2.3 物联网的控制反馈（2）教学设计 　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技术与执行器，围绕消防自动喷淋系统搭建，梳理传感器、控制器、执行器的协同逻辑及闭环控制流程。通过复习上节课组件协同知识，引出系统搭建需求，构建从组件认知到综合应用的学习支架。 以项目式学习为特色，结合真实案例，通过硬件分步接线、程序逻辑梳理、问题调试培养计算思维与数字化创新，强调技术服务社会的责任意识。助力教师高效教学，提升学生实践与系统优化能力。

第二单元第三节 物联网的控制反馈 第1课时 物联网控制技术与执行器 素养目标 （一）信息意识 1.能结合消防自动喷淋系统的搭建需求，准确识别所需的硬件组件（传感器、控制器、执行器），理解 “系统搭建” 是物联网技术（感知、控制、执行）的综合应用，认识到 “组件适配” 对系统功能实现的重要性。 2.能通过系统测试观察 “数据变化→执行器响应” 的过程（如温度升高→水泵喷水），感知物联网系统 “闭环控制” 的特点（监测→决策→执行→反馈）。 （二）计算思维 1.能分析消防自动喷淋系统的算法逻辑（如 “温度> 55℃→启动水泵；温度 < 55℃→关闭水泵”），并转化为流程图，具备 “将系统需求转化为技术逻辑” 的思维。 2.能排查系统搭建中的简单问题（如硬件接线错误导致水泵不启动、程序阈值设置不当导致误报警），具备 “发现问题→分析原因→解决问题” 的调试思维。 （三）数字化学习与创新 1.能小组合作完成消防自动喷淋系统的硬件搭建（传感器、控制器、执行器的连接），并根据教材程序示例修改参数（如调整温度阈值），体验 “从设计到实践” 的创新过程。 2.能通过系统测试记录数据（如温度阈值与水泵响应的关系），并基于数据提出系统优化建议（如调整阈值减少误报），培养 “基于数据优化技术” 的创新意识。 （四）信息社会责任 1.了解消防自动喷淋系统对保障生命财产安全的实际价值，认识到物联网技术在公共安全领域的应用意义，增强 “技术服务社会” 的责任感。 2.在系统搭建与调试中，树立 “严谨操作” 的意识（如安全接线、规范测试），避免因操作不当导致设备损坏或安全隐患，理解 “技术实践需遵循规范” 的责任。 学习重点 1、重点： （1）消防自动喷淋系统的硬件搭建：根据系统功能（温度监测、自动喷水）选择硬件（温度传感器、主控板、继电器、水泵），掌握 “传感器→主控板→执行器” 的接线逻辑（如电源正负极、信号引脚连接），结合教材图完成搭建。 （2）系统的程序编写与测试：理解 “温度阈值判断” 的程序逻辑（如 Python 中 “if 温度 > 55℃则启动水泵”），能修改教材程序中的阈值参数，并通过模拟测试（升高温度）观察执行器响应，验证系统功能。 2、难点： （1）硬件接线的规范性：如继电器与水泵的连接（继电器 “常开引脚” 接水泵电源、“公共引脚” 接电源正极），避免因正负极接反导致设备损坏，需结合教材接线图分步拆解。 （2）系统调试的逻辑：当系统不响应（如温度升高但水泵不喷水）时，能按 “硬件接线→程序逻辑→参数设置” 的顺序排查问题（如先检查传感器是否接对引脚，再检查程序是否正确读取温度，最后确认阈值是否合理），避免盲目调试。教学过程 一、导入 1.复习提问：“上节课我们学了消防系统需要温度传感器、控制器、水泵，谁能说说它们的协同流程？如果想让水泵‘温度超过 55℃才喷水’，这个逻辑该怎么实现？” 2.引出新内容：“今天我们就把这些‘零件’组装起来，搭一个能‘自动喷水’的消防自动喷淋系统，还要写程序、做测试，看看它能不能真的‘监测火灾、自动灭火’！” 素养目标 （1）教师解读目标：“我们要完成三件事 —— 选对硬件并接好线（搭建）、写程序实现‘温度高就喷水’（编程）、测试系统好不好用（调试），最后还要总结怎么优化系统。” 强调实践规范：“硬件接线要注意安全（先断电再接线），程序编写要对照逻辑，测试时要仔细观察，这都是做物联网实践的重要习惯。” 二、自主学习 1、发放 “自主学习任务单”，引导学生阅读教材（消防自动喷淋系统搭建、程序编写、测试部分），完成以下任务： 学习模块 关键问题 硬件选择与搭建 1. 消防自动喷淋系统需要哪些硬件？ 2. 温度传感器、继电器、水泵分别接主控板的哪些引脚？ 程序编写 1. 程序的核心逻辑是什么？（温度阈值判断） 2. 教材 Python 程序中，“设置数字引脚 P23 输出高电平” 是什么意思？对应哪个执行器动作？ 系统测试 1. 系统测试的步骤是什么？ 2. 测试中需要记录哪些数据？（如温度阈值、水泵响应情况） 三、高效点拨 1.硬件搭建：从 “组件” 到 “系统” （1）硬件清单（教材表 2-3-2）：明确每类硬件的作用，避免遗漏： 硬件类型 具体组件 功能 传感器 DS18B20 温度传感器 采集环境温度，检测火灾 控制器 开源硬件主控板（如 Arduino） 接收传感器数据，发送执行指令 执行器 继电器、水泵 继电器控制水泵电源，水泵喷水 辅助组件 电源、连接线、水管 提供电力，连接硬件，输送水源 （2）接线逻辑分步拆解（重点！结合教材图）： 传感器接线：温度传感器 “VCC” 接主控板 “5V”、“GND” 接 “GND”、“DATA（信号）” 接数字引脚（如 D4）——“先接电源，再接信号，避免烧传感器”； 继电器接线： 继电器 “VCC” 接主控板 “5V”、“GND” 接 “GND”、“S（信号）” 接数字引脚（如 P23）—— 控制继电器通断； 继电器 “COM（公共）” 接电源正极、“NO（常开）” 接水泵电源正极，水泵电源负极接主控板 GND——“继电器闭合时，COM 与 NO 连通，水泵通电”； 水泵接线：水泵 “+” 接继电器 NO 引脚、“-” 接电源负极 ——“确保水泵通电时能正转喷水”； 教师演示：用实物或仿真软件分步接线，强调 “正负极不能反”“引脚要对应”，并让学生对照教材图检查自己的接线方案。 2.程序编写：从 “逻辑” 到 “代码” 算法逻辑梳理（流程图）：教材图直观呈现，教师解读： 核心：“循环读取温度→判断是否超阈值→对应执行器动作”，实现 “闭环控制”。 3.系统测试与调试：从 “搭建” 到 “验证” （1）测试步骤（教材指导）： 硬件检查：断电状态下，对照教材图检查接线是否正确（如传感器信号引脚、继电器与水泵的电源连接）； 程序上传：将编写好的程序上传到主控板，打开终端查看温度数据是否正常显示； 模拟测试：用吹风机（低温档）加热温度传感器，观察 “温度升高到阈值→水泵是否喷水”“温度降低到阈值以下→水泵是否停止”； 记录数据：填写教材测试表（如下），记录关键现象。 （2）常见问题调试（教师预判指导）： 问题 1：终端无温度数据 —— 排查 “传感器接线是否接错引脚”“程序中传感器初始化是否正确”； 问题 2：温度超阈值但水泵不喷水 —— 排查 “继电器接线是否接错（如 COM 接成 NC 常闭）”“程序中引脚号是否与实际接线一致（如程序写 P23，实际接 P22）”； 问题 3：水泵一直喷水 —— 排查 “程序中阈值设置是否过低（如设 20℃）”“传感器是否故障（一直输出高温数据）”。 四、当堂训练 1、小组合作搭建系统：4 人一组，分工完成 “硬件接线（2 人）”“程序编写与上传（1 人）”“测试与记录（1 人）”，教师巡视指导，重点帮助解决接线错误、程序报错问题； 2、系统优化讨论：“我们搭建的系统还有哪些不足？怎么优化？” 引导学生提出： 功能优化：“加一个烟雾传感器，同时监测温度和烟雾，避免单传感器误报”； 体验优化：“加一个 LED 灯，喷水时 LED 亮，更直观”； 安全优化：“加一个手动开关，紧急时能手动关闭水泵”； 每组选择 1 个优化方向，简要设计方案，下节课可尝试实现。。 五、课堂小结 1、系统搭建：硬件选择→接线→程序编写→上传； 2、系统测试：检查→模拟→记录→调试。 六、课后作业 1、撰写 “消防自动喷淋系统搭建报告”（300 字），包含 “搭建步骤、遇到的问题及解决方法、系统功能评价”。 七、板书设计 物联网的控制反馈（第二课时） 核心内容 实践要点 一、系统硬件搭建 1. 硬件清单：温度传感器、主控板、继电器、水泵2. 接线逻辑：传感器→主控板（信号）；继电器→水泵（电源）3. 教材图 2-3-5 分步对照 先断电接线，正负极不反，引脚对应 二、系统程序编写 1. 逻辑：循环读温度→阈值判断→执行器动作2. 代码：初始化→循环→if 判断→引脚电平控制3. 修改：调整阈值、增加执行器指令 引脚号与硬件接线一致，阈值合理 三、系统测试与调试 1. 步骤：检查→上传→模拟→记录2. 调试：无数据查接线 / 程序，不喷水查继电器 / 引脚 用吹风机模拟高温，安全操作 四、系统优化 1. 功能优化：加烟雾传感器、LED2. 安全优化：加手动开关3. 体验优化：加蜂鸣器 基于需求选择优化方向，保持系统简洁 总结 物联网系统搭建：硬件 + 软件 + 调试，核心是 “组件适配、逻辑清晰、安全规范” —— 八、课后反思 学科网（北京）股份有限公司 $