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第8.2课《控制系统与人工智能》教学设计
课题 控制系统与人工智能 单元 第八单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：认识AI如何模仿人类解决问题（如语音助手、分类垃圾桶），关注技术双刃剑影响（如监控预警与隐私风险）。计算思维：理解智能垃圾桶“语音输入-文字匹配-触发动作”的工作逻辑，分析传感器、算法、执行器如何协同完成自动化分类任务。数字化学习与创新：运用图形化编程搭建语音控制垃圾桶模型，通过数据增强、迁移学习等案例探索优化AI算法的基本思路与方法。信息社会责任：在设计智能分类系统时体会环保价值，辩证讨论AI监控的利弊，养成技术应用中保护个人信息的安全意识。
教学重点 理解人工智能通过模仿人类行为解决问题（如语音控制垃圾桶），掌握“输入-处理-输出”的基础控制逻辑。
教学难点 理解传感器、算法、执行器的协作原理（如无人驾驶综合分析多传感器数据），以及迁移学习等算法优化的实际应用方法。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第8.1课 控制系统与人工智能随着技术的发展，人工智能已广泛地应用在控制领域，让控制变得更方便、更高效和更智能。例如，利用语音可以方便地控制家用电器；智能交通控制系统能大大提高通行效率；无人驾驶技术已实现部分自动控制驾驶等。想一想： 为什么智能手表能提醒你‘该运动了’？因为里面有心率传感器和运动检测器，AI会分析数据，发现久坐就通过震动马达提醒。思考： AI总把易拉罐认成水瓶，怎么改进？用数据增强旋转易拉罐图片，或迁移学习金属物品特征，强化两者差异识别。无人驾驶汽车通过激光雷达扫描道路、摄像头识别信号灯，再经过AI算法综合判断何时加速或刹车，整个过程模仿了人类驾驶的观察与决策。智能监控系统能自动识别视频中的人脸特征，对比数据库后触发警报装置。播放视频《智能垃圾桶》。 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解控制汽车的基本原理。通过问题导入引发学生思考。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、认识人工智能什么是人工智能人工智能利用计算机来模仿人类的思维和行为，解决问题和进行决策，例如，智能扫地机器人可以模拟清洁工的扫地活动，机器翻译软件可以模拟人类对语言进行翻译，智能医疗设备可以模拟医生对疾病进行诊断，等等。开动脑筋1.你在生活中使用过哪些人工智能应用或设备？小爱同学：我家的智能音箱，可以问它天气、定闹钟，还能讲故事。作业帮APP：拍照搜题，AI会自动检查数学题答案对不对。手机语音助手（比如Siri）：说“打电话给妈妈”就能自动拨号。游戏里的AI角色：像《王者荣耀》里人机对战，电脑控制的对手会自动攻击。智能手表：测心率和步数，如果运动太久会提醒我休息。2.这些应用或设备给生活带来了哪些变化或便利？小爱同学帮我查资料、放音乐，不用自己动手搜。作业帮APP能快速找到不会的题，比翻书快多了。语音助手让我不用打字，说话就能定闹钟或打电话。游戏AI让我一个人也能练习对战，不怕队友嫌我菜。智能手表提醒我坐太久要起来动一动，保护健康。二、人工智能与控制的关系人工智能与控制人工智能技术能让输入多样化、控制智能化。在传统控制中，输入量可以是开关量或连续量，在人工智能技术的帮助下，语言、图像、视频等信息都可以作为输入量。在人工智能算法的帮助下，能够实现更复杂、更智能的控制。信息链接目前我国已建成遍布全国的监控智能识别体系。系统通过识别实时拍摄的视频和图像，及时发现犯罪嫌疑人并自动触发预警设备，这有利于及时制止违法犯罪行为，维护国家安全和社会稳定。人工智能技术能让控制更加智能化。无人驾驶汽车通过对激光雷达超声探头、图像传感器等采集到的外部信息，以及汽车内部各种速度、温度和角度传感器等采集到的信息进行综合分析，利用人工智能算法输出加速、减速、转向或刹车等控制信息，实现高效的无人驾驶功能。三、设计智能分类垃圾桶模型智能分类垃圾桶垃圾桶是常见的卫生设备。综合运用控制技术和人工智能技术，能实现垃圾桶的自动化和智能化，更好地实现垃圾分类功能。装一个感应器：比如红外线传感器，像垃圾桶的“眼睛”，当人靠近时能检测到。连接小马达：感应器发现有人靠近，就通知马达转动，把盖子打开。定时关闭：人离开后，感应器“看不到”人了，过几秒就让马达反转，盖子自动关上。用电池供电：整个系统装个小电池，让感应器和马达有电工作。探究实践设计智能垃圾桶模型实验目的：设计语音识别智能垃圾桶控制模型，体验人工智能在控制中的应用。实验设计：能根据使用者对垃圾的语音描述，自动打开对应的垃圾桶盖，不需要人工判断垃圾的类别。当使用者说出“塑料瓶”时，系统将语音识别成文字“塑料瓶”，再将“塑料瓶”与垃圾分类表中对应的“可回收垃圾”进行匹配，打开对应的“可回收垃圾”桶盖。利用LED灯模拟打开桶盖的动作。实验准备：主控板、编程计算机。实验过程：（1）在扩展中加载“语音识别”模块。实验过程：（2）编写程序。实验过程：（3）调试运行。四、练习提升1.描述将人工智能技术应用于过程控制的优势。输入更灵活：AI能听懂语音、看懂图像（如对垃圾桶说“塑料瓶”就能开盖），传统控制只能用开关。处理更智能：AI能自己分析复杂数据（如无人驾驶同时处理雷达、摄像头信息决定刹车）。控制更自动：不用人参与判断（如监控系统自动识别人脸并报警）。2.设计自动识别分类垃圾桶实物模型，包括垃圾桶的结构、控制元器件和控制原理。结构：4个不同颜色的分类桶（如可回收蓝桶），每个桶带可自动开合的盖子。控制元器件：语音识别模块：接收“塑料瓶”等指令并转成文字；主控板：匹配文字与垃圾分类规则；马达：根据指令打开对应桶盖；红外传感器：检测人靠近后唤醒系统。控制原理：人说出垃圾名称→语音模块转文字→主控板判断类型→触发对应桶的马达开盖，人离开后红外传感器检测到信号→延时3秒自动关盖。五、拓展延伸垃圾识别算法优化数据增强魔法师：通过旋转、裁剪训练图片，让AI认识各种角度的垃圾形态。迁移学习小助手：借用现成物品识别模型，快速学会垃圾分类新技能。模型瘦身计划：压缩算法体积，让垃圾识别程序能在手机芯片上流畅运行。多模态侦探：借用现成物品识别模型，快速学会垃圾分类新技能。错误进化日记：记录AI分错垃圾的案例，针对性强化薄弱项训练。人类导师反馈环：收集用户手动纠错数据，持续优化识别准确率。 说一说你在生活中使用过哪些人工智能应用或设备？想一想你还知道哪些可能应用人工智能进行控制的案例，和同学们一起分享交流。小组协作完成智能垃圾桶模型设计。完成练习题。了解垃圾分类算法优化。 帮助学生了解人工智能在生活中的应用。引导学生理解人工智能通过模仿人类行为解决问题。帮助学生了解人工智能在控制系统中的应用。帮助学生体验在控制系统中运用人工智能技术。巩固对知识点的理解。培养学生基本的算法意识。
课小结 控制系统与人工智能1.进行新知引入2.掌握人工智能与控制的关系3.设计智能分类垃圾桶模型4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 根据本课内容，说一说人工智能与控制的关系。学完本节课，尝试设计智能分类垃圾桶。完成PPT37-38页的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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