第一单元第4课《跨学科活动：制作自控植物园》教案-2025-2026学年湘教版小学信息技术六年级下册

《跨学科活动：制作自控植物园》教案-2025-2026学年湘教版（新教材）小学信息技术六年级下册 一、学情分析 六年级学生已掌握"系统""控制""反馈"等基本概念，具备简单流程图分析与图形化编程基础，对实践活动兴趣浓厚。学生有植物种植的生活经验，了解植物生长需要水、阳光、适宜温度，但对"自动控制"与"植物生长"的结合认知不足。他们动手能力较强，但跨学科整合（信息科技+科学+劳动）、系统设计与问题解决能力有待提升，小组合作中需要明确分工、有效协作。 二、教材分析 本课是第一单元《现实世界中的系统》第四课，为单元跨学科实践活动课，是对前三课系统、控制知识的综合应用。教材以"制作自控植物园"为项目载体，融合信息科技（控制系统设计、传感器应用、编程实现）、科学（植物生长条件、环境监测）、劳动（动手搭建、植物养护）多学科知识。教材通过"需求分析—方案设计—硬件搭建—编程实现—测试优化"五步流程，引导学生完整经历项目式学习过程。教材注重实践与创新，强调"用控制技术解决生活问题"，培养计算思维、数字化实践能力与跨学科素养，是单元知识的落地与升华。 三、核心素养目标 （1） 信息意识 1. 能分析自控植物园的控制需求，识别所需数据（土壤湿度、光照、温度）与信息来源（传感器）。 2. 理解自控系统中"数据采集—信息处理—指令执行"的信息流动过程，形成"数据驱动自动控制"的意识。 （2） 计算思维 1. 能将自控植物园分解为"感知层（传感器）、控制层（主控板）、执行层（水泵、风扇）"子系统，梳理各部分功能。 2. 学会设计自控植物园控制逻辑（如土壤湿度过低→自动浇水），用流程图绘制完整控制流程。 3. 能根据测试结果优化控制参数（如浇水时长、湿度阈值），提升系统控制精准度。 （3） 数字化学习与创新 1. 掌握土壤湿度传感器、主控板、水泵等硬件的连接方法，完成自控植物园模型搭建。 2. 能用图形化编程软件实现自动浇水、光照监测等控制功能，调试并优化程序。 3. 小组合作完成项目，能结合植物特性创新设计（如添加温度报警、自动通风）。 （4） 信息社会责任 1. 体会信息技术与科学、劳动教育的融合价值，培养动手实践与劳动意识。 2. 树立"绿色环保""智慧生活"理念，感受科技对生态保护、生活便利的作用。 3. 遵守实践操作规范，爱护实验器材，培养安全、负责的科技实践态度。 四、教学重难点 （1） 教学重点 1. 理解自控植物园的系统组成与控制原理。 2. 掌握传感器、主控板、执行器的硬件连接与图形化编程实现。 3. 完成自控植物园搭建、测试与优化，实现自动浇水核心功能。 （2） 教学难点 1. 跨学科整合知识，设计科学合理的自控植物园控制方案。 2. 解决硬件连接、程序调试中的实际问题，优化系统稳定性。 五、教学准备 1. 硬件器材：主控板、土壤湿度传感器、光线传感器、微型水泵、风扇、导线、植物盆栽、种植土、电源。 2. 软件工具：mPythn图形化编程软件、编程模板、课件（含系统示意图、连接教程、程序案例）。 3. 学习材料：任务单、项目设计表、流程图模板、小组评价量表、科学植物生长资料。 六、教学过程 （1） 情境导入：问题驱动，明确项目 教师活动： 1. 呈现生活场景：展示"假期植物干枯""无人浇水枯萎"的图片，提问："我们喜欢种植植物，但经常忘记浇水或外出无法照料，怎么解决这个问题？" 2. 互动交流：引导学生提出解决方案（定时浇水、请人帮忙、自动装置）。 3. 引出课题："今天我们就用学过的控制系统知识，制作一个自控植物园，让植物实现'自动喝水、智能生长'！" 4. 明确项目目标：设计并制作能自动监测土壤湿度、自动浇水的自控植物园，可拓展光照、温度控制功能。 学生活动： 1. 观察图片，联系生活痛点，思考解决方案。 2. 自由发言，分享自己照顾植物的经历与遇到的问题。 3. 明确项目任务，激发实践兴趣与挑战欲。 设计意图：从生活问题出发，引发学生共鸣，自然引出跨学科实践项目，明确学习目标，激发探究与实践动力。 （2） 新知探究：自控植物园——系统与原理 教师活动： 1. 讲解核心概念：自控植物园是一个闭环控制系统，由三大部分组成： 感知层（输入）：传感器（土壤湿度传感器、光线传感器）→采集环境数据。 控制层（处理）：主控板（大脑）→分析数据，判断是否执行动作。 执行层（输出）：水泵（浇水）、风扇（通风）→执行控制指令。 2. 结合教材示意图，讲解核心控制逻辑（自动浇水）： 土壤湿度传感器检测湿度→数据传给主控板。 主控板对比预设阈值（如湿度<30%为缺水）。 湿度<30%→启动水泵浇水；湿度≥30%→水泵停止。 传感器持续检测，形成闭环反馈。 3. 跨学科融合：结合科学知识，讲解植物生长三要素（水分、光照、温度），明确自控植物园需监测的关键指标。 4. 师问生答： 师："自控植物园和航天器控制系统有什么相同点？" 生："都有感知、控制、执行""都有反馈""都是闭环系统"。 师："没错！复杂系统控制的原理是相通的，都是'感知—处理—执行—反馈'。" 学生活动： 1. 聆听讲解，结合示意图理解自控植物园系统组成与控制原理。 2. 联系上节课知识，对比航天器控制与自控植物园控制的共同点。 3. 小组讨论：结合科学知识，补充自控植物园可增加的功能（如光照不足补光、温度过高通风）。 4. 完成任务单：填写"自控植物园系统组成表"（部分、功能、作用）。 设计意图：衔接上节课知识，降低新知学习难度，融合科学学科知识，帮助学生构建完整的项目认知，明确系统设计思路。 （3） 方案设计：我的智慧植物园——规划与绘图 教师活动： 1. 布置设计任务：小组合作完成《自控植物园设计方案》，包含三部分： 需求分析：明确植物园功能（核心：自动浇水；拓展：光照监测、自动通风）。 系统设计：绘制硬件连接示意图、控制流程图（标注传感器、主控板、执行器）。 材料清单：列出所需硬件、植物、工具。 2. 提供模板：展示教材设计案例、流程图模板、连接示意图模板。 3. 指导要点： 控制逻辑要简单清晰，优先实现核心功能。 硬件连接要安全规范，传感器与执行器对应正确。 结合植物特性（如多肉少浇水、绿萝喜湿润）设定阈值。 4. 巡视指导：参与小组讨论，解答设计疑问，引导优化方案。 学生活动： 1. 小组合作（4人一组），分工：设计师、绘图员、记录员、发言人。 2. 讨论需求：确定本组植物园功能（基础+拓展）。 3. 绘制方案：完成硬件连接图、控制流程图，填写设计表。 4. 方案交流：小组间互相展示方案，提出修改建议。 5. 优化完善：根据建议修改方案，形成最终设计。 设计意图：通过项目式设计，培养学生系统规划、逻辑表达与合作能力，落实计算思维与跨学科素养，为实践搭建做准备。 （4） 实践操作：动手搭建——硬件连接与编程实现 教师活动： 1. 讲解硬件安全规范：轻拿轻放器材、正确连接导线（正负极不接反）、通电前检查线路。 2. 分步演示（结合教材操作步骤）： 步骤1：硬件搭建 连接传感器：将土壤湿度传感器接主控板模拟口。 连接执行器：水泵、风扇接主控板数字口。 固定装置：将传感器插入土壤，水泵水管放入植物花盆，固定主控板。 步骤2：图形化编程 打开mPythn软件，加载编程模板。 编写核心程序： 1 初始化传感器与执行器。 2 循环检测土壤湿度值。 3 条件判断：湿度<30%→启动水泵5秒；否则停止水泵。 4 拓展：添加光线传感器，光照<500→亮LED补光。 下载程序到主控板。 3. 巡视指导：帮助学生解决连接错误、程序调试问题，提醒安全操作。 4. 问题提示："如果水泵不工作，先检查线路还是程序？""湿度阈值怎么调整更适合植物？" 学生活动： 1. 领取器材，对照设计方案进行硬件连接，小组互相检查线路。 2. 打开编程软件，参考模板编写程序，实现自动浇水核心功能。 3. 下载程序，通电测试：观察传感器数据、执行器动作，记录问题。 4. 问题解决：小组合作排查故障（线路松动、程序逻辑错误），反复调试。 5. 拓展优化：完成基础功能后，尝试添加光照、温度控制功能。 设计意图：通过动手实践，将设计转化为实物，培养操作能力、问题解决能力与数字化实践能力，突破教学重难点。 （5） 测试优化：智慧植物园——调试与完善 教师活动： 1. 布置测试任务：对自控植物园进行功能测试，填写《测试记录表》： 测试1：土壤干燥时，是否自动浇水？浇水时长是否合适？ 测试2：土壤湿润时，水泵是否停止？ 测试3：拓展功能（光照、通风）是否正常？ 2. 引导优化： 功能优化：调整湿度阈值、浇水时长，适配植物需求。 稳定性优化：固定松动线路，优化程序逻辑（增加防误触发）。 外观优化：整理器材，美化植物园布局。 3. 小组展示：组织"智慧植物园成果展"，每组演示功能、讲解设计思路。 4. 评价交流：结合小组评价量表，从"功能实现、系统设计、合作创新、操作规范"四方面评价。 学生活动： 1. 小组测试：反复测试植物园功能，记录测试结果与问题。 2. 优化改进：针对问题调整参数、修改程序、完善硬件。 3. 成果展示：上台演示自控植物园，讲解系统组成、控制逻辑与创新点。 4. 互评学习：观看其他小组展示，学习优点，提出建议。 设计意图：通过测试优化，培养严谨的科学态度与精益求精的精神，通过展示评价提升表达能力，促进互相学习。 （6） 跨学科拓展：科技赋能生态——创新与应用 教师活动： 1. 拓展延伸：自控植物园是小型智慧农业模型，结合教材内容讲解智慧农业应用： 大棚自动控制：自动浇水、施肥、控温，提高农作物产量。 家庭园艺：智能花架、自动种植箱，让种植更简单。 生态保护：沙漠绿化自动灌溉系统，助力生态修复。 2. 跨学科讨论： 师："从科学角度，自控植物园对植物生长有什么好处？" 生："水分适宜、生长稳定、减少病虫害"。 师："从劳动角度，我们制作、养护植物园，体会到什么？" 生："劳动的快乐、责任、科技让劳动更轻松"。 3. 创新思考："如果让你改进自控植物园，你会加什么新功能？" 学生活动： 1. 了解智慧农业知识，感受控制技术在农业、生态中的应用价值。 2. 跨学科交流：结合科学、劳动知识，分享自控植物园的意义。 3. 畅想创新：提出"手机远程控制""自动施肥""生长数据记录"等创意。 4. 记录拓展内容，完善项目学习手册。 设计意图：拓展项目应用场景，深化跨学科融合，激发创新思维，让学生理解科技对生态、生活的积极作用。 七、课堂小结 1. 项目回顾：师生共同总结本课完成了"需求分析—方案设计—硬件搭建—编程实现—测试优化"全过程，成功制作自控植物园，掌握了闭环控制系统的综合应用。 2. 核心收获：学会用系统控制思想解决实际问题，实现了信息科技与科学、劳动的跨学科融合，提升了动手实践与创新能力。 3. 价值升华：科技源于生活、服务生活，希望同学们用学到的信息技术，设计更多智慧小发明，让生活更便捷、更绿色。 2 学科网（北京）股份有限公司 $