《跨學(xué)科主題——小型開關(guān)系統(tǒng)》教學(xué)設(shè)計-2025-2026學(xué)年魯教版（2024）小學(xué)信息技術(shù)六年級上冊教學(xué)設(shè)計理念本課依據(jù)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》中“跨學(xué)科實踐與系統(tǒng)設(shè)計”要求，緊扣魯教版（2024）第三單元“小型系統(tǒng)設(shè)計”的跨學(xué)科定位，踐行“真實問題驅(qū)動、多學(xué)科融合、實踐創(chuàng)新”的教學(xué)理念。以教材中“家庭節(jié)能開關(guān)”“校園安全警示開關(guān)”等生活場景為切入點，打破學(xué)科壁壘，構(gòu)建“發(fā)現(xiàn)生活需求（如節(jié)能、安全）—拆解系統(tǒng)要素（輸入、處理、輸出）—融合多學(xué)科知識（信息技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計、科學(xué)的電路原理、數(shù)學(xué)的數(shù)據(jù)分析）—實踐制作系統(tǒng)—優(yōu)化完善方案”的探究鏈條。采用“項目式學(xué)習(xí)+小組協(xié)作+分層指導(dǎo)”模式，通過師生、生生互動，引導(dǎo)學(xué)生將多學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力，體會“跨學(xué)科實踐是小型系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵”，培養(yǎng)“綜合思維與創(chuàng)新實踐”能力，為后續(xù)復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)信息意識：能主動識別生活中“需要開關(guān)控制”的場景（如家電開關(guān)、警示燈開關(guān)），感知小型開關(guān)系統(tǒng)在“節(jié)能、安全、便捷”中的價值，理解跨學(xué)科知識（如電路、編程）對系統(tǒng)設(shè)計的意義，激發(fā)系統(tǒng)設(shè)計興趣。計算思維：通過分析教材跨學(xué)科案例，拆解小型開關(guān)系統(tǒng)的組成（輸入模塊：傳感器/手動按鈕；處理模塊：控制器/邏輯判斷；輸出模塊：燈/報警器），初步學(xué)會將“開關(guān)控制需求”抽象為“觸發(fā)條件→邏輯判斷→執(zhí)行動作”的系統(tǒng)模型，提升跨學(xué)科問題拆解與邏輯構(gòu)建能力。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：能融合信息技術(shù)（編程邏輯）、科學(xué)（電路連接）、數(shù)學(xué)（參數(shù)計算）知識，使用教材推薦工具（Arduino入門套件、電路模擬軟件）完成“簡易小型開關(guān)系統(tǒng)”制作（如光控?zé)?、人體感應(yīng)警示燈），嘗試優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)（如感應(yīng)距離、觸發(fā)靈敏度），提升跨學(xué)科實踐與創(chuàng)新能力。信息社會責(zé)任：在小組跨學(xué)科實踐中，明確分工（如“電路搭建員”“編程調(diào)試員”“數(shù)據(jù)記錄員”），清晰表達跨學(xué)科設(shè)計思路，尊重他人不同方案；通過設(shè)計“節(jié)能開關(guān)”“安全警示開關(guān)”，體會技術(shù)在“綠色生活、公共安全”中的價值，樹立“技術(shù)服務(wù)社會、注重實用創(chuàng)新”的意識。教學(xué)重難點教學(xué)重點：理解小型開關(guān)系統(tǒng)的基本組成（輸入模塊、處理模塊、輸出模塊）及工作流程（觸發(fā)輸入→處理判斷→執(zhí)行輸出）；能融合科學(xué)電路知識（如串聯(lián)、并聯(lián)）與信息技術(shù)編程邏輯（如條件判斷），完成基礎(chǔ)版小型開關(guān)系統(tǒng)（如手動控制燈開關(guān)）的設(shè)計與制作；識別教材中跨學(xué)科知識的應(yīng)用場景（如電路連接對應(yīng)科學(xué)，邏輯判斷對應(yīng)信息技術(shù)）。教學(xué)難點：融合多學(xué)科知識解決系統(tǒng)設(shè)計中的復(fù)雜問題（如用科學(xué)電路知識排查“燈不亮”故障，用信息技術(shù)編程調(diào)整“感應(yīng)開關(guān)靈敏度”）；明確系統(tǒng)各模塊間的協(xié)作邏輯（如輸入模塊如何向處理模塊傳遞信號，處理模塊如何控制輸出模塊動作）；根據(jù)實際需求（如節(jié)能、安全）優(yōu)化系統(tǒng)功能，避免“功能冗余”或“需求不匹配”。教學(xué)過程情境導(dǎo)入：“生活開關(guān)難題”引主題教材內(nèi)容講解：展示教材開篇“跨學(xué)科情境圖”，包含兩個核心場景：家庭場景：“客廳燈需要手動開關(guān)，家人常忘記關(guān)燈造成浪費，希望設(shè)計‘人走燈滅’的自動開關(guān)系統(tǒng)”，教材標(biāo)注“需融合科學(xué)‘電路控制’與信息技術(shù)‘人體感應(yīng)編程’知識”；校園場景：“實驗室門未關(guān)緊時，需要自動觸發(fā)‘警示燈+提示音’，提醒師生關(guān)緊門，避免實驗器材受損”，教材提示“需融合科學(xué)‘聲光電路’、信息技術(shù)‘門磁傳感器編程’、數(shù)學(xué)‘延時參數(shù)計算’知識”。教材引言提問：“這些開關(guān)需求，僅用單一學(xué)科知識能解決嗎？如何融合多學(xué)科知識設(shè)計‘實用、高效’的小型開關(guān)系統(tǒng)？”師生互動：（1）教師：“大家在家有沒有忘記關(guān)燈的經(jīng)歷？如果像教材中那樣，設(shè)計‘人走燈滅’的開關(guān)，需要知道‘人是否離開’（用什么判斷？）和‘如何讓燈滅’（用什么控制？）”邀請學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗回答，教師梳理：“‘判斷人是否離開’需要感應(yīng)設(shè)備（信息技術(shù)），‘控制燈滅’需要電路（科學(xué)），這就需要跨學(xué)科知識?！保?）教師追問：“如果只懂電路知識，能讓燈‘自動’滅嗎？如果只懂編程，沒有電路連接，燈能亮嗎？”引導(dǎo)學(xué)生體會“跨學(xué)科融合的必要性”。（3）教師小結(jié)：“今天我們就圍繞‘跨學(xué)科主題——小型開關(guān)系統(tǒng)’，融合信息技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)知識，設(shè)計解決生活難題的開關(guān)系統(tǒng)！”設(shè)計意圖：以教材跨學(xué)科生活場景激活學(xué)生經(jīng)驗，通過“問題拆解—追問反思”的互動，讓學(xué)生初步感知“單一學(xué)科無法解決復(fù)雜開關(guān)需求”，自然引出“跨學(xué)科設(shè)計”的主題，契合六年級學(xué)生“基于真實問題學(xué)習(xí)”的認(rèn)知特點。新知探究一：“系統(tǒng)拆解”識組成教材內(nèi)容講解：呈現(xiàn)教材“小型開關(guān)系統(tǒng)組成”板塊，以“家庭光控?zé)糸_關(guān)系統(tǒng)”為案例，跨學(xué)科拆解系統(tǒng)模塊：輸入模塊：教材展示“光敏傳感器”（標(biāo)注“科學(xué)知識：感知光線強度變化；信息技術(shù)知識：將光線信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號”），說明“輸入模塊負責(zé)‘獲取觸發(fā)條件’，如光敏傳感器檢測‘光線是否變暗’”；處理模塊：教材展示“Arduino控制器”（標(biāo)注“信息技術(shù)知識：通過編程實現(xiàn)邏輯判斷，如‘光線暗→觸發(fā)開燈指令’；數(shù)學(xué)知識：設(shè)定光線強度閾值，如‘低于500lux→判斷為暗’”），提示“處理模塊是系統(tǒng)‘大腦’，負責(zé)接收輸入信號并做出決策”；輸出模塊：教材展示“LED燈+電路”（標(biāo)注“科學(xué)知識：串聯(lián)電路連接，確保燈接收指令后點亮；信息技術(shù)知識：接收控制器指令，執(zhí)行‘亮/滅’動作”），說明“輸出模塊負責(zé)‘執(zhí)行動作’，如LED燈根據(jù)指令亮燈”。教材特別標(biāo)注：“小型開關(guān)系統(tǒng)的核心是‘輸入→處理→輸出’的跨學(xué)科協(xié)作，每個模塊都需要多學(xué)科知識支撐?！睅熒樱海?）小組任務(wù)1：結(jié)合教材“光控?zé)粝到y(tǒng)”案例，完成“小型開關(guān)系統(tǒng)模塊分析表”，表格包含“模塊名稱、跨學(xué)科知識應(yīng)用（科學(xué)/信息技術(shù)/數(shù)學(xué)）、模塊功能”三列，小組合作填寫，教師巡回指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生明確“每個模塊的學(xué)科支撐”。（2）成果展示：各小組派代表展示表格，教師結(jié)合教材標(biāo)準(zhǔn)點評：“XX小組準(zhǔn)確寫出‘處理模塊用信息技術(shù)編程判斷、數(shù)學(xué)設(shè)定閾值’，符合教材跨學(xué)科標(biāo)注，清晰梳理了模塊與學(xué)科的關(guān)聯(lián)！”（3）“模塊協(xié)作模擬”活動：教師用“學(xué)生A（輸入模塊，舉‘光線暗’卡片）、學(xué)生B（處理模塊，說‘收到信號，開燈’）、學(xué)生C（輸出模塊，做‘開燈’動作）”模擬系統(tǒng)協(xié)作，讓學(xué)生直觀理解“輸入→處理→輸出”的流程。設(shè)計意圖：依托教材跨學(xué)科案例，通過“填表分析—模擬協(xié)作”的互動，讓學(xué)生在具象系統(tǒng)中明確“輸入、處理、輸出”三大模塊及對應(yīng)的跨學(xué)科知識，落實“理解系統(tǒng)組成”的教學(xué)重點，培養(yǎng)“跨學(xué)科思維”。新知探究二：“跨學(xué)科實踐”學(xué)設(shè)計教材內(nèi)容講解：聚焦教材“基礎(chǔ)版小型開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計”板塊，以“手動控制LED燈開關(guān)”為入門實踐，跨學(xué)科分步指導(dǎo)：科學(xué)：電路連接。教材展示“LED燈、電池、開關(guān)”的串聯(lián)電路圖，標(biāo)注“步驟：①將電池正極連接開關(guān)一端；②開關(guān)另一端連接LED燈正極；③LED燈負極連接電池負極”，提示“檢查電路是否接觸良好，避免短路（如正負極直接連接）”；信息技術(shù)：編程邏輯（可選，進階）。教材展示“Arduino編程界面”，標(biāo)注“若用控制器替代手動開關(guān)，編程邏輯為‘當(dāng)按鈕被按下（輸入）→執(zhí)行LED燈亮（輸出）；按鈕松開→LED燈滅’”，提供基礎(chǔ)積木代碼（如“當(dāng)引腳2被按下→數(shù)字引腳13輸出高電平（亮）”）；數(shù)學(xué)：參數(shù)計算。教材提示“若電池電壓為3V，LED燈額定電壓為2V，需串聯(lián)一個電阻，電阻值=（電池電壓-LED電壓）÷LED電流（如20mA）=（3-2）÷0.02=50Ω”，幫助學(xué)生選擇合適電阻，避免LED燈燒毀。教材要求：“基礎(chǔ)版實踐需完成電路連接，進階版可添加編程控制，記錄實踐中遇到的跨學(xué)科問題（如電路不亮、編程無響應(yīng)）?！睅熒樱悍謱訉嵺`：選擇基礎(chǔ)版的學(xué)生，按教材電路連接步驟操作，教師巡回指導(dǎo)“正負極區(qū)分”“接觸檢查”，幫助排查“燈不亮”故障（如開關(guān)未閉合、LED正負極接反）；選擇進階版的學(xué)生，先完成電路連接，再對照教材編程代碼，在教師帶領(lǐng)下編寫“按鈕控制燈”程序，重點學(xué)習(xí)“引腳對應(yīng)”“高/低電平”的概念。問題解決：學(xué)生遇到故障時，教師引導(dǎo)用對應(yīng)學(xué)科知識排查，如“燈不亮先查電路（科學(xué)），程序無響應(yīng)再查代碼（信息技術(shù)）”，舉例“教材中提到‘短路會導(dǎo)致電池損壞’，若發(fā)現(xiàn)電池發(fā)燙，需立即斷開電路檢查是否短路”。成果測試：學(xué)生完成實踐后，手動按下開關(guān)（或運行程序按下按鈕），觀察LED燈是否亮滅，成功的學(xué)生可嘗試“調(diào)整電阻值（數(shù)學(xué)）”或“修改編程延時（信息技術(shù)）”，體驗跨學(xué)科參數(shù)調(diào)整對系統(tǒng)的影響。設(shè)計意圖：通過“分層跨學(xué)科實踐—故障排查—參數(shù)調(diào)整”的互動，讓學(xué)生在教材指導(dǎo)下逐步掌握“電路連接（科學(xué)）+編程控制（信息技術(shù)）+參數(shù)計算（數(shù)學(xué)）”的基礎(chǔ)技能，突破“跨學(xué)科入門實踐”的教學(xué)重點，培養(yǎng)“用多學(xué)科知識解決問題”的能力。新知探究三：“進階設(shè)計”破難點1.教材內(nèi)容講解：展示教材“進階版小型開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計”板塊，以“校園走廊人體感應(yīng)警示燈”為案例，跨學(xué)科突破難點：需求分析：教材標(biāo)注“需求：夜間走廊有人經(jīng)過時，警示燈亮3秒后自動熄滅（節(jié)能），無人時燈滅”，需融合“科學(xué)（人體感應(yīng)傳感器電路）、信息技術(shù)（感應(yīng)信號編程判斷）、數(shù)學(xué)（3秒延時計算）”；跨學(xué)科難點解決：傳感器電路（科學(xué)）：教材展示“人體感應(yīng)傳感器與控制器的連接圖”，標(biāo)注“傳感器VCC接5V、GND接GND、OUT接控制器數(shù)字引腳3”，提示“電源正負極不能接反，否則傳感器損壞”；編程邏輯（信息技術(shù)）：教材展示代碼片段，標(biāo)注“邏輯：‘當(dāng)傳感器檢測到人體（引腳3為高電平）→LED燈亮（引腳13高電平）→等待3秒（數(shù)學(xué)延時）→LED燈滅（引腳13低電平）’”；延時參數(shù)（數(shù)學(xué)）：教材解釋“3秒延時需轉(zhuǎn)化為編程中的‘3000毫秒’，若想調(diào)整為5秒，需改為‘5000’，單位換算為‘1秒=1000毫秒’”；調(diào)試提示：教材列出常見跨學(xué)科故障及解決方法，如“傳感器檢測不到人體：檢查電路連接（科學(xué)）或調(diào)整傳感器靈敏度旋鈕；燈亮后不熄滅：檢查編程中‘等待’后是否有‘滅燈’代碼（信息技術(shù)）”。2.師生互動：小組協(xié)作設(shè)計：每組按教材案例分工，“電路組”負責(zé)連接傳感器與控制器電路（科學(xué)），“編程組”負責(zé)編寫感應(yīng)控制代碼（信息技術(shù)），“數(shù)據(jù)組”負責(zé)計算延時參數(shù)并測試調(diào)整（數(shù)學(xué)），教師巡回指導(dǎo)，重點解決“跨學(xué)科協(xié)作銜接”問題（如電路組完成后需告知編程組傳感器連接的引腳號）。系統(tǒng)調(diào)試：小組完成設(shè)計后，按教材調(diào)試提示測試，如“有人經(jīng)過走廊時，燈是否亮3秒后熄滅”，若出現(xiàn)“燈亮后常亮”，教師引導(dǎo)：“先看編程中是否有‘等待3秒后滅燈’的代碼（信息技術(shù)），再查LED燈電路是否接觸良好（科學(xué)）。”跨學(xué)科總結(jié)：教師提問：“在解決‘燈不熄滅’的問題時，我們用到了哪些學(xué)科知識？”引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)“跨學(xué)科融合是解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的關(guān)鍵”，呼應(yīng)教材進階設(shè)計目標(biāo)。3.設(shè)計意圖：通過“小組跨學(xué)科協(xié)作—系統(tǒng)調(diào)試—總結(jié)反思”的互動，拆解教材進階案例中的跨學(xué)科難點，讓學(xué)生在實踐中學(xué)會“用科學(xué)排查電路、用信息技術(shù)優(yōu)化編程、用數(shù)學(xué)調(diào)整參數(shù)”，突破“跨學(xué)科融合解決復(fù)雜問題”的教學(xué)難點，培養(yǎng)“綜合實踐能力”。實踐應(yīng)用：“主題創(chuàng)作”展成果教材內(nèi)容講解：呈現(xiàn)教材“跨學(xué)科主題創(chuàng)作任務(wù)”板塊，提供三個選題方向（也可自主選題）：家庭節(jié)能類：“陽臺光控窗簾開關(guān)系統(tǒng)”（需求：光線強時自動拉上窗簾，光線弱時自動打開，融合科學(xué)“電機電路”、信息技術(shù)“光敏傳感器編程”、數(shù)學(xué)“光線閾值計算”）；校園安全類：“實驗室?；饭耖_關(guān)報警系統(tǒng)”（需求：柜門被打開時，觸發(fā)聲光報警，融合科學(xué)“聲光電路”、信息技術(shù)“門磁傳感器編程”、數(shù)學(xué)“報警延時設(shè)置”）；生活便捷類：“書桌自動臺燈開關(guān)系統(tǒng)”（需求：人靠近書桌時臺燈亮，離開后5秒熄滅，融合科學(xué)“臺燈電路”、信息技術(shù)“人體紅外傳感器編程”、數(shù)學(xué)“延時參數(shù)計算”）。教材提供“跨學(xué)科設(shè)計評價量表”，包含“需求匹配度（2分）、跨學(xué)科知識應(yīng)用（3分）、系統(tǒng)穩(wěn)定性（3分）、創(chuàng)新實用性（2分）”四個維度。師生互動：小組選題與設(shè)計：每組選擇一個選題，參照教材案例與評價量表，制定“跨學(xué)科設(shè)計方案”，明確“各模塊的學(xué)科知識應(yīng)用”“分工安排”，教師審核方案，提出優(yōu)化建議（如“陽臺窗簾系統(tǒng)需考慮電機功率，科學(xué)課學(xué)過功率計算，可用于選擇合適電池”）。主題創(chuàng)作與測試：小組按方案開展創(chuàng)作，過程中記錄“跨學(xué)科問題及解決方法”（如“電機不轉(zhuǎn)，查電路連接（科學(xué)）后發(fā)現(xiàn)正負極接反；編程后電機仍不轉(zhuǎn)，查代碼（信息技術(shù)）發(fā)現(xiàn)引腳號寫錯”），完成后按教材評價量表自評與互評。成果展示與點評：各小組展示系統(tǒng)（如“危化品柜開關(guān)報警系統(tǒng)”，演示打開柜門觸發(fā)報警），講解“跨學(xué)科設(shè)計思路”，教師結(jié)合教材標(biāo)準(zhǔn)點評：“XX小組的書桌臺燈系統(tǒng)，融合了三門學(xué)科知識，且‘5秒延時’符合生活便捷需求，達到跨學(xué)科主題創(chuàng)作目標(biāo)?！痹O(shè)計意圖：通過“選題設(shè)計—主題創(chuàng)作—成果展示”的閉環(huán)互動，讓學(xué)生綜合運用跨學(xué)科知識完成真實主題創(chuàng)作，既鞏固“系統(tǒng)設(shè)計與跨學(xué)科融合”的核心知識，又培養(yǎng)“創(chuàng)新實踐與團隊協(xié)作”