教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息學(xué)科信息科技年級(jí)六年級(jí)學(xué)期春季課題第7課開(kāi)關(guān)量的生成教科書書名：義務(wù)教育教科書信息科技出版社：浙江教育出版社出版日期：XXX年XXX月教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)對(duì)象分析一、學(xué)習(xí)內(nèi)容分析本課內(nèi)容主要包括“認(rèn)識(shí)閾值”和“開(kāi)關(guān)量的生成”兩塊內(nèi)容，響應(yīng)課標(biāo)中“通過(guò)分析具體過(guò)程與控制系統(tǒng)的實(shí)例，了解連續(xù)量可以經(jīng)由閾值判斷形成開(kāi)關(guān)量”。本課內(nèi)容與五下第三單元《控制系統(tǒng)中的計(jì)算》中“控制系統(tǒng)中的計(jì)算”“條件計(jì)算”等內(nèi)容密切相關(guān)。本單元的主要內(nèi)容是開(kāi)關(guān)量的邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算的運(yùn)算對(duì)象是開(kāi)關(guān)量，而大部分開(kāi)關(guān)量是通過(guò)連續(xù)量經(jīng)由閾值判斷生成的。因此，如何生成開(kāi)關(guān)量是本單元關(guān)鍵內(nèi)容，也是控制系統(tǒng)的核心控制原理，為后面的開(kāi)關(guān)量邏輯運(yùn)算打下基礎(chǔ)，也為跨學(xué)科主題主題小型開(kāi)關(guān)系統(tǒng)和擴(kuò)音系統(tǒng)設(shè)計(jì)作好準(zhǔn)備。本課基于“數(shù)據(jù)”和“算法”邏輯主線。由于開(kāi)關(guān)量生成的學(xué)習(xí)中閾值有著重要的作用，本課第一部分安排了“認(rèn)識(shí)閾值”，通過(guò)智能溫室大棚溫度的控制聚焦閾值概念，以掃地機(jī)器人自動(dòng)避障為例解釋閾值的應(yīng)用。第二部分安排了“開(kāi)關(guān)量的生成”，以智能溫室大棚為例，介紹控制系統(tǒng)經(jīng)由連續(xù)量閾值判斷生成開(kāi)關(guān)量并實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的原理。二、學(xué)習(xí)對(duì)象分析學(xué)生經(jīng)過(guò)五上第二單元《算法的控制結(jié)構(gòu)》、六上《算法的實(shí)現(xiàn)》等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)熟悉并理解了分支結(jié)構(gòu)，能用初步應(yīng)用分支結(jié)構(gòu)解決問(wèn)題。這是算法方面的基礎(chǔ)，同時(shí)還有控制方面的基礎(chǔ)。通過(guò)五下第三單元《控制系統(tǒng)中的計(jì)算》、六下第一單元《控制系統(tǒng)中反饋》的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步具有了對(duì)控制系統(tǒng)的原理分析的能力，但是學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更復(fù)雜、更精準(zhǔn)控制的能力還有待提高，對(duì)于連續(xù)量與開(kāi)關(guān)量之間的聯(lián)系還不甚了解，對(duì)于控制系統(tǒng)通過(guò)連續(xù)量轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)量實(shí)現(xiàn)控制的理解也有待深入。同時(shí)，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，閾值概念相對(duì)陌生，需要通過(guò)大量實(shí)例建立對(duì)概念真正理解。教學(xué)目標(biāo)分析（含核心素養(yǎng)導(dǎo)向）1.通過(guò)智能大棚中的光照控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，理解閾值的概念。2.通過(guò)光照控制系統(tǒng)案例，理解連續(xù)量經(jīng)由閾值判斷生成開(kāi)關(guān)量的過(guò)程，并學(xué)會(huì)用自然語(yǔ)言、流程圖及程序代碼描述核心算法。3.通過(guò)對(duì)閾值的探究實(shí)驗(yàn)與討論，增強(qiáng)系統(tǒng)安全意識(shí)，培育科學(xué)家思維。教學(xué)重點(diǎn)：理解連續(xù)量經(jīng)由閾值判斷生成開(kāi)關(guān)量的過(guò)程。

教學(xué)難點(diǎn)：能用不同方式描述控制系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量生成的算法原理。教學(xué)過(guò)程（一)回顧：連續(xù)量和開(kāi)關(guān)量的特征回顧上節(jié)課“連續(xù)量與開(kāi)關(guān)量”的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，思考連續(xù)量和開(kāi)關(guān)量的數(shù)據(jù)取值個(gè)數(shù)，填寫表格（如表1）。表1連續(xù)量和開(kāi)關(guān)量的取值個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)取值范圍變化連續(xù)量□1個(gè)2個(gè)□多個(gè)□連續(xù)

□非連續(xù)開(kāi)關(guān)量□1個(gè)□2個(gè)□多個(gè)□連續(xù)

□非連續(xù)【教師引導(dǎo)】巡視，隨機(jī)選取兩個(gè)學(xué)生回答，出示答案并歸納小結(jié)：連續(xù)量數(shù)據(jù)有多個(gè)取值；開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)有2個(gè)取值，即只有2種狀態(tài)。在控制系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)量的生成是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)。?引出課題并板書：開(kāi)關(guān)量的生成【設(shè)計(jì)意圖】復(fù)習(xí)回顧，進(jìn)一步鞏固連續(xù)量與開(kāi)關(guān)量的概念與取值個(gè)數(shù)。通過(guò)隨機(jī)抽取學(xué)生回答，了解真實(shí)的學(xué)情?；仡櫺〗Y(jié)，承接新舊知識(shí)間的聯(lián)系，為新知識(shí)學(xué)習(xí)作鋪墊。（二)探索：控制系統(tǒng)的核心算法1.觀看智能溫室大棚視頻，思考并討論：光線數(shù)據(jù)和燈亮滅狀態(tài)數(shù)據(jù)分別是連續(xù)量還是開(kāi)關(guān)量？2.小組討論：智能溫室大棚通過(guò)什么方式實(shí)現(xiàn)光照的自動(dòng)控制？3.齊讀閾值的概念，了解相關(guān)例子。同桌討論，嘗試說(shuō)說(shuō)生活中還有哪些其他閾值。4.了解常見(jiàn)關(guān)系運(yùn)算，注意運(yùn)算符號(hào)的表示方式，并獨(dú)立填寫正確的關(guān)系運(yùn)算符號(hào)?！窘處熞龑?dǎo)】1.提醒學(xué)生認(rèn)真觀看視頻，選擇一位未舉手的學(xué)生進(jìn)行回答，并板書：連續(xù)量、開(kāi)關(guān)量。2.引導(dǎo)學(xué)生思考智能溫室大棚自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)燈的基本原理。在小組討論的基礎(chǔ)上抽2個(gè)不同程度的匯報(bào)人嘗試描述本系統(tǒng)的核心控制過(guò)程：光線值連續(xù)變化，當(dāng)?shù)竭_(dá)某個(gè)臨界值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)/關(guān)燈。預(yù)設(shè)：學(xué)生的回答可能不精確，如：光線暗了就開(kāi)燈，光線亮了就關(guān)燈。教師應(yīng)該予以引導(dǎo)，引出光線值和臨界值的比較。3.“這個(gè)臨界值就是閾值”，課件出示閾值概念（如圖1）。圖1閾值概念舉例生活中常見(jiàn)的一些閾值例子給學(xué)生作參考，如考試判分系統(tǒng)中的60分，分?jǐn)?shù)在60及以上判定合格，否則不合格。4.“連續(xù)量數(shù)值與閾值如何進(jìn)行比較”，引出比較器及其常見(jiàn)邏輯關(guān)系運(yùn)算（如圖2）提問(wèn)：○中的關(guān)系運(yùn)算怎么填？圖2常見(jiàn)關(guān)系運(yùn)算【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)現(xiàn)并辨別系統(tǒng)中的連續(xù)量與開(kāi)關(guān)量。在討論核心控制原理中，從貼近學(xué)生認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)的臨界值出發(fā)，自然引出閾值，學(xué)習(xí)相關(guān)邏輯知識(shí)，為分支結(jié)構(gòu)描述算法作鋪墊。（三)建構(gòu)：描述開(kāi)關(guān)量生成算法活動(dòng)一：實(shí)驗(yàn)探究閾值小組合作：1.明確實(shí)驗(yàn)探究要求（如表2）：通過(guò)信息科技實(shí)驗(yàn)板檢測(cè)不同環(huán)境下的光線值，觀察RGB燈開(kāi)關(guān)狀態(tài)，探究光控?zé)舻拈撝?。?探究閾值實(shí)驗(yàn)記錄表環(huán)境實(shí)驗(yàn)次數(shù)輸入量比較器生成指令光線值與閾值關(guān)系燈開(kāi)關(guān)狀態(tài)小手電直射光線傳感器1最大值：光線值○閾值開(kāi)關(guān)2光線值○閾值開(kāi)關(guān)光線傳感器檢測(cè)自然光3光線值○閾值開(kāi)關(guān)遮擋光線傳感器4光線值○閾值開(kāi)關(guān)5光線值○閾值開(kāi)關(guān)6光線值○閾值開(kāi)關(guān)7最小值：光線值○閾值開(kāi)關(guān)2.光照控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。使用小手電、不透明遮擋條等工具分別模擬日照、檢測(cè)自然光、昏暗環(huán)境場(chǎng)景（如圖3），及時(shí)觀察并記錄結(jié)果。圖3實(shí)驗(yàn)操作方法示意圖3.填寫實(shí)驗(yàn)結(jié)論，建構(gòu)閾值的概念。完成后匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論。結(jié)論1：本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，光線最大值為，最小值為。光線值越（大/?。┕饩€越（亮/暗）。結(jié)論2：RGB燈在臨近光線值時(shí)開(kāi)或關(guān)，如果光線值小于時(shí)，那么RGB燈(開(kāi)/關(guān)），否則，RGB燈（開(kāi)/關(guān)）。本控制系統(tǒng)的閾值是?！窘處熞龑?dǎo)】1.解讀實(shí)驗(yàn)記錄表相關(guān)要求，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)板的光線最值數(shù)據(jù)的獲取及RGB燈開(kāi)、關(guān)變化時(shí)光線的數(shù)值（即臨界值）。2.觀察各組實(shí)驗(yàn)進(jìn)度并巡課指導(dǎo)。確保學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)及時(shí)記錄到學(xué)習(xí)單。3.抽取2—3組有代表性的小組匯報(bào)展示。預(yù)設(shè)1：學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在誤差（如圖4）。教師點(diǎn)撥：實(shí)驗(yàn)時(shí)需靜置等數(shù)值穩(wěn)定后讀取光線數(shù)據(jù)與RGB燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)板的光線傳感器受很多因素干擾與影響，在真實(shí)環(huán)境或仿真環(huán)境下反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能獲取更科學(xué)合理的閾值。圖4學(xué)生實(shí)驗(yàn)記錄誤差預(yù)設(shè)預(yù)設(shè)2：學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論正確。教師小結(jié)：在光照控制系統(tǒng)中，閾值設(shè)定300，如果光線值小于300，則開(kāi)燈；如果光線值大于或等于300，則關(guān)燈。光線值連續(xù)變化，經(jīng)由閾值比較判斷生成開(kāi)關(guān)燈狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?！驹O(shè)計(jì)意圖】提供燒錄好程序的實(shí)驗(yàn)板供學(xué)生實(shí)驗(yàn)，避免過(guò)多的變量模糊實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。明確相關(guān)探究要求，為學(xué)生探究光線值的大小變化、推導(dǎo)系統(tǒng)閾值提供了指引。讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)記錄中推導(dǎo)得出結(jié)論，使學(xué)生專注理解連續(xù)量與閾值的判斷比較生成開(kāi)關(guān)指令的過(guò)程，為算法描述作鋪墊?；顒?dòng)二：描述核心算法1.自然語(yǔ)言描述。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)論2，用“如果...那么...，否則...”描述開(kāi)關(guān)量生成的算法。思考：如果改成“光線值<閾值”的相反條件，開(kāi)關(guān)量指令怎樣變化？是開(kāi)關(guān)量←0否2.流程圖描述。參照書本例子，在學(xué)習(xí)單中把流程圖補(bǔ)充完整（如圖5）。挑選一個(gè)已完成的學(xué)生是開(kāi)關(guān)量←0否圖5流程圖描述開(kāi)關(guān)量的生成3.代碼描述。仔細(xì)觀察代碼，理解變量gx、kg的意義，完善程序。左右代碼對(duì)比，思考它們的主要區(qū)別。ifgx<______: kg=______else: kg=0 【教師引導(dǎo)】1.學(xué)生回答，教師板書。預(yù)設(shè)：學(xué)生一般能結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)論2得到正確答案。教師點(diǎn)撥：這是一個(gè)選擇結(jié)構(gòu)，又稱分支結(jié)構(gòu)，根據(jù)條件運(yùn)算結(jié)果成立還是不成立，分別作出兩個(gè)相反的決策。2.引導(dǎo)學(xué)生理解流程圖是一種符號(hào)化的、邏輯更清晰、過(guò)程更直觀的表示方法。學(xué)生填寫，教師巡視，后校對(duì)。3.展示程序代碼，引導(dǎo)學(xué)生理解左邊代碼經(jīng)歷“輸入數(shù)據(jù)->計(jì)算比較->生成指令”（無(wú)具體動(dòng)作），而右邊代碼在開(kāi)關(guān)量指令生成之后，進(jìn)一步控制對(duì)象（左側(cè)RGB燈）“->執(zhí)行動(dòng)作”（開(kāi)關(guān)燈動(dòng)作）?！驹O(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上正確使用自然語(yǔ)言描述分支結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)條件計(jì)算結(jié)果的正確決策。提醒學(xué)生借助書本學(xué)會(huì)流程圖描述算法，然后進(jìn)一步改寫成相應(yīng)的程序代碼，理解變量及驗(yàn)證代碼的后續(xù)動(dòng)作。采用比較教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生深刻體會(huì)開(kāi)關(guān)量生成的過(guò)程。（四)應(yīng)用活動(dòng)三：鞏固優(yōu)化閾值1.鞏固交流：智能溫室大棚適宜的溫度區(qū)間在18℃—28℃，請(qǐng)任選一種方式描述啟用溫度控制開(kāi)關(guān)的過(guò)程。2.思考討論：光照控制系統(tǒng)設(shè)定的閾值300合理嗎？你覺(jué)得哪些光線值可以代表昏暗的環(huán)境？3.嘗試書本練習(xí)：嘗試改變光照控制系統(tǒng)的閾值，設(shè)定你認(rèn)為合理的值，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察相應(yīng)的變化。參考源碼如下：圖6光照控制系統(tǒng)參考代碼【教師引導(dǎo)】1.抽取3個(gè)小組匯報(bào)，根據(jù)學(xué)生回答課件出示相應(yīng)參考答案。教師點(diǎn)撥：閾值可以是一個(gè)數(shù)值，也可以是一個(gè)區(qū)間。預(yù)設(shè)：在表述18-28的區(qū)間范圍時(shí)，學(xué)生表達(dá)可能不準(zhǔn)確。教師點(diǎn)撥：既要滿足“溫度>=18”，也要滿足“溫度<=28”，兩個(gè)條件要同時(shí)成立，中間可以用“and”邏輯運(yùn)算符連接，這是一種“與運(yùn)算”。2.引導(dǎo)學(xué)生討論閾值設(shè)置的合理性，通過(guò)交流初步達(dá)成閾值共識(shí)。小結(jié)：閾值設(shè)定主要目的是為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行，如果閾值出現(xiàn)嚴(yán)重偏差就有可能造成嚴(yán)重后果或重大損失。只有經(jīng)過(guò)充分的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，才能得到科學(xué)的、優(yōu)化的閾值。3.巡視并指導(dǎo)，抽取一優(yōu)等生講述過(guò)程。教師鼓勵(lì)學(xué)有余力或有興趣的學(xué)生創(chuàng)意創(chuàng)造，課外拓展：設(shè)計(jì)一個(gè)裝置或一種方法，模擬昏暗環(huán)境?！驹O(shè)計(jì)意圖】例舉智能溫室大棚的溫度區(qū)間來(lái)進(jìn)一步拓展“閾值可以是一個(gè)數(shù)值也可以是一個(gè)區(qū)間”的概念，鞏固開(kāi)關(guān)量生成原理，并為后面“開(kāi)關(guān)量的邏輯運(yùn)算”作準(zhǔn)備。然后讓學(xué)生探討閾值設(shè)置的科學(xué)性與合理性，引發(fā)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)安全的關(guān)注與思考。進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)意想象，培養(yǎng)科學(xué)家思維。（五)小結(jié)課堂小結(jié)，回顧閾值等相關(guān)概念與開(kāi)關(guān)量生成原理，談收獲與感想?！窘處熞龑?dǎo)】引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合板書概念交流。小結(jié)：本節(jié)課我們重點(diǎn)探究了閾值與開(kāi)關(guān)量生成的原理，其中閾值的設(shè)定在控制系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵作用，它保證了系統(tǒng)的安全、自主、可控，對(duì)民生安全甚至國(guó)家安全都具有非常重要的意義?！驹O(shè)計(jì)意圖】進(jìn)一步感悟聯(lián)結(jié)，形成概念詞之間的結(jié)構(gòu)化，內(nèi)化原理，引發(fā)深度學(xué)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生