第四单元第20课反馈控制有算法教学设计2026-2027学年人教版初中信息科技八年级全一册

第 20 课《反馈控制有算法》教学设计 2026—2027学年人教版初中信息科技八年级全一册 课　　题 第 20 课　反馈控制有算法 教材版本 人教版（2024）八年级全一册 所在单元 第四单元　简易物联系统实践 课　　型 新授课（单元总结与评价） 课　　时 1 课时（40 分钟） 授课对象 八年级学生 一、教学目标 1. 知道物联系统中的反馈与控制是基于算法实现的，理解数据、算法、反馈与执行器之间的关系，体会“用数据支撑决策”在物联系统中的意义。【信息意识】 2. 能结合土壤湿度等数据确定合适的上下限值，能梳理灌溉的关键条件、把自然语言描述的灌溉规则转化为“条件—决策”表，并整理成条理清晰的规则。【计算思维】 3. 能用条件判断（if 语句）编写程序，实现根据土壤湿度判断“灌溉/不灌溉”并控制水泵等执行器动作，初步掌握控制执行器的方法。【计算思维】【数字化学习与创新】 4. 了解系统整合的一般方法，能从硬件因素（引脚使用、供电能力）和软件因素（程序结构、定时器、系统资源）两方面考虑问题，并能按硬件检查、网络测试、动态测试的步骤开展功能测试。【数字化学习与创新】 5. 在设计与搭建中体会自动控制技术给生活和生产带来的便利，养成数据可靠、规范接线、安全用电、节约用水的意识，增强信息社会责任意识。【信息社会责任】 二、教学重点与难点 教学重点：根据数据分析设计算法的方法（确定土壤湿度上下限值、列出并整理“条件—决策”规则）；控制执行器实现反馈控制（用条件判断控制水泵的启停）；系统整合与功能测试的一般方法。 教学难点：把自然语言描述的灌溉规则抽象为条理清晰的算法逻辑（含条件判断的嵌套）；理解“数据—算法—反馈—执行器”形成的闭环；在系统整合与调试中发现并解决软硬件问题。 三、教学方法与教学准备 教学方法：情境导入法、任务驱动法、演示讲授法、小组合作探究法、项目式学习法。 教学准备：多媒体课件；物联花盆自动浇水的演示视频；“灌溉条件与决策”表与算法设计步骤卡；简易物联灌溉系统核心流程示意图；物联实验套件（主控板、土壤湿度传感器、显示屏、水泵及连接线）；编程环境与示例程序；系统功能测试记录单。 四、教学过程（40 分钟） 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 它为什么会 “自动”浇水 （5 分钟） 承接上一课“数据呈现可视化”，教师播放一段“智慧花盆”自动浇水的视频：土壤干了，水泵自动启动；湿度合适了，水泵又自动停止，整个过程中没有人去按下任何一个开关。提问：“系统是怎么知道该浇水了？又是怎么让自己'动手'把水浇下去的？”引导学生回忆前面学过的知识——传感器采集数据、数据经过分析和呈现，那么分析的结果怎样才能变成“动作”呢？进一步追问：“同样是浇水，定时浇水和按土壤干湿浇水，哪一种更科学？为什么？”由此点明课题《反馈控制有算法》，明确本课任务——根据数据设计算法、控制执行器、对系统进行整合与调试，让物联系统真正“自动”起来。 观看自动浇水视频，思考“系统凭什么作出浇水的决定”；结合前面课上学过的数据采集与分析，说出自己对“自动”的理解；比较定时浇水与按需浇水的差别，带着“分析结果怎样变成动作”的问题进入学习。 用“看得见效果”的自动浇水情境制造认知冲突，把前面几课“采集—处理—呈现”的成果与本课“反馈—控制”衔接起来，唤起“让数据变成行动”的需求，明确本课“设计算法—控制执行器—整合调试”的任务主线。 探究一 根据数据 设计算法 （10 分钟） 引导学生明确：物联花盆要实现自动灌溉，就要在对土壤湿度（结合温度、光照强度、天气预报等）分析的基础上设计算法。组织学生分小组讨论，先用前面的分析结果确定土壤湿度的上限值和下限值（如上限 3000、下限 2000）。接着出示“灌溉条件与决策”表，请学生逐一填写：土壤湿度大于上限值——不灌溉；小于下限值——灌溉；介于上下限值之间——还要结合天气预报和光照强度来判断（下雨则不灌溉，不下雨则灌溉；光照强度大就提高下限值，光照强度小则恢复下限值）。引导学生把表格“整理”成条理清晰的规则，并指出：把用自然语言描述的灌溉规则变成一条条“条件—决策”，再用 if 语句写进程序，就是设计算法的过程；条件判断还可以嵌套使用。 结合土壤湿度的分析结果，与同伴讨论并确定合理的上限值、下限值；逐一分析各种情况下系统应作出的决策，填写“灌溉条件与决策”表；把零散的条件整理成条理清晰、便于编程的规则；理解“条件—决策”与 if 语句的对应关系。 以“定阈值—列规则—整理规则”为支架，把“浇水”这件生活小事转化为清晰的算法逻辑，降低设计算法的难度；通过对多种条件的梳理与整理，体会条件判断与嵌套结构，落实“用数据支撑决策”的计算思维。 探究二 控制执行器 让水泵按算法工作 （12 分钟） 讲解：算法作出了“灌溉”或“不灌溉”的判断，还要靠执行器把它变成现实动作。指导学生认识系统用到的输出设备——显示屏把土壤湿度、灌溉状态显示出来，水泵在需要时抽水灌溉；强调水泵这类执行器要与主控板正确连接、注意供电能力和引脚使用。随后结合简易物联灌溉系统的核心流程（采集数据→显示数据→上传数据→数据分析→判断是否灌溉→需要时控制水泵灌溉→等待一段时间后再判断），带领学生补全流程图、认识条件分支与循环。指导学生编写并运行数据决策部分程序：设定湿度上下限后，用 if 判断显示“灌溉”或“不灌溉”；连上水泵后，再让程序在需要时真正启动水泵。巡回指导，提醒学生注意连线和供电安全。 认识显示屏、水泵等执行器及其作用；观察并补全简易物联灌溉系统的核心流程图，说出开始、判断、执行、等待、循环各环节；动手设定湿度上下限，编写并运行判断“灌溉/不灌溉”的程序；连接并测试水泵，让系统在土壤湿度低于下限时自动启动灌溉。 把“算法—执行器”打通，让学生亲眼看到程序的判断变成现实的灌溉动作，体会执行器是物联系统“向现实世界采取行动”的部件；通过流程图的补全与程序运行，进一步强化条件判断与循环结构，掌握控制执行器的一般方法。 探究三 系统整合 与调试 （8 分钟） 指出把传感器、主控板、网络、服务平台、执行器组合到一起协同工作，就是“系统整合”。引导学生结合项目讨论：整合时既要考虑硬件的引脚使用、供电能力，也要考虑程序结构、定时器功能、系统资源等软件因素。组织学生开展功能测试：硬件检查（通电前仔细检查连线是否正确、电源正负极是否接错，检查传感器、执行器有无损伤）、网络测试（数据能否正常上传到服务平台）、动态测试（模拟土壤变干、变湿等情形，观察系统能否按预期灌溉和停止）。提示学生记录测试中发现的问题并尝试改进。 讨论系统整合时需要兼顾的硬件因素与软件因素；按“硬件检查—网络测试—动态测试”的步骤对小组的物联花盆系统进行功能测试；模拟不同湿度情形验证系统能否正确灌溉与停止，记录并尝试解决发现的问题。 把“搭好的各个部件”提升为“协同工作的整体”，帮助学生建立系统意识，克服“设备连上就能用”的认识误区；通过规范的功能测试与问题排查，培养严谨的工程习惯与安全用电、节能节水的责任意识。 课堂小结 与作业 （5 分钟） 师生共同梳理本单元知识结构（依托板书）：从确定功能需求、划分功能模块开始，经过用传感器和互联网采集数据、配置服务平台实现传输与存储，再到分析处理与可视化呈现数据，最后根据数据分析设计算法、控制执行器实现反馈控制，并进行系统整合与调试。强调“数据、算法、反馈与执行器”缺一不可——只有让采集、处理、反馈、控制连成闭环，物联系统才能真正“聪明”起来。布置课后作业，鼓励学生继续完善并优化自己的物联花盆作品。 回顾本单元“确定需求—采集数据—分析处理—可视化呈现—反馈控制—整合调试”的完整项目流程；说出本课“设计算法—控制执行器—整合调试”的关键收获；记录作业要求。 以“数据—算法—反馈—执行器”的闭环统领全课，帮助学生把本单元分散的知识串成一条完整的数据链，形成对简易物联系统开发流程的整体认识，同时为后续更复杂的物联应用打下基础。 五、板书设计 反馈控制有算法 一、根据数据设计算法：确定土壤湿度上限值、下限值 → 列出“条件—决策” → 整理成条理清晰的规则 → 用 if 语句编写程序 　条件—决策：大于上限值—不灌溉 · 小于下限值—灌溉 · 介于上下限之间—结合天气预报（下雨不灌溉/不下雨灌溉）与光照强度（强度大提高下限值） 二、控制执行器：显示屏—显示湿度与灌溉状态 · 水泵—需要时抽水灌溉（注意引脚使用与供电能力） 三、系统整合与调试：整合硬件与软件（引脚·供电·程序结构·定时器·系统资源）→ 功能测试（硬件检查·网络测试·动态测试） ★ 核心认识：数据、算法、反馈、执行器缺一不可；只有让“采集—处理—反馈—控制”连成闭环，物联系统才能真正“自动”起来 六、作业设计 1. 基础题：用自己的话说说物联系统中“算法”和“执行器”分别起什么作用；写出土壤湿度大于上限值、小于下限值、介于上下限值之间三种情况下系统应作出的决策。 2. 实践题：为“智慧花盆”设定合适的土壤湿度上限值、下限值，编写程序实现根据湿度判断“灌溉/不灌溉”，并让水泵在需要时自动启动；记录一次自动浇水的过程。 3. 拓展题（选做）：在“介于上下限值之间”的规则中，加入天气预报或光照强度等条件，改进灌溉算法；想一想还有哪些条件可以让浇水更科学、更节水。 4. 复习题：整理一份本单元物联花盆项目的研究小结，按“确定功能需求—采集数据—分析处理—数据可视化—反馈控制—整合调试”的顺序写清各环节做了什么、用到了哪些知识。 第 页　共 页 学科网（北京）股份有限公司 $