第18课 土壤湿度控制好（教学设计）2026-2027学年六年级全一册信息科技人教版

该小学信息科技教学设计聚焦土壤湿度控制系统的组成、工作原理、阈值应用及闭环反馈机制。通过四年二班绿植缺水的情境导入，结合视频《土壤湿度的秘密》与自学材料，引导学生从生活问题出发，逐步探究科技解决方案，搭建起从现象观察到原理分析的学习支架。 此资料以实验探究为主线，通过虚拟仿真演示、分组采集分析土壤湿度数据、绘制流程图与填写真值表等活动，培养学生计算思维与数字化学习能力。拓展环节联系农业大棚与家庭应用，引导查阅社会效益，强化信息意识与社会责任。为教师提供完整探究活动设计，助力学生提升科学探究与问题解决能力。

教学设计 课程基本信息 学科 信息科技 年级 六年级 学期 第一、二学期 课题 第18课 土壤湿度控制好 教学目标 1.在探究控制土壤湿度的实验中，体验提出假设、实验验证的科学方法，理解土壤湿度控制系统的组成及工作原理。（数字化学习与创新、计算思维） 2.经历实验数据采集、记录、分析的过程，理解阈值的作用及其在控制系统中的应用。（信息意识、计算思维） 3.经历用流程图描述控制土壤湿度算法的活动，理解闭环反馈机制，归纳闭环控制的特点。（计算思维） 4.通过查阅资料及交流，认识土壤湿度控制系统的经济与社会效益，感悟科技融合对可持续发展的意义。（信息意识、社会责任） 教学重难点 教学重点： 1.土壤湿度控制系统的工作原理和算法。 2.阈值的作用及其在控制系统中的应用。 教学难点： 1. 土壤湿度的测定以及阈值的设定。 教学过程 一、情境创设，激发探究欲望 开学第一天，四年二班的同学就向我们发出了求助，听！ 生：早上一进教室就发现放假前郁郁葱葱的绿植好像生病了一样，无精打采，叶子皱巴巴的，花盆里的土都干得裂开了，好可怜啊！我们该怎么办呢？ 看到绿植的现状，老师也深感惋惜。咱们一起看一段视频，说不定能从中找到让绿植恢复生机的好办法呢！ 播放视频：《土壤湿度的秘密》 视频中提到一个词语，土壤湿度，什么是土壤湿度呢？请大家看老师提供的材料进行自学。 PPT出示自学内容，学生自学。 看来，植物在适合的土壤湿度中才能健康成长。那怎么才能精准地了解和控制土壤湿度，避免教室的玉树因为缺水或者水分过多再次出现问题呢？ 个别回答：说自己的想法。 同学们提出将现代科技融入植物养护的想法，非常有创意！今天，我们也计划搭建一个土壤湿度控制系统，让养护过程更智能、更高效。就让我们一同揭开控制土壤湿度的神秘面纱，探索其中蕴含的科技奥秘吧！ 二、猜想演示结合，认识系统组成 活动1：了解土壤湿度控制系统的基本组成 （1） 猜想： 大胆猜想一下，土壤湿度控制系统是由哪些部分组成的？又是如何工作的？把你的想法悄悄地藏在心里，我们从虚拟仿真系统中一探究竟。 （二）实验验证： 师打开虚拟仿真系统进行演示，分别演示土壤湿度值分别为低于阈值、临界值、高于阈值时水泵出水情况，重点聚焦在土壤湿度从25%到30%的增长过程，观察水泵从出水到停水这一转折的关键数据，初步感知阈值作用以及土壤湿度控制系统的工作原理。 （三）结论： 这个仿真系统要变为现实，土壤湿度控制系统应该由哪些部分组成？ 学生根据虚拟仿真系统中感知到的回答：由土壤湿度传感器、计算机和网络、浇灌设备组成。 教师补充：土壤温度控制系统除了上述的硬件之外，还要有相应的软件和程序，才能实现对土壤温度的控制。 三、实验探究验证，剖析工作原理 活动2：分析土壤湿度控制系统的工作原理 （一）土壤湿度控制系统的工作原理及阈值探索实验 1.实验猜想 从自学的资料中，我们知道了玉树是一种多肉植物，比较耐旱，理想的土壤湿度是30%～50%。如果我们要为玉树打造一个土壤湿度控制系统，你认为阈值应确定为多少合适？ 生回答。应该在上下限之间，设为40%较为合理。 要想控制土壤湿度值与阈值保持一致，这就需要了解土壤湿度控制系统的工作原理。 猜一猜：土壤湿度控制系统是怎么工作的？ 小组内说一说，然后把你们组的猜想填写在实验单上“三、实验猜想”部分吧！ 猜想正确吗？我们用实验来验证，用数据来说话。 2.实验验证 （1）实验准备 ①自学实验注意事项： 在连接硬件时，注意不要接错线，避免短路导致设备损坏； 在运行程序时，注意观察设备的运行状态，如发现异常情况，立即停止操作并检查原因； 每检测完一份土壤样本，要用纸巾将传感器擦拭干净后再检测下一份土壤样本； 在实验过程中，注意保持实验场地的整洁和干燥，避免滑倒或触电等意外事故的发生。 ②组长打开实验器材，根据实验单上的硬件准备，逐一清点。 （2）数据收集 实验1：测定土壤样本的湿度数据 ①连接硬件 ②打开程序上传代码 打开Mpython软件，找到电脑桌面上“学习活动2”的代码上传到主控板。 ③组长带领组员采集5组土壤湿度数据 将土壤湿度传感器逐一放到待测量的土壤中，分别测量土壤的湿度，观察主控板显示数据，记录在实验单上。 实验记录表 1 2 3 4 5 对应的土壤湿度数据 水泵是否出水 水泵从出水到不出水时的湿度转折数据 强调：1.注意数据分布的合理性，数据要覆盖“干燥－临界－湿润”区间。 2.可以多次测量，验证数据的正确性。 学生分组实验。 小组汇报： 1.测得的土壤湿度样本数据。 2.测量的方法和测量过程中遇到的问题以及解决方案。 同学们实验数据采集得很全面，测量方法也很严谨，保证了数据的准确性和可靠性，为得出科学结论提供了有力支持。 实验2：测定当前湿度数据下水泵的工作状态 ①在原有装置的基础上连接水泵。 ②将土壤湿度传感器分别放到五份土壤样本中，观察水泵的工作状态（检测顺序要和第一次一致），并填写表格第二行“水泵是否出水”。 ③如果水泵出水，请仔细观察主控板湿度数据，记录下水泵从出水到不出水时的转折数据。写在表格第三行“水泵出水到不出水时的湿度转折数据”。 强调：注意观察记录水泵从不出水到出水的转折数据。 学生实验。 教师巡视指导，及时记录学生的表现，如是否能正确操作设备、是否能准确记录数据、是否能积极思考和解决问题等，及时进行评价。 小组汇报；简要说出各个湿度情况下水泵出水的情况。 同学们对实验现象的理解和归纳能力很强，抓住了实验核心。 3.数据整理和分析 ① 分析阈值 得出数据后，我们要对数据进行整理和分析，寻找数据背后隐藏的信息和规律。请你分析实验数据，填写《实验探究单》中的“（三） 数据整理和分析”部分内容1。 小组汇报：测得的大致湿度阈值数据，分析阈值确定的过程，可能取平均值或者最小值。 ②验证阈值 系统中，已经为土壤湿度传感器预设了阈值，请你在代码中试着找找吧？ 学生尝试从计算机代码中寻找阈值数据。 ③分析土壤湿度数据、阈值、水泵之间的关系，为土壤湿度控制系统的工作原理做铺垫 分析实验数据记录表中的湿度数据和水泵工作状态，对比系统中设定的阈值，你有什么发现？根据你的发现填写《实验探究单》中的“（三） 数据整理和分析”部分内容2. 小组汇报：理解土壤湿度控制系统的工作原理，通过对数据进行对比，知道实验样本较小的情况下，实验数据的误差可能会比较大。 4.得出结论 通过数据分析，能得出什么结论呢？填写实验探究单“六、实验结论”部分。和实验猜想对比一下，你的猜想成立吗？ 各组汇报实验结论并验证猜想。 （二）反思提升 【思考1】土壤湿度改变了，相当于改变了控制系统的什么？导致控制系统发生什么变化？ 思考并回答。明确：土壤湿度的改变，相当于改变了控制系统的输入。经过计算，输出会发生相应的变化，导致水泵的状态也随之变化，从而实现对土壤湿度的控制。 【思考2】阈值的设定对控制系统有什么影响？ 思考并回答。明确：阈值是控制系统状态发生变化的一个重要条件，改变了阈值，就改变了控制系统状态发生变化的条件。 【思考3】如果将实验中设定的阈值用在给玉树设置的土壤湿度控制系统中，适合吗？为什么？如果不适合，如何修改系统中的阈值？ 生：对比数据，得出结论：60%湿度过高，可能会造成积水、烂根、不适合玉树湿度系统，将系统中的阈值修改为40%较为合适。 同学们的思考与回答展现出了较高的科学思维水平与知识迁移能力，能准确把握土壤湿度、阈值与控制系统之间的关系，还能结合实际情况分析，值得充分肯定。 四、梳理数据逻辑，解析控制算法 活动3：分析控制土壤湿度的算法 1.补充控制土壤湿度的算法流程图 实验中是如何根据土壤湿度数据来控制水泵开关的呢？请大家完成土壤湿度控制流程图，特别注意 “判断条件” 的绘制要以代码中实际获得的数据为准。 学生独立完成，师巡视指导。 学生展示并讲解算法流程图。 2.填写土壤湿度与水泵状态真值表 讲解：同学们，之前咱们用 “真” 和 “假” 来填写真值表 ，从这节课起，填写真值表要用1和0来填写，用 1 代表 “是” ，0 代表 “否” 。这就好比给逻辑判断换了套更简洁的数字 “语言” ，在很多计算机相关和逻辑运算的场景里，这种 1 和 0 的表示方法能让我们的逻辑表达更清晰、更规范，方便后续深入学习相关知识。 土壤湿度和水泵状态真值表 土壤湿度超过阈值 水泵启动 学生独立完成，汇报交流。 3.归纳闭环控制的特点 【思考1】土壤湿度控制系统是闭环控制吗？体现在哪里？ 学生思考并回答，进一步理解闭环控制的特点。 【思考2】如果要结束土壤控制系统的工作，是否只能关闭电源？ 学生根据实际的经验回答：是，要关闭电源，才能让它停止工作。 Comment by 真水: 学生这个答案是错的。 关闭电源是一种直接的方式，但可能会导致系统设置丢失，再次启动需重新配置，还可能对一些正在运行的设备造成损害，所以通常不建议作为首选。 还可以通过软件设置、远程控制等方式， 补充：关闭电源是一种直接的方式，但可能会导致系统设置丢失，再次启动需重新配置，还可能对一些正在运行的设备造成损害，所以通常不建议作为首选。实际上，更科学的做法是通过软件设置，在系统操作界面中选择 “安全关闭” 或 “停止运行” 等选项，让系统按照既定程序逐步停止各项工作，确保数据安全存储。此外，还可以设置远程控制功能，借助网络从远程终端发送停止指令，在不直接接触硬件的情况下结束系统工作，保障土壤控制系统平稳有序地结束运行 。 4.总结土壤湿度控制系统的工作原理 经过前面一系列实验操作和深入思考，我们对土壤湿度控制系统已经有了许多发现。现在，让我们一起深入剖析土壤湿度控制系统到底是如何运作的。这不仅是对前面学习成果的总结，更是我们理解科技如何服务生活的关键一步。 师生一起总结：土壤湿度控制系统通过土壤湿度传感器检测环境的土壤湿度，当土壤湿度低于阈值时，启动水泵增加湿度；反之，水泵停止工作。其中土壤湿度数据提供依据，阈值作为判断基准，水泵执行最终操作。这样就形成了 “输入 - 计算 - 输出 - 反馈” 的动态自我调节机制。 五、联系生活实际，拓展知识应用 1.说一说 在现代化农业大棚中，土壤湿度控制系统大显身手，大大提高了农业生产效率。如果要让土壤湿度控制系统走进家庭，你希望它具备哪些功能？满足哪些需求？ 根据生活经验及实际需求回答，比如可以根据季节变化和不同种类的花，自动调整浇水量和浇水频率等。 2.查一查 土壤湿度控制系统为人类社会还带来了多方面的好处呢！你能通过网络搜集并整理出土壤湿度控制系统给人类社会带来哪些显著的经济效益和社会效益呢？ 以小组为单位，搜集、整理、汇报。 六、总结回顾评价，促进学习提升 在学习土壤湿度控制系统的过程中，大家积极参与课堂讨论、认真绘制流程图、深入阐述原理，每个环节都见证了大家的成长和进步。为了更清楚地了解自己的表现，我们通过评级表进行自评、互评和教师评价。希望大家认真对待，总结经验，不断提升。 对照评价标准学生自评、组内互评、教师点评。 今天，我们一起探索了土壤湿度控制系统，从组成、原理到算法到应用，大家积极思考、勇于实践，收获了知识，提升了能力。希望大家以后多留意身边的科技应用，思考科技还能在哪些方面发挥更大作用，用科技创造更美好的未来！ 板书设计 第18课 土壤湿度控制好 学科网（北京）股份有限公司 $