教學(xué)設(shè)計

課程基本信息學(xué)科信息科技年級六年級學(xué)期春季課題計算機控制的擴音系統(tǒng)教科書書名：信息科技教材出版社：浙江教育出版社出版日期：2023年7月教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)對象分析一、學(xué)習(xí)內(nèi)容分析本課內(nèi)容主要包括“體驗大量的計算機參與的擴音系統(tǒng)”、“計算機控制在擴音系統(tǒng)中的作用”和“擴音系統(tǒng)自動控制的算法實現(xiàn)”，重點學(xué)習(xí)的是“計算機如何在擴音系統(tǒng)中發(fā)揮控制作用”。本課是六年級下冊第三單元《擴音系統(tǒng)》第12課《計算機控制的擴音系統(tǒng)》。本單元以擴音系統(tǒng)為主線深入探究：從普通的擴音系統(tǒng)，到計算機控制的開環(huán)擴音系統(tǒng)，再到計算機控制的閉環(huán)擴音系統(tǒng)，最后到擴音系統(tǒng)的暢想與優(yōu)化。本課作為第三單元“擴音系統(tǒng)”的第二課，是計算機參與的控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用，既是對身邊擴音系統(tǒng)的深入研究，又是對下一課結(jié)合反饋與自動調(diào)節(jié)的鋪墊。在了解擴音系統(tǒng)的原理和組成的基礎(chǔ)上，觀察以計算機控制的擴音系統(tǒng)有何區(qū)別。為后續(xù)學(xué)習(xí)“利用反饋實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的擴音系統(tǒng)”打下基礎(chǔ)。本課響應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)中“通過分析典型應(yīng)用場景，了解計算機可用于實現(xiàn)過程與控制，能在實驗系統(tǒng)中通過編程等手段驗證過程與控制系統(tǒng)的設(shè)計?！眱?nèi)容要求。通過引入并體驗大量的計算機參與的擴音系統(tǒng)，引導(dǎo)聚焦學(xué)生對計算機控制的擴音系統(tǒng)的基本原理、組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和運用。在真實情景中感受計算機在擴音系統(tǒng)中的控制作用，在探究實驗中，經(jīng)歷算法描述及程序?qū)崿F(xiàn)等過程，探索擴音系統(tǒng)音量自動控制的算法實現(xiàn)。二、學(xué)習(xí)對象分析學(xué)生經(jīng)過五六年級對“身邊的算法”的學(xué)習(xí)，能夠針對簡單問題，嘗試設(shè)計、求解算法。通過“過程與控制”模塊的學(xué)習(xí)，能夠識別輸入、計算、輸出環(huán)節(jié)，理解反饋在系統(tǒng)中的作用。此階段學(xué)生對計算機控制的擴音系統(tǒng)有一定生活經(jīng)驗，比如電腦音響、校園鈴聲等，但對AI變聲等較先進的案例接觸不多；也不太能夠理解什么是音量的恒定輸出；雖然學(xué)生學(xué)習(xí)過python，但對于python中的對象操作，庫調(diào)用等專業(yè)知識欠缺，閱讀python有一定困難。所以要聯(lián)系真實生活情境，給予學(xué)生動手操作探究的機會，并給予專業(yè)的幫助指導(dǎo)，進行擴音系統(tǒng)自動控制的算法實現(xiàn)和程序驗證。教學(xué)目標(biāo)分析（含核心素養(yǎng)導(dǎo)向）1.通過查找資料、交流探討，理解計算機控制的擴音系統(tǒng)的基本原理和組成結(jié)構(gòu)，為實踐提供理論基礎(chǔ)。2.通過生活實際情境對比、分析、探討、模擬，了解計算機控制在擴音系統(tǒng)中的作用，為實踐提供技術(shù)支持。3.根據(jù)實際問題解決的需求，經(jīng)歷算法的設(shè)計實現(xiàn)和程序的驗證，形成一套擴音系統(tǒng)自動控制解決方案。重點：計算機在擴音系統(tǒng)中的作用。難點：擴音系統(tǒng)自動控制的算法實現(xiàn)。教學(xué)過程導(dǎo)入：觀看視頻對比分析觀看兩個視頻：早期學(xué)校打鈴裝置（圖1）、現(xiàn)代化校園廣播系統(tǒng)（圖2），并思考以下問題：（1）相比較早期打鈴裝置，現(xiàn)代化校園廣播系統(tǒng)的優(yōu)勢在哪里？（2）在誰的幫助下，廣播系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動控制呢？圖2現(xiàn)代化校園廣播系統(tǒng)圖2現(xiàn)代化校園廣播系統(tǒng)圖1圖1早期學(xué)校打鈴裝置【教師引導(dǎo)】觀察學(xué)生視頻學(xué)習(xí)狀況，適時提醒學(xué)生進行對比。（1）請1位比較安靜的學(xué)生回答，請1位熱心同學(xué)補充。預(yù)設(shè)：大部分可以回答出現(xiàn)代化校園廣播系統(tǒng)更加智能，有很多功能。若提不到“自動控制”這個點，就點撥：早期打鈴需要老師每次手動操作，現(xiàn)在的校園廣播只要提前設(shè)置好，就可以自動控制。（2）在舉手的學(xué)生中，選擇1位進行回答，引出課題并板書：計算機控制的擴音系統(tǒng)。預(yù)設(shè)：大部分學(xué)生都能提到是有了電腦或計算機的幫助，才能實現(xiàn)擴音系統(tǒng)的自動控制?！驹O(shè)計意圖】通過對真實情境觀察、對比和思考，以學(xué)生為主體，對計算機控制的擴音系統(tǒng)的特點和功能有了認識。建構(gòu):探索原理，解析作用，算法實現(xiàn)活動1：搭建小型的計算機控制的擴音系統(tǒng)思考：計算機控制的擴音系統(tǒng)可能由哪些硬件設(shè)施組成。觀察計算機控制的擴音系統(tǒng)工作原理圖（圖3）排列硬件，完成學(xué)習(xí)單一（1）（圖4）。圖3計算機控制的擴音系統(tǒng)工作原理圖圖3計算機控制的擴音系統(tǒng)工作原理圖圖4學(xué)習(xí)單一（1）圖4學(xué)習(xí)單一（1）組長對組員進行分工確定系統(tǒng)架構(gòu)師、軟件工程師、對外宣講師。小組合作參考搭建圖（圖5），完成實驗板（板載麥克風(fēng)）、計算機、音響設(shè)備的連接。圖5小型計算機控制的擴音系統(tǒng)搭建圖圖5小型計算機控制的擴音系統(tǒng)搭建圖小組討論分析以上硬件在此系統(tǒng)中的作用，完成學(xué)習(xí)單一（2）。（如圖6所示）圖6學(xué)習(xí)單一（2）圖6學(xué)習(xí)單一（2）建圖【教師引導(dǎo)】請一位舉手的同學(xué)進行回答。預(yù)設(shè)：大部分學(xué)生可以回答出計算機、話筒、音響（揚聲器）。巡視檢查學(xué)生完成情況，選擇一位完成的學(xué)生進行展示，并闡述理由。（板書：原理，貼圖:原理圖）按照就近原則，4人分成一組，教師確定組長，教師巡視檢查學(xué)生搭建情況，對于特別慢的小組進行個別輔導(dǎo)。預(yù)設(shè)：音響和實驗板連接時，“in”口和“out”口連接錯誤?？梢酝ㄟ^師生共同研討，對“in”口和“out”口進行區(qū)分。分別請最前面和最后面的2個小組代表進行分享交流。（學(xué)習(xí)單如圖7所示）圖7學(xué)生學(xué)習(xí)單圖7學(xué)生學(xué)習(xí)單【設(shè)計意圖】通過對擴音系統(tǒng)硬件的排序、小型擴音系統(tǒng)的搭建，了解計算機擴音系統(tǒng)的基本組成，并通過討論、交流，探討不同硬件在系統(tǒng)中的作用，激發(fā)學(xué)生強烈探索欲望的同時，加深理論知識的理解。活動2：探究計算機在擴音系統(tǒng)中的作用觀看校園廣播控制軟件截圖，同桌討論計算機控制的擴音系統(tǒng)有哪些作用。觀看臺上的同學(xué)體驗小蜜蜂、希沃配套話筒，體驗音量調(diào)節(jié)。3.觀察定時播放效果。4.聽聲辨位，聽一段音樂，判斷從哪個音響輸出，體驗分區(qū)控制?！窘處熞龑?dǎo)】請2位舉手的同學(xué)回答。預(yù)設(shè)：若學(xué)生回答出音量調(diào)節(jié)、定時播放、分區(qū)控制，順勢板書。若回答不出，在第2-5個環(huán)節(jié)中體驗后，再進行回答和板書。2.請2位同學(xué)上臺使用小蜜蜂、希沃配套話筒。并介紹：專業(yè)音控師在調(diào)控現(xiàn)場音效時，設(shè)備可以做到根據(jù)不同使用者聲音的大小，輸出恒定的音量。3.在教師機上準(zhǔn)備好程序（圖8），連接好實驗板、音響套件，請1位前面的同學(xué)到教師機上設(shè)定時間，其他同學(xué)驗證是否在設(shè)定時間后音樂響起。圖8定時播放程序圖8定時播放程序4.播放一段音樂，組織全班進行聽聲辯位游戲，請2個角落的學(xué)生和1個中間的學(xué)生進行回答聲音播放的位置。【設(shè)計意圖】結(jié)合身邊校園廣播的真實情景，感受計算機控制的擴音系統(tǒng)的作用，并在實驗中，再次真實體會音量調(diào)節(jié)、定時播放、分區(qū)控制三種功能。培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、善于發(fā)現(xiàn)、善于思考和動手的能力?；顒?：實驗驗證、算法實現(xiàn)觀看PPT的場景（圖9），描述教室場景中遇到的問題。圖9廣播聲音突然很響場景圖9廣播聲音突然很響場景2.對如何解決問題展開思考：（1）我們要借助輸入設(shè)備獲取什么關(guān)鍵信息？（2）要如何利用計算機對音量進行控制（系統(tǒng)音量在60~80之間）？3.小組討論，如何實現(xiàn)用計算機來控制擴音系統(tǒng)音量的自動調(diào)節(jié)？在學(xué)習(xí)單（圖10）中補充流程圖。圖10學(xué)習(xí)單—補充流程圖圖10學(xué)習(xí)單—補充流程圖4.小組交流分析老師提供的部分程序，說一說每一行代碼的含義。（圖11）圖11自動調(diào)節(jié)音量部分程序圖11自動調(diào)節(jié)音量部分程序5.小組合作進行自動音量調(diào)節(jié)實驗，由軟件工程師負責(zé)Python的運行，硬件搭建師進行系統(tǒng)音量大小的調(diào)節(jié)，組長觀察系統(tǒng)音量的變化。對外宣講時做好本組實驗過程分享的準(zhǔn)備?！窘處熞龑?dǎo)】1.請1位學(xué)生回答。預(yù)設(shè)：如果學(xué)生觀察到PPT中廣播的聲音非常響，孩子們被嚇了一跳?？赡苁潜煌瑢W(xué)不小心碰到了音量鍵，順勢點撥：在計算機控制的擴音系統(tǒng)中，我們可以通過自動音量調(diào)節(jié)功能來改善這種被人誤觸的情況。明確：要探究的實驗是擴音系統(tǒng)音量的自動調(diào)節(jié)。（板書：算法實現(xiàn)）（1）請2位舉手的熱心同學(xué)來回答。預(yù)設(shè)：若學(xué)生回答輸入設(shè)備獲取的是聲音的文件，則點撥：實驗的目的是實現(xiàn)音量的自動調(diào)節(jié)，所以這里要抽象出來的關(guān)鍵要素是音量的值（分貝或python對應(yīng)的參數(shù)）。（2）組織同桌討論交流，教師巡視查看交流情況，請1~2組交流中較有想法的孩子回答。預(yù)設(shè)：大部分孩子能把握總體的實驗思路，少部分孩子可以回答：當(dāng)系統(tǒng)音量小于60，將播放音量調(diào)整至60，當(dāng)系統(tǒng)音量大于80時，將播放音量調(diào)整為80。但對于使用Python對Windows系統(tǒng)音量進行讀取和設(shè)置的對應(yīng)值，學(xué)生是沒有這個知識儲備的。因此教師在這里順勢給出Python對應(yīng)Windows的音量對應(yīng)表（表1）。Windows系統(tǒng)音量Python設(shè)定值100080-3.3460-7.630-65.25表1表1Python對應(yīng)Windows的音量對應(yīng)表3.組織四人小組討論，教師巡視，對于不知如何描述的小組進行個別輔導(dǎo)。（板書：算法描述）巡視各組同學(xué)流程圖繪制進度，對薄弱小組進行個輔。請1組流程圖有典型問題的小組分享，其他學(xué)生進行提問和完善；再請1組流程圖較規(guī)范的小組進行分享交流。預(yù)設(shè)：如果學(xué)生忽略-7.63≤音量≤-3.34這個區(qū)間范圍，點撥：在中間的范圍，音量需要調(diào)節(jié)嗎？音量小范圍內(nèi)的波動并不會影響聽覺效果。4.組織四人小組進行程序分析，教師巡視了解情況，邀請1~2組的軟件工程師進行程序解析。5.觀察各小組實驗進度，確保每組同學(xué)都能在計算機中完成音量自動控制：不管怎么拉動音量條，音量條都會在60~80之間。選擇一組完成度較好的小組進行演示匯報。（板書：程序?qū)崿F(xiàn)）【設(shè)計意圖】通過具體場景的展示、流程圖的繪制、分析程序代碼、實驗驗證等過程，激發(fā)學(xué)生的觀察力和問題意識，助力學(xué)生清晰地表達算法邏輯，加深對編程語言和算法實現(xiàn)的理解，使學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實踐，體驗問題解決的過程。應(yīng)用:場景探索獨立思考生活中計算機控制的擴音系統(tǒng)還可以適用于哪些場景？全班分享交流。【教師引導(dǎo)】引導(dǎo)學(xué)生思考生活中計算機控制的擴音系統(tǒng)還可以適用于哪些場景？請3位同學(xué)分享交流。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)計算機控制的擴音系統(tǒng)的適用場景、潛在的安全問題以及改進策略?！驹O(shè)計意圖】不僅僅局限于項目中的小型擴音系統(tǒng)，利用數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境拓寬視野，了解信息社會中功能更加豐富的智能擴音系統(tǒng)。并以生活中控制系統(tǒng)的不安全問題作為切入點，引