣器等），描述其功能（如继电器控制电路通断、水泵实现液体输送）。 3. 能完整阐述消防自动喷淋系统中 “感知→控制→反馈” 的工作流程：传感器监测异常→控制器分析决策→执行器动作→系统反馈结果。 4. 学会搭建简易消防自动喷淋系统原型（连接传感器、主控板、执行器），通过编程实现 “温度超标时自动启动水泵” 的功能。 过程与方法 1. 通过 “感应灯工作原理分析” 活动，培养从生活实例中提炼控制逻辑的能力。 2. 在 “消防系统执行器选型” 小组讨论中，学会根据功能需求匹配执行器类型，提升问题解决能力。 3. 通过 “搭建消防自动喷淋系统” 实践，经历 “功能设计→硬件连接→程序编写→调试优化” 的完整过程，掌握物联网系统构建的基本方法。 情感态度与价值观 1. 体会物联网 “控制反馈” 机制的闭环逻辑，认识技术系统中各环节的协同价值。 2. 激发对智能控制技术的探索兴趣，培养严谨的工程思维和动手实践能力。 教学重点 1. 物联网控制技术的类型（自动控制、远程控制）及应用场景。 2. 执行器的功能及在消防系统中的应用（如水泵负责喷水、蜂鸣器负责报警）。 3. 消防自动喷淋系统的 “感知→控制→反馈” 流程及系统搭建。 教学难点 理解 “控制器如何根据传感器数据向执行器发送指令” 的逻辑（如温度＞55℃时，控制器触发继电器启动水泵）。 硬件连接中执行器与主控板的匹配（如继电器的电压适配、水泵的电源接入）。 教学方法 1. 情境分析法：通过感应灯、远程控制智能家居等生活场景，解析控制技术的原理。 2. 实物演示法：展示继电器、水泵等执行器的工作状态，直观理解其功能。 3. 项目式学习法：以 “搭建消防自动喷淋系统” 为项目，引导学生动手实践系统构建。 4. 问题链引导法：通过 “传感器监测到火灾后，谁来启动喷淋？→执行器如何接到指令？→动作后如何确认效果？” 等问题串联知识点。 教学流程 教师批注 课堂导入 复习回顾：上节课学习了传感器的选型与数据读取，提问：“消防自动喷淋系统中，温度传感器监测到温度超过55℃后，接下来需要做什么？”（学生回答：启动喷淋装置灭火） 情境冲突：展示两张图片,左图为“传感器监测到高温但喷淋未启动”，右图为“喷淋及时启动灭火”，提问：“是什么让喷淋装置‘知道’该行动了？” 实物演示：教师操作简易装置——用手捂住温度传感器（模拟高温），几秒后水泵自动启动喷水，引发学生好奇：“这个过程中，谁在‘发号施令’？谁在‘执行命令’？” 引出主题：今天我们学习物联网的“控制与反馈”机制，揭开《物联网的控制反馈》的奥秘。 教学过程 1.物联网的“控制中枢” 控制技术的两种类型： 自动控制： 概念：无需人工干预，设备按预设规则自动运行。 案例解析： 感应灯：光线传感器检测到“黑暗”+人体传感器检测到“有人”→自动开灯；人离开后→自动关灯。 智能灌溉：土壤湿度传感器检测到“湿度低于阈值”→自动开启水泵浇水；达到阈值→自动关闭。 现场模拟：学生扮演“传感器”和“控制器”，当教师说“温度30℃”（正常）时保持不动，说“温度60℃”（超标）时举手示意（模拟自动触发动作）。 远程控制： 概念：通过手机、电脑等终端发送指令，远程操控设备。 案例解析： 远程控制空调：手机App发送“开机+制冷26℃”指令→空调接收后执行，同时反馈“已开机”状态。 远程启动消防设备：消防员在指挥中心通过系统向火场附近的喷淋装置发送“启动”指令→设备执行并反馈“已喷水”。 互动体验：教师用手机远程控制教室的智能插座（连接小台灯），演示“开灯→关灯”过程，让学生观察指令与动作的对应。 控制技术对比： 控制类型 核心特点 适用场景 自动控制 无需人工，响应快 火灾、灌溉等实时场景 远程控制 灵活便捷，可异地操作 临时干预、无人值守场景 2.物联网的“执行能手”:执行器 执行器的角色： 概念：接收控制器的指令，执行具体动作（如开关、转动、发声等），是物联网系统的“手和脚”。 与传感器的关系：传感器“感知数据”→控制器“分析决策”→执行器“执行动作”（展示三者关系示意图）。 常见执行器及功能： 继电器： 实物展示：继电器模块（带指示灯），演示“低电压控制高电压”——用3.3V信号控制220V灯泡的开关。 功能：相当于“电子开关”，通过小电流信号控制大电流设备（如水泵、加热器）的通断。 应用：消防系统中，继电器接收控制器指令，接通水泵电源。 水泵： 实物演示：连接水泵到继电器，触发后观察水泵抽水、喷水过程。 功能：输送液体（水、灭火剂等），是消防喷淋系统的核心执行器。 蜂鸣器： 现场测试：编程触发蜂鸣器发出“滴滴”声，说明其“提示或报警”功能。 应用：火灾时，与喷淋装置同步启动，发出警报提醒人员撤离。 舵机： 简单演示：控制舵机转动角度，说明其“精确控制机械部件”功能（如控制阀门开关）。 “执行器找搭档”活动： 给出场景：“火灾时需要同时完成‘喷水灭火’和‘发出警报’”，让学生匹配对应的执行器（水泵+蜂鸣器），并说明理由。 3.项目实践：搭建消防自动喷淋系统 功能目标：当温度传感器检测到环境温度超过55℃时，控制器触发继电器启动水泵喷水，同时蜂鸣器报警；温度低于阈值时，自动停止。 实施步骤： 硬件清单确认： 传感器：温度传感器（DS18B20，测量范围-55~125℃）。 控制器：Arduino主控板。 执行器：继电器模块、12V水泵、蜂鸣器、12V电源。 其他：导线、水管、盛水容器。 硬件连接指导： 温度传感器→主控板：VCC接3.3V，GND接GND，DATA接数字引脚D2。 继电器→主控板：VCC接5V，GND接GND，信号脚接数字引脚D3；继电器输出端连接水泵和12V电源。 蜂鸣器→主控板：VCC接5V，GND接GND，信号脚接数字引脚D4。 教师强调：“水泵需单独接12V电源，继电器起到‘隔离保护’作用，避免烧毁主控板。” 学生分组连接，教师巡视检查，重点纠正电源正负极和信号脚连接错误。 程序编写与上传： 展示流程图： plaintext 开始→初始化设备→读取温度 →温度＞55℃？→是→继电器开（水泵工作）+蜂鸣器响 →否→继电器关（水泵停止）+蜂鸣器停 →循环执行 提供参考代码： cpp 运行 #include<OneWire.h> #include<DallasTemperature.h> #defineONE_WIRE_BUS2//温度传感器引脚 #defineRELAY_PIN3//继电器引脚 #defineBUZZER_PIN4//蜂鸣器引脚 OneWireoneWire(ONE_WIRE_BUS); DallasTemperaturesensors(&oneWire); floattemp; voidsetup(){ pinMode(RELAY_PIN,OUTPUT); pinMode(BUZZER_PIN,OUTPUT); sensors.begin(); } voidloop(){ sensors.requestTemperatures(); temp=sensors.getTempCByIndex(0); if(temp>55){ digitalWrite(RELAY_PIN,HIGH);//启动水泵 digitalWrite(BUZZER_PIN,HIGH);//蜂鸣器报警 }else{ digitalWrite(RELAY_PIN,LOW);//停止水泵 digitalWrite(BUZZER_PIN,LOW);//停止报警 } delay(1000); } 学生上传代码后，用热风枪（模拟高温）加热温度传感器，观察系统是否自动启动水泵和蜂鸣器。 系统测试与反馈： 记录测试结果： 测试场景 水泵状态 蜂鸣器状态 结论 温度40℃（正常） 停止 不响 符合预期 温度60℃（超标） 工作 报警 符合预期 讨论：“如果水泵未启动，可能的原因有哪些？”（电源未接好、继电器引脚接错、程序阈值设置错误等） 课堂小结 知识梳理： 1. 控制技术：自动控制（自主响应）、远程控制（终端指令）。 2. 执行器：继电器（控电路）、水泵（输液体）、蜂鸣器（发声报警）。 3. 系统流程：感知（传感器）→控制（控制器）→执行（执行器）→反馈（状态监测） 布置作业 1. 绘制“远程控制家中加湿器”的流程图，标注用到的控制技术和执行器。 2. 改进消防自动喷淋系统，增加“远程手动启动”功能（提示：需加入Wi-Fi模块实现远程指令接收）。 教学板书 物联网的控制反馈 一、控制技术 1.自动控制：无需人工，按规则运行（感应灯、智能灌溉） 2.远程控制：终端指令，异地操作（远程开空调、消防设备） 二、执行器（“手和脚”） 继电器：控制电路通断（如启动水泵） 水泵：输送液体（喷水灭火） 蜂鸣器：发声报警 三、消防系统流程 传感器（测温度）→控制器（判阈值）→执行器（水泵+蜂鸣器）→反馈（灭火状态） 教学反思 1. 执行器的硬件连接是本节课的难点，部分小组因电源正负极接反导致设备损坏，下次课需提前强调“先断电连接，检查无误后再通电”的操作规范，并准备备用设备。 2. 程序编写中，学生对“温度阈值判断”的逻辑理解较好，但对传感器库文件的调用仍有困惑，需在课前通过微课预习相关基础知识。 3. 系统测试环节能有效激发学生的成就感，可增加“故障排查”任务（如故意设置接线错误，让学生分析原因），进一步提升问题解决能力。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $