第5課貼“芯”澆花裝置教學設計初中信息技術龍教版2018八年級上冊-龍教版2018學校授課教師課時授課班級授課地點教具教學內(nèi)容第5課貼“芯”澆花裝置教學設計初中信息技術龍教版2018八年級上冊-龍教版2018

1.認識傳感器及其應用

2.掌握Arduino編程語言的基本語法

3.學習如何將傳感器數(shù)據(jù)與Arduino程序結合

4.實現(xiàn)簡單的自動澆花裝置設計核心素養(yǎng)目標1.培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，通過設計“貼‘芯’澆花裝置”，激發(fā)學生對科技創(chuàng)新的興趣。

2.增強學生的實踐能力，通過實際操作學習Arduino編程和傳感器應用，提升動手能力。

3.培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)，理解信息技術的應用價值，學會利用信息技術解決實際問題。

4.提高學生的協(xié)作精神，通過小組合作完成項目，學會與他人溝通和協(xié)作。教學難點與重點1.教學重點

①理解傳感器的工作原理及其在Arduino中的應用，能夠識別并連接不同的傳感器。

②掌握Arduino編程語言的基本語法，能夠編寫簡單的程序來控制傳感器和執(zhí)行機構。

③學習如何讀取傳感器數(shù)據(jù)，并將其用于控制澆花裝置的自動開關。

④能夠設計并實現(xiàn)一個簡單的自動澆花系統(tǒng)，包括硬件連接和程序編寫。

2.教學難點

①理解傳感器信號的轉(zhuǎn)換和處理過程，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并處理這些信號。

②編寫復雜邏輯的程序，確保澆花裝置能夠根據(jù)土壤濕度自動調(diào)節(jié)澆水量。

③解決在實際操作中可能遇到的硬件連接問題，如電路故障和信號干擾。

④將理論知識與實踐操作相結合，設計一個既實用又高效的自動澆花裝置。教學資源準備1.教材：確保每位學生都有《信息技術》龍教版2018八年級上冊教材。

2.輔助材料：準備與Arduino編程、傳感器應用相關的圖片、圖表、視頻等多媒體教學資源。

3.實驗器材：提前檢查Arduino開發(fā)板、傳感器模塊、連接線等實驗器材的完整性和安全性。

4.教室布置：設置分組討論區(qū)，準備實驗操作臺，確保學生能夠分組進行實踐活動。教學過程1.導入新課

（老師）：同學們，上一節(jié)課我們學習了Arduino的基本概念，今天我們將要進入一個更加有趣的課題——貼“芯”澆花裝置。這個裝置能夠根據(jù)土壤濕度自動澆水，保護植物的生長。請大家思考一下，如果我們能設計這樣一個裝置，會對我們的生活帶來哪些便利呢？

（學生）：可以節(jié)省人力，不需要每天手動澆水；可以更好地照顧那些不能及時澆水的植物；適合智能化家居等。

2.理論學習

（老師）：首先，我們來回顧一下傳感器的基本概念和Arduino的工作原理。傳感器是能夠感受到被測量的信息并轉(zhuǎn)換成電信號或其他形式的信息輸出，而Arduino則是一個開源、基于微控制器的開發(fā)板，它可以通過編程控制電子設備。

（學生）：明白了，傳感器是獲取信息的工具，Arduino是控制工具。

（老師）：很好。接下來，我們將學習如何使用Arduino編程語言來讀取傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來控制澆水裝置。

3.傳感器認識與實踐

（老師）：現(xiàn)在，讓我們來認識一下今天將要使用的傳感器——土壤濕度傳感器。這種傳感器可以檢測土壤的濕度，當濕度低于一定值時，它會輸出一個信號。

（學生）：老師，那我們?nèi)绾芜B接這個傳感器到Arduino板上呢？

（老師）：首先，我們要了解傳感器的引腳功能，然后根據(jù)Arduino的數(shù)據(jù)手冊來連接。我們將模擬信號輸出腳連接到Arduino的模擬輸入引腳A0。

（學生）：好的，我明白了。

4.程序編寫與調(diào)試

（老師）：接下來，我們需要編寫程序來讀取傳感器的數(shù)據(jù)。在這個例子中，我們將使用ArduinoIDE編寫代碼。代碼的基本邏輯是：讀取傳感器的模擬值，將其轉(zhuǎn)換為濕度值，并根據(jù)濕度值控制澆水裝置。

（學生）：老師，我有些不確定如何將模擬值轉(zhuǎn)換為濕度值？

（老師）：這是一個線性轉(zhuǎn)換的過程。我們可以根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)手冊中的曲線圖來計算轉(zhuǎn)換公式。例如，如果傳感器的模擬值范圍是0到1023，我們可以將其除以1023然后乘以100來得到百分比。

（學生）：哦，我明白了，這樣可以得到0到100的濕度值。

（老師）：很好。接下來，我們需要根據(jù)濕度值來控制澆水裝置。當濕度低于設定的閾值時，我們打開澆水裝置；當濕度高于閾值時，我們關閉澆水裝置。

（學生）：老師，如果傳感器讀數(shù)不穩(wěn)定怎么辦？

（老師）：這可能是由于信號干擾或者傳感器本身的問題。我們可以通過增加濾波器來穩(wěn)定讀數(shù)，或者檢查傳感器的連接和放置是否正確。

5.實踐操作

（老師）：現(xiàn)在，請大家分組進行實踐操作。每個小組都要完成以下步驟：

a.連接Arduino板和土壤濕度傳感器。

b.編寫程序，實現(xiàn)自動澆水功能。

c.測試并調(diào)試程序，確保裝置能夠根據(jù)土壤濕度自動澆水。

（學生）：我們開始吧！

6.結果展示與討論

（老師）：各小組完成實驗后，請展示你們的作品，并解釋你們的程序是如何工作的。

（學生）：我們的小組設計了一個簡單的自動澆花裝置，它能夠根據(jù)土壤濕度自動打開澆水開關。我們通過編寫程序來控制澆水時間，并在濕度達到設定閾值時停止?jié)菜?/p>

（老師）：很好，這是一個非常實用的項目。同學們通過今天的實踐，不僅學習了Arduino編程，還提高了動手能力和解決問題的能力。在未來的學習中，希望大家能夠繼續(xù)發(fā)揮創(chuàng)意，設計出更多有趣的項目。

7.總結與作業(yè)

（老師）：今天我們學習了如何利用Arduino和傳感器設計一個簡單的自動澆花裝置。通過這個項目，我們學習了傳感器的工作原理、Arduino編程以及如何將理論知識應用到實踐中。希望大家能夠記住以下幾點：

-傳感器是獲取信息的工具，Arduino是控制工具。

-編程需要邏輯思維，我們要根據(jù)需求設計程序。

-實踐是檢驗真理的唯一標準，我們要勇于嘗試和調(diào)試。

（學生）：我們記住了。

（老師）：今天的作業(yè)是：

1.查閱資料，了解其他類型的傳感器及其應用。

2.設計一個更加復雜的自動澆花系統(tǒng)，比如加入光照傳感器和溫度傳感器。

3.思考如何將這個裝置應用于實際生活中，提高生活便利性。

（學生）：好的，我們回去后會認真完成作業(yè)。

（老師）：今天的課程就到這里，下課！教學資源拓展六、教學資源拓展

1.拓展資源：

-Arduino開源社區(qū)：介紹Arduino的歷史、發(fā)展以及社區(qū)資源，包括論壇、教程、項目案例等。

-傳感器原理與應用：介紹各種傳感器的工作原理、特性以及在不同領域的應用，如溫度傳感器、濕度傳感器、光線傳感器等。

-編程語言基礎：深入學習C++編程語言的基礎知識，包括變量、數(shù)據(jù)類型、控制結構、函數(shù)等，為后續(xù)的Arduino編程打下堅實基礎。

-物聯(lián)網(wǎng)基礎：介紹物聯(lián)網(wǎng)的概念、架構以及關鍵技術，如無線通信、云計算、大數(shù)據(jù)等，讓學生了解信息技術的發(fā)展趨勢。

-電子元器件知識：學習電阻、電容、電感等電子元器件的基本原理和特性，為后續(xù)的硬件設計提供支持。

2.拓展建議：

-鼓勵學生關注Arduino開源社區(qū)，學習社區(qū)中的優(yōu)秀項目案例，拓寬視野，激發(fā)創(chuàng)新思維。

-建議學生利用課外時間，查閱傳感器原理與應用的相關資料，了解不同類型傳感器的工作原理和應用場景。

-組織學生參加編程興趣小組，共同學習C++編程語言，提高編程技能。

-鼓勵學生參加物聯(lián)網(wǎng)相關的競賽或活動，了解物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和實際應用。

-引導學生進行電子元器件的制作與實驗，鍛煉動手能力和實踐能力。

-組織學生參觀電子元器件市場或電子制造企業(yè)，了解電子產(chǎn)品從設計到生產(chǎn)的過程。

-鼓勵學生參與開源項目，如Arduino開源項目，提高團隊協(xié)作能力和項目實踐經(jīng)驗。

-鼓勵學生設計并制作自己的電子產(chǎn)品，如智能澆花裝置、智能家居系統(tǒng)等，將所學知識應用于實際生活中。

-建議學生關注國內(nèi)外高校和研究機構在物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等方面的最新研究成果，拓寬學術視野。

-組織學生參加科技節(jié)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等活動，提高科技創(chuàng)新能力和實踐能力。板書設計①

-知識點：Arduino編程語言基本語法

-詞句：變量、數(shù)據(jù)類型、控制結構、函數(shù)

②

-知識點：傳感器工作原理

-詞句：模擬信號、數(shù)字信號、傳感器引腳、信號轉(zhuǎn)換

③

-知識點：自動澆花裝置設計

-詞句：土壤濕度傳感器、Arduino控制、澆水邏輯、程序流程典型例題講解1.例題：

編寫一個Arduino程序，使用土壤濕度傳感器檢測土壤濕度。當土壤濕度低于30%時，通過一個水泵澆水，直到濕度達到60%。

答案：

```cpp

//定義傳感器引腳

constintsoilMoisturePin=A0;

constintpumpPin=9;

voidsetup(){

pinMode(pumpPin,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

//讀取土壤濕度值

intmoistureValue=analogRead(soilMoisturePin);

//將模擬值轉(zhuǎn)換為濕度百分比

floatmoisturePercentage=(moistureValue/1023.0)*100;

Serial.print("SoilMoisture:");

Serial.print(moisturePercentage);

Serial.println("%");

//控制澆水邏輯

if(moisturePercentage<30){

digitalWrite(pumpPin,HIGH);//打開水泵

}elseif(moisturePercentage>60){

digitalWrite(pumpPin,LOW);//關閉水泵

}

delay(1000);//每秒檢查一次

}

```

2.例題：

設計一個程序，使用溫度傳感器和濕度傳感器監(jiān)測環(huán)境參數(shù)。當溫度超過35℃或濕度低于20%時，報警。

答案：

```cpp

//定義傳感器引腳

constinttempSensorPin=A1;

constinthumidSensorPin=A2;

constintbuzzerPin=10;

voidsetup(){

pinMode(buzzerPin,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

//讀取溫度和濕度值

inttempValue=analogRead(tempSensorPin);

inthumidValue=analogRead(humidSensorPin);

//將模擬值轉(zhuǎn)換為溫度和濕度百分比

floattempPercentage=(tempValue/1023.0)*100;

floathumidPercentage=(humidValue/1023.0)*100;

Serial.print("Temperature:");

Serial.print(tempPercentage);

Serial.println("C");

Serial.print("Humidity:");

Serial.print(humidPercentage);

Serial.println("%");

//控制報警邏輯

if(tempPercentage>35||humidPercentage<20){

digitalWrite(buzzerPin,HIGH);//打報警聲

}else{

digitalWrite(buzzerPin,LOW);//關閉報警聲

}

delay(2000);//每兩秒檢查一次

}

```

3.例題：

編寫一個Arduino程序，使用光線傳感器檢測環(huán)境光線強度。當光線強度低于某個閾值時，打開LED燈。

答案：

```cpp

//定義傳感器引腳

constintlightSensorPin=A3;

constintledPin=8;

constintthreshold=500;//光線強度閾值

voidsetup(){

pinMode(ledPin,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

//讀取光線傳感器值

intlightValue=analogRead(lightSensorPin);

Serial.print("LightIntensity:");

Serial.println(lightValue);

//控制LED燈邏輯

if(lightValue<threshold){

digitalWrite(ledPin,HIGH);//打開LED燈

}else{

digitalWrite(ledPin,LOW);//關閉LED燈

}

delay(1000);//每秒檢查一次

}

```

4.例題：

設計一個程序，使用超聲波傳感器測量物體距離。當距離小于10厘米時，觸發(fā)蜂鳴器報警。

答案：

```cpp

//定義傳感器引腳

constinttrigPin=2;

constintechoPin=3;

constintbuzzerPin=11;

voidsetup(){

pinMode(trigPin,OUTPUT);

pinMode(echoPin,INPUT);

pinMode(buzzerPin,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

//發(fā)送超聲波信號

digitalWrite(trigPin,LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin,HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin,LOW);

//讀取回波時間

longduration=pulseIn(echoPin,HIGH);

//計算距離

floatdistance=duration*0.034/2;

Serial.print("Distance:");

Serial.print(distance);

Serial.println("cm");

//控制蜂鳴器邏輯

if(distance<10){

digitalWrite(buzzerPin,HIGH);//觸發(fā)蜂鳴器

}else{

digitalWrite(buzzerPin,LOW);//關閉蜂鳴器

}

delay(1000);//每秒檢查一次

}

```

5.例題：

編寫一個Arduino程序，使用按鈕控制LED燈的開關。按下按鈕時，LED燈點亮；松開按鈕時，LED燈熄滅。

答案：

```cpp

//定義按鈕和LED燈引腳

constintbuttonPin=4;

constintledPin=5;

voidsetup(){

pinMode(buttonPin,INPUT_PULLUP);//設置按鈕為上拉輸入

pinMode(ledPin,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

//讀取按鈕狀態(tài)

intbuttonState=digitalRead(buttonPin);

Serial.print("ButtonState:");

Serial.println(buttonState);

//控制LED燈邏輯

if(buttonState==LOW){

digitalWrite(ledPin,HIGH);//點亮LED燈

}else{

digitalWrite(ledPin,LOW);//熄滅LED燈

}

delay(100);//每秒檢查一次

}

```教學評價與反饋1.課堂表現(xiàn)：

學生在課堂上積極參與，對Arduino編程和傳感器應用表現(xiàn)出濃厚的興趣。大部分學生能夠跟隨老師的講解，并在實踐操作中展現(xiàn)出良好的動手能力。

2.小組討論成果展示：

在小組討論環(huán)節(jié)，學生們能夠積極地提出問題和解決方案。他們通過合作，共同完成了自動澆花裝置的設計和制作。在展示成果時，學生們能夠清晰地解釋他們的設計思路和程序邏輯，表現(xiàn)出良好的團隊協(xié)作能力。

3.隨堂測試：

通過隨堂測試，評估學生對傳感器原理、Arduino編程和程序邏輯的掌握程度。測試結果顯示，大部分學生能夠正確理解并應用所學知識，但部分學生在程序編寫和調(diào)試方面存在困難。

4.學生自評與互評：

學生們對自己的學習過程進行了自評，認識到自己在理論知識掌握和實踐操作方面存在的不足。同時，他們也對同伴進行了互評，提出了改進建議，如加強編程練習、提高團隊合作能力等。

5.教師評價與反饋：

針對課堂表現(xiàn)，教師評價如下：

-針對課堂表現(xiàn)積極的學生，給予表揚和鼓勵，強調(diào)他們的努力和進步。

-針對在實踐操作中遇到困難的學生，提供個別輔導，幫助他們解決問題。

-針對小組討論成果展示，鼓勵學生們在今后的學習中繼續(xù)保持團隊合作精神，相互學習、共同進步。

-針對隨堂測試結果，教師指出學生在程序編寫和調(diào)試方面存在的問題，并給出以下反饋：

-鼓勵學生加強編程練習，熟練掌握Arduino編程語言的基本語法和編程技巧。

-建議學生多閱讀相關資料，了解傳感器的工作原理和應用場景。

-鼓勵學生在實踐中不斷嘗試和調(diào)試，提高解決問題的能力。

-針對學生自評與互評，教師提出以下建議：

-學生們應認真對待每一次自評和互評，從中找出自己的不足，制定改進計劃。

-鼓勵學生們在互評過程中，保持客觀公正，給予同伴誠懇的建議。

-教師將根據(jù)學生的表現(xiàn)和反饋，調(diào)整教學策略，確保每位學生都能在信息技術學習中取得進步。教學反思與總結哎呀，這節(jié)課上完之后，我真是感慨良多。咱們這節(jié)課是關于Arduino編程和傳感器應