第一单元 第4课 制作智能盆栽浇水器 教学设计 2025-2026学年教科版初中信息科技 八年级下册

该初中信息科技教学设计聚焦智能盆栽浇水器制作，核心知识点为智能设备三大特征（交互、自主、通信）与闭环控制系统。通过复习前3课传感器采集、继电器控制等基础，引出智能设备需数据传输与远程控制，搭建从分散技能到系统整合的学习支架。 这份资料以项目式整合教学为特色，通过硬件总装、MQTT联网调试等实践，培养学生计算思维（闭环流程梳理）与数字化学习与创新（程序整合与远程控制）。强调安全规范与小组协作，契合信息社会责任，助力学生提升工程实践能力，为教师提供清晰分步指导与问题排查方案。

第4课 制作智能盆栽浇水器 课题 第4课 制作智能盆栽浇水器 课型 新授课 + 实践操作课 课时 1 总课时 教材分析 本课是第一单元项目成果课，整合前 3 课知识与技能，完成集数据采集、反馈控制、物联网传输、远程干预于一体的智能盆栽浇水器制作。教材围绕智能设备三大特征、闭环系统、硬件总装、程序整合、联网调试展开，实现完整物联系统搭建，培养学生系统思维与工程实践能力。 学情分析 学生已掌握传感器采集、继电器控制、基础编程，但对多硬件整合、MQTT 联网、远程控制、闭环程序逻辑整体运用不熟练。八年级学生动手意愿强、喜欢作品展示，但硬件接线易混乱、程序联调易出错，需分步引导、小组协作，强化规范与安全意识。 核心素养 （教学） 目标 信息意识：理解智能设备三大特征，建立物联数据传输与远程控制意识。 计算思维：梳理闭环控制流程与工作逻辑，能按步骤搭建完整控制系统。 数字化实践：完成硬件总装、程序整合、联网调试，实现自动浇水与远程干预。 信息社会责任：规范操作、爱护设备，树立用技术解决生活问题的创新责任。 德育安全 安全接线、断电操作；分工协作、尊重成果，践行科技向善与绿色环保理念。 教学重点 智能浇水器三大特征、闭环系统组成、硬件总装、整合调试与数据上传。 教学难点 MQTT 联网配置、湿度阈值判断与远程控制联动调试。 教法学法 教法：项目引领、示范讲解、分步指导、成果评价。 学法：小组合作、动手组装、联调测试、展示总结。 教学准备 主控板、传感器、继电器、水泵、电池、导线、电脑、PPT。 教学过程设计 复备栏 （一）复习导入，明确项目任务 知识回顾 师：前 3 课我们分别学习了哪些内容？ 生：设计方案、采集土壤湿度、反馈控制浇水。 师：一个真正的智能设备，除了自动控制，还需要具备什么能力？ 生：感知环境、自主运行、数据传输、远程控制。 情境引入 师：如果我们不在家，能不能查看绿植湿度？能不能远程浇水？今天我们就把所有功能整合起来，制作一台完整的智能盆栽浇水器，实现：自动浇水、数据上传、远程控制。 板书课题 第 4 课 制作智能盆栽浇水器 本课目标 理解智能设备三大特征 完成闭环控制系统框图与流程 硬件总装、整合编程、MQTT 联网 实现自动浇水 + 远程干预 + 数据分析 （二）新知学习：智能设备与闭环系统 智能设备三大特征结合教材讲解，学生齐读并记忆： 与环境交互：通过传感器感知环境（土壤湿度）。 自主运行：根据阈值自动判断、自动控制水泵。 通信：连物联网平台，数据上传、远程指令控制。 完成 “写一写” 填空(1) 与环境交互：通过土壤湿度传感器感知湿度。 (2) 自主运行：主控板比较设定阈值与采集湿度值，控制水泵 (3) 通信：通过WiFi / 无线网络传输数据，实现远程控制。 闭环控制系统框图 引导学生补全框图：设定湿度值 → 比较器 → 主控板 → 电磁继电器 → 水泵 → 土壤 → 湿度传感器 → 回传比较器 工作流程梳理 教师带领学生完善流程图：开始 → 初始化（阈值、显示、网络）→ 采集湿度 → 上传平台 → 是否收到远程指令？→ 比较湿度与阈值 → 低于阈值开水泵 → 达标关水泵 → 循环 （三）方案设计与系统整合 整体功能方案 实时采集土壤湿度并屏幕显示 数据上传物联网平台 可设置 30/60 秒采样间隔 自动判断湿度，低于阈值启动水泵 支持远程设置阈值、远程控制 状态实时显示：湿度、倒计时、水泵状态 硬件总清单 主控板、电池盒、电磁继电器、水泵、土壤湿度传感器、电脑、导线。 安全规范强调 先接线，后通电；先断电，后拆线。 传感器探针不短路、不沾水。 继电器与水泵接线牢固，不反接。 小组分工：操作员、接线员、编程员、记录员。 （四）实践操作：硬件连接与整合编程 硬件连接（重点）按照教材图示规范连接： 土壤湿度传感器 → P21 电磁继电器 → P24 水泵 → VOUT 电池盒 → VIN教师逐一检查，确保接线正确、安全、整齐。 程序编写（四大部分） (1) 初始化程序 设置湿度数据、阈值、时间变量 液晶显示：标题、土壤湿度、采样频率、湿度阈值、水泵状态 设置 P24 为低电平，水泵初始关闭 (2) 网络配置（MQTT） 初始化 MQTT 连接物联网平台 订阅主题：浇水器 / 土壤湿度、浇水器 / 湿度阈值 保持在线、数据收发 (3) 按钮与采样设置 30 秒、60 秒按钮切换采样间隔 点击更新显示与变量 (4) 主程序与水泵控制 循环采集 P21 模拟值 更新屏幕显示 MQTT 发布数据到平台 判断实际湿度＜设定阈值：✅ 是 → 高电平 → 水泵开 → 状态显示 “开”✅ 否 → 低电平 → 水泵关 → 状态显示 “关” 支持远程指令覆盖控制 上传与联调 上传程序，观察屏幕是否正常显示 查看 MQTT 数据是否上传成功 测试传感器：干 / 湿状态数值变化是否正常 测试自动浇水：低于阈值是否启动、达标是否停止 测试远程控制：平台发指令能否响应 常见问题排查 无数据：检查 P21 接线、传感器是否正常 水泵不动作：检查 P24、继电器、供电 联网失败：检查 WiFi、MQTT 配置 逻辑错误：核对阈值判断语句 （五）成果展示与评价交流 小组作品展示各组演示： 实时采集湿度显示 数据上传平台 自动浇水启停 远程控制干预 界面状态刷新 评价标准 接线规范安全 功能完整实现 程序逻辑正确 小组协作高效 表达清晰有序 课堂总结 智能盆栽浇水器 = 感知 + 控制 + 传输 + 智能决策它是典型的物联网闭环反馈系统，体现技术服务生活、科技助力绿色生态。 （六）课堂小结与作业布置 小结 本课整合全单元知识，完成了从方案到实物、从采集到控制、从本地到远程的完整物联系统制作，理解了智能设备与闭环控制，提升了工程实践与创新能力。 作业(1) 整理作品硬件图、程序框图、测试记录。(2) 导出平台数据，用列表法、作图法分析。(3) 思考：如何增加光照、雨水感应升级作品？ 板书设计 第 4 课 制作智能盆栽浇水器 一、智能设备三大特征 交互：土壤湿度传感器 自主：自动判断、自动浇水 通信：WiFi + MQTT + 远程控制 二、闭环控制系统 设定阈值 → 比较 → 主控板 → 继电器 → 水泵 → 土壤 → 传感器回传 三、硬件连接 传感器 (P21) → 主控板 → 继电器 (P24) → 水泵 → 电池 四、核心功能 自动浇水 + 数据上传 + 远程干预 + 实时显示 教 学 反 思 本课为单元成果课，学生整合运用技能的意愿强烈，整体参与度高。多数小组能完成硬件组装与基础功能，但 MQTT 联网、远程阈值判断联调难度较大，进度差异明显。后续应简化网络配置步骤，提供模块化程序，加强分层指导与小组互助，进一步强化安全操作与工程规范性。 学科网（北京）股份有限公司 $