小学信息技术-《土壤湿度传感器的应用》教学设计学情分析教材分析课后反思

开源硬件—土壤湿度传感器的应用【项目概述】随着社会经济的快速发展，人们的生活节奏不断加快，生活在城市“森林”的人们渴望回归自然。一方面，人们开始重视室内绿化，把一些花卉带进日常生活中，即可改善空气质量，又可愉悦心情促进身心健康；另一方面，由于人们工作忙碌、出差频繁，从而导致室内花卉因缺水而枯死。《开源硬件—土壤湿度传感器的应用》项目是小学信息技术（六上）走进开源时代的拓展课程，为了帮助学生们加深对本单元内容的学习，真正做到学以致用的目的，我们设计了本课内容。旨在通过以技术为支撑开展项目学习的过程中，渗透信息技术学科素养（信息意识：信息的获取、信息的处理）和培养学生的工程思维，为后期的数据测量及智能浇花器的制作打下基础。【课程领域】序号项目内容1科学：S学会科学的探究方法；用科学的方法检测植物生长与土壤湿度的关系。2技术：T了解土壤传感器的功能及用途；学习开源硬件的连接和编程工具的使用。3工程：E设计土壤湿度检测的流程和方法。4数学：M对测量出的数据进行统计。5德育小组合作培养学的团队写作能力；2.培养学生利用技术改变生活的创新实践能力。【教学目标】通过引导学生完成“土壤湿度检测”项目的设计，有效提升学生的信息素养（信息意识：信息的获取和信息的处理），培养学生的工程思维。通过完成“土壤湿度检测”项目的搭建，帮助学生了解“土壤湿度”传感器的功能及用途。通过编写程序实现“土壤湿度检测”数据的获取，逐步培养学生的计算思维。通过小组合作探究培养学生的团队写作能力，以及培养学生利用技术改变生活的创新实践能力。【重点难点】完成“土壤湿度检测”项目的设计与制作。土壤湿度传感器的硬件搭建和编程实现数据的获取。【教学方法】项目式学习：是一种动态的学习方法,通过PBL学生们主动的探索现实世界的问题和挑战,在这个过程中领会到更深刻的知识和技能。合作探究法：学生以2-3人为一组进行合作，在多次尝试中完成“土壤湿度”检测数据的获取。【教学环境】1.硬件环境：电脑20台；②开源硬件教具：10套，土壤传感器：10个；③极域多媒体网络教室2.软件环境：①Windows7操作系统；②Mind+编程环境；③Arduino硬件驱动；【教学过程】一、联系生活，提出问题：（2分钟）师：通过课前的综合实践探究，我们知道影响植物的生长的因素除了光照、温度之外，还需要适量的水分。那么，怎样给植物浇水更科学呢？（出示PPT：）A:一天一浇?B:每天固定时间浇？C:隔几天一浇?D:根据植物的需要适时浇水？你认为怎样给植物浇水更科学呢？为什么？预设生：当然是根据植物的需求，因为每种植物对水分的需求不一样。（你的分析很有价值！）师：那么，要给植物浇水与什么因素有关呢？（我们怎么来知道植物需要浇水呢？）预设生：与土壤有关系，（观察土壤的湿度情况进行浇水。）（这也是我们通常采用的办法。）师：因此，只要我们准确检测出土壤的湿度，就能科学地对植物进行浇水。（出示PPT：）请看大屏幕：（1.我们可以利用图中的哪些传感器来检测土壤的湿度呢？2.请大家猜想一下，利用哪些传感器可以监测土壤的湿度呢？）学生：土壤传感器、arduino主控板、LCD显示屏。（利用主控板来控制土壤传感器检测土壤湿度在LCD屏中显示出来。）今天，我们就利用信息技术来检测土壤的湿度，继续探究植物生长的秘密！二、头脑风暴，制定方案：（3分钟）开启“头脑风暴”，快速梳理出“土壤湿度检测”项目的研究方案，请用文字或图表记录下来和大家进行分享；然后，快速清点、熟悉实验器材，【项目要求】1.研究方案思路清晰；2.研究方案科学、可行、可控；课堂预设：硬件搭建——编程测试——记录数据——分享收获实验器材清单序号器材名称数量用途1Arduino教具套装1智能控制器2土壤传感器1检测土壤的湿度3USB数据线1智能控制器和电脑的连接4笔记本电脑1编写程序5LCD显示屏1显示数据信息5学习单1实验指导，记录实验数据，收获反思；实验器材实物图实验器材实物图请各小组分享自己的研究方案：三、合作学习，项目探究：（25分钟）明确各自的研究方案后，请各小组按照计划开始探究学习。教师巡回指导，帮助解决探究过程中遇到的问题，以保证各小组项目的顺利实施。硬件搭建：各小组参照学习单完成硬件搭建。【项目要求：】1.传感器与主控板的端口连接正确。2.记录下传感器连接的端口号；3.保护好实验器材的完整性。编程测试：熟悉编程软件“Mind+”的窗口结构，编程实现，用“土壤传感器”检测出土壤的湿度，在LCD屏上显示出来。请各小组参照学习单完成编程测试。Mind+软件窗口结构Mind+软件窗口结构注意：不同模块用不同的颜色表示，同学们可以根据指令的颜色快速找到指令的位置。完成任务的同学，不妨挑战一下。如果将程序进行修改后结果会怎么？如下图所示:【项目要求】熟悉Mind+编程软件的使用；程序编写正确，能够正常上传、运行；程序运行结果正确。记录数据：带上你自己的“土壤湿度检测器”，去完成不同植物土壤湿度的检测，并填写到自己的实验记录单上。【项目要求】1.数据记录真实、规范；2.书写认真、清楚；植物土壤湿度检测记录单序号名称日期（检测点1）土壤湿度（检测点2）土壤湿度记录人1234我们发现：1.检测数据与土壤湿度的关系是：2．喜欢生活在干燥环境中的植物有：喜欢生活在湿润环境中的植物有：3.你还发现：4.遇到的问题及解决方法：4.分享收获：组内交流分享自己完成项目的收获。为后面的成果展示做准备。四、分享交流，成果展示：（5分钟）根据小组完成项目的情况，选择2个小组进行汇报展示。（PPT：展示项目评价的内容，让大家明确项目如何评价。同时，张贴一份小组评价表实时记录小组完成的情况。）“土壤湿度检测”项目进度表项目一组二组三组四组五组六组七组八组九组十组硬件搭建编程测试记录数据展示分享德育习惯注：1.记录各小组的项目实施进度；2.每个子项目完成后，请在相应的位置画上“★”号；“土壤湿度检测”项目评价标准评价项目评价标准分值得分项目研究方案1.条理清晰，科学严谨；2.任务明确，分工合理；25硬件搭建1.线路、端口连接正确；2.传感器位置搭建科学合理，便于使用；3.实验器材使用规范标准，无安全隐患；15程序编写1.熟练使用编程软件Mind+;2.程序代码正确、规范、运行高效；3.测试数据准确；15记录数据1.学会利用实验器材，科学获取实验数据的方法；2.能够利用“土壤湿度检测”作品，进行数据的采集、记录；20交流分享1.积极主动参与交流分享；2.语言精炼，思路表达清晰完整。20德育习惯1.养成良好的小组合作学习的习惯；2.归整好实验器材，养成良好的实验习惯。5项目总分：【项目要求】1.认真阅读项目评价标准，熟悉评价规则；2.参考项目评价标准对自己的“土壤检测项目”进行评价；梳理小结：布置课下实践任务师：下节课我们要制作一个智能植物浇水系统，需要一组准确的土壤湿度测试数据。请同学们在课下，利用本课所学到的技能去测量、记录一种植物生活环境的土壤湿度数据变化，运用大数据找到植物生长最合适的土壤湿度环境。五、梳理总结、拓展延伸（5分钟）PPT播放一段20秒的“智能浇花器”的视频，让学生们知道我们今天完成的“土壤湿度检测”分项目是为后面的项目探究打下基础。同学们请看，这是的小工程师们设计的“智能植物浇水系统”，能够根据植物的需要来自动进行浇水。结语：用智慧改变生活，用技术实现创新。希望同学们能够利用所学的新技术让我们的生活变得更加美好。《土壤湿度传感器的应用》教学反思《土壤湿度传感器的应用》是六年级信息技术《走进开源时代》内容的一节拓展应用课程。本课内容源于生活中遇到的实际问题，即人们因工作忙碌或出差、度假时家里的花卉无人浇水养护展开。聚焦这一实际问题学生们运用所学植物生长所需条件的知识、开源硬件的知识和编程技能，在教师引导下以小组合作的形式，通过设计、制作、测试、迭代等工程实践环节，利用土壤湿度传感器完成“智能土壤湿度的检测”的设计，为后期的智能植物浇水系统的制作打下坚实的基础。进而培养学生的信息意识、工程素养和编程思维。本课所用的开源硬件器材：ArduinoUNO主控板、土壤湿度传感器、温湿度传感器、LCD1602显示屏等。为了便于器材的管理和使用，我设计了一个简单的教具将本课所用课开源硬件材料固定在一个“智能小车”的框架上。课堂上各小组根据自己的研究方案：搭建硬件—编程测试—修改完善—检测数据—记录数据。既节省的时间又留给了学生动手创造的空间。本课内容的设计聚焦真实的生活问题“家庭绿植的智能护理”，让学生们灵活运用本单元所学的“开源硬件”知识来设计解决方案。首先讨论“影响植物生长”因素，引出“植物科学浇水”的策略。学生们联想到了“土壤湿度传感器”，如何实现如主控板的连接？如何编写程序进行控制呢？如何准确地记录下所检测到的数据呢？通过一份项目规划书引导学生们进行学习，以工程师的角色置身其中进行探究学习，课堂上每个学生都明确自己的角色、任务，按照指定的研究计划开展学习课堂互动、实践氛围浓厚。在课堂教学中把教学内容设计成一个完成的项目，以小组为单位开展探究活动，按照制定的研究方案进行实施。这样设计的好处是，让每个小组知道自己的要做什么？整个项目包含多少的具体的任务？为了指导学生们完成整个项目的学习，我设计了“项目进度表”可以说本课的一创新点，即可让每个小组制定每一环节需要完成哪些任务，又能把所有小组的进行直观地呈现出来，以便于老师有针对性地进行指导。采用项目式学习的优点在于，可以在课堂上拿出整块的时间让学生进行探究，能够有效保证学生思维的完整性。《土壤湿度传感器的应用》课标分析《中小学信息技术课程指导纲要》中明确提出中小学信息技术课程的主要任务是:培养学生对信息技术的兴趣和意识，让学生了解和掌握信息技术基本知识和技能，了解信息技术的发展及其应用对人类日常生活和科学技术的深刻影响。小学阶段的教学目标之一，就是帮助学生建立对计算机的感性认识，了解信息技术在日常生活中的应用，培养学生学习、使用计算机的兴趣和意识。《中小学综合实践活动课程指导纲要》2017版，小学段目标：（3）问题解决：能在教师的引导下，结合学校、家庭生活中的现象，发现并提出自己感兴趣的问题。能将问题转化为研究小课题，体验课题研究的过程与方法，提出自己的想法，形成对问题的初步解释。（4）创意物化：通过动手操作实践，初步掌握手工设计与制作的基本技能；学会运用信息技术，设计并制作有一定创意的数字作品。运用常见、简单的信息技术解决实际问题，服务于学习和生活。《土壤湿度传感器的应用》是六年级信息技术《走进开源时代》内容的一节拓展应用课程。本课内容源于生活中遇到的实际问题，即人们因工作忙碌或出差、度假时家里的花卉无人浇水养护展开。聚焦这一实际问题学生们运用所学植物生长所需条件的知识、开源硬件的知识和编程技能，在教师引导下以小组合作的形式，通过设计、制作、测试、迭代等工程实践环节，利用土壤湿度传感器完成“智能土壤湿度的检测”的设计，为后期的智能植物浇水系统的制作打下坚实的基础。进而培养学生的信息意识、工程素养和编程思维。基于对课标的分析，清晰梳理出本课的学目标：【教学目标】通过引导学生完成“土壤湿度检测”项目的设计，有效提升学生的信息素养（信息意识：信息的获取和信息的处理），培养学生的工程思维。通过完成“土壤湿度检测”项目的搭建，帮助学生了解“土壤湿度”传感器的功能及用途。通过编写程序实现“土壤湿度检测”数据的获取，逐步培养学生的计算思维。通过小组合作探究培养学生的团队写作能力，以及培养学生利用技术改变生活的创新实践能力。【重点难点】1. 完成“土壤湿度检测”项目的设计与制作。2. 土壤湿度传感器的硬件搭建和编程实现数据的获取《土壤湿度传感器的应用》教材分析《土壤湿度传感器的应用》是2017青岛版《信息技术》教材六年级上册，第1单元《走进开源时代》的拓展内容。本课内容源于学生发现的生活中的实际问题：人们重视室内绿化，改善空气质量。可是往往因工作忙碌或出差、度假时家里的花卉无人浇水养护导致枯萎。如果能够根据绿植的生活习性，对其生活的土壤湿度进行检测智能护理，即可有效解决这一问题。本课内容是对本单元内容的巩固和拓展应用。（1）知识巩固。即：掌握ArduinoUNO主控板基本结构和功能，正确地与各种传感器进行连接，学会智能电路的搭建；通过编写程序实现对常用传感器的智能控制，能够将检测到的数据显示出来或者根据获取的数据做出智能的判断（例如：亮灯、报警等）。（2）拓展应用。即了解土壤湿度传感器功能和基本结构，能够利用ArduinoUNO主控板、LCD1602显示屏、土壤湿度传感器、温湿度传感器，完成智能电路的搭建。利用图形化编程软件Mind+编写程序实现土壤传感器的智能控制。例如：为了便于记录实验数据，编程实现在LCD1602显示屏上显示日期和土壤湿度等重要信息。为后面制作“智能浇花器”项目的制作打下基础。为保证教材内容的实施，把学习内容设计成一个完整的项目，让学生们在完成项目的过程中收获知识和技能，进而培养学生的实践创新能力。《土壤湿度传感器的应用》学情分析1.通过完成“走进开源时代”这一单元内容的学习，90%以上的学生对ArduinoUNO主控板的基本结构比较熟悉了，能够正确地区分数字管脚和模拟管脚，以及准确识别（GND\VCC\DO-D13）等符号的含义；能够正确指认、识别常用的传感器及电子元件（温湿度传感器、光线传感器、声音传感器、超声波传感器、蜂鸣器、LED灯、TT马达），能够利用杜邦线实现与主控板的连接，初步学会简单智能电路的连接。2.通过5年级信息技术课程的学习，100%的学生学过scratch、scraino图形化编程，初步学会了图形化编程的方法和技能。在学习“走进开源时代”这一单元内容时，能够利用图形化编程工具实现对LED灯以及传感器的简单控制。3.通过访谈、问卷发现6年级的学生已经了解了植物生长所需的条件，并掌握了简单的项目设计思路、常用工具的使用方法、开源硬件的连接方法，具备了初步的编程思维。他们热衷于动手实践、操作具体的事物。《土壤湿度传感器的应用》项目学习单一、活动准备：为保证项目的顺利实施，请大家快速建立小组，明确分工；任务分工负责人任务描述硬件搭建完成“土壤传感器”与主控板的连接；保证连接的准确性。程序设计利用Mind+编写程序，能够在LCD屏上显示土壤湿度。测试记录认真记录，利用土壤传感器检测到的数据。分享交流梳理小组的研究心得，代表小组汇报交流。二、项目探究：【任务1】开启“头脑风暴”，快速梳理出“土壤湿度检测”项目的研究方案，请用文字或图表记录下来和大家进行分享；然后，快速清点、熟悉实验器材，【项目要求】1.研究方案思路清晰；2.研究方案科学、可行、可控；请用文字或思维导图的方式，梳理出你们的研究方案。【任务2】请参照你们的研究方案，将“土壤传感器”正确连接到主控板上，完成硬件的搭建：认真观察Arduino主控板的结构，找到模拟端口（蓝、红、黑）三排针组成的区域。找出“土壤传感器”连接到Arduino主控板的A0端口。（请思考一下，否连接到A1-A5端口呢？说-说为什么？）再次检查“土壤传感器”的连接端口，确保端口接正确。【项目要求：】1.传感器与主控板的端口连接正确。2.记录下传感器连接的端口号；3.保护好实验器材的完整性。【任务3】恭喜您，完成硬件搭建，进入项目研究第2阶段-编程测试。请启动Mind+软件编写程序实现：用“土壤传感器”检土壤的湿度，并显示在LCD屏上。①在电脑桌面上找到Mind+软件图标，双击启动Mind+软件。②熟悉启动成功打开Mind+操作窗口。如下图所示：Mind+Mind+软件窗口结构添加“Arduino主控板”、“土壤湿度传感器”和“lcd显示屏”。添加A添加Arduino主控板添加土壤传感器添加土壤传感器添加L添加LCD显示屏添加完成，返回Mind+工作窗口。你会发现窗口最左侧模块中多了3项内容，用鼠标点击可以显示出相关的指令。编写程序：打开相关的“模块”，选择所需的指令完成程序的编写。注意：不同模块用不同的颜色表示，同学们可以根据指令的颜色快速找到指令的位置。完成任务的同学，不妨挑战一下。如果将程序进行修改后结果会怎么？如下图所示:上传程序：【项目要求】1.熟悉Mind+编程软件的使用；2.程序编写正确，能够正常上传、运行；3.程序运行结果正确。【任务4】带上你自己的“土壤湿度检测器”，去完成不同植物土壤湿度的检测，并填写到自己的实验记录单上。植物土壤湿度检测记录单序号名称日期（检测点1）土壤湿度（检测点2）土壤湿度记录人1234我们发现：1.检测数据与土壤湿度的关系是：2．喜欢生活在干燥环境中的植物有：喜欢生活在湿润环境中的植物有：3.你还发现：4.遇到的问题及解决方法：