资源简介

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学习任务单
课程基本信息
学科 信息科技 年级 六年级 学期 春季
课题 第7课 开关量的生成
教科书 书 名：义务教育教科书 信息科技 出版社：浙江教育出版社 出版日期：XXX年XXX月
学习目标
1. 通过智能大棚中的光照控制系统实验，理解阈值的概念。 2. 通过光照控制系统案例，理解连续量经由阈值判断生成开关量的过程，并学会用自然语言、流程图及程序代码描述核心算法。 3. 通过对阈值的探究实验与讨论，增强系统安全意识，培育科学家思维。
课前学习任务
1. 分辨常见自动控制系统中的连续量和开关量。
课上学习任务
一、关系运算 常见的关系运算符有：==、!=、>、<、>=、<=，分别表示等于、不等于、大于、小于、大于或等于、小于或等于。 1.考试判分系统中表示成绩合格的条件表达式可以写为：分数○60 （填上合适的关系运算符） 2.体温检测系统中表示正常体温的条件表达式可以写为： 二、探究阈值 1.观察并记录不同环境下的光线值及RGB灯开关状态。 环境实验次数输入量比较器生成指令光线值与阈值关系灯开关状态小手电直射 光线传感器1最大值：光线值○阈值开 关2光线值○阈值开 关光线传感器 检测自然光3光线值○阈值开 关遮挡 光线传感器 4光线值○阈值开 关5光线值○阈值开 关6光线值○阈值开 关7最小值：光线值○阈值开 关
2.根据实验记录，请填写你的结论： 结论1：本实验过程中，光线最大值为： ，最低值为 。光线值越 （大/小）光线越 （亮/暗）。 结论2：RGB灯在临近光线值 时开或关， 如果光线值小于 ，那么RGB灯 (开/关），否则，RGB灯 （开/关）。本控制系统的阈值是 。 三、原理描述 1.自然语言描述。如果 那么 ，否则 。 2.流程图描述。 3.代码描述。思考左右代码对比，有什么区别？ if gx<________: kg = ________ else: kg = 0
推荐的学习资源
1.教学环境： （1）硬件：计算机教室、实物展台、已烧录程序的信息科技实验板套件、手电筒（模拟光线）、不透明遮挡条（调整光线强弱）。 （2）软件：多媒体教学软件、信息科技实验板编程工具(Python)。 2.教学素材： “智慧大棚视频”（视频要素：不同的光线数据影响灯的亮灭状态）、学习单（纸质）。 3.教学准备 以同桌为单位组建2人学习小组（操作员、记录员），可指定汇报也可轮流汇报。
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21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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作业练习
课程基本信息
学科 信息科技 年级 六年级 学期 春季
课题 第7课 开关量的生成
教科书 书 名：义务教育教科书 信息科技 出版社：浙江教育出版社 出版日期：XXX年XXX月
作业练习
（一）书本练习：尝试改变某个控制系统的阈值，描述更改前后的变化情况。 本练习旨在巩固对阈值概念及控制系统核心原理的理解，响应课程标准中“通过分析具体过程与控制系统的实例，了解连续量可以经由阈值判断形成开关量”“能在实验系统中通过编程等手段验证过程与控制系统的设计”的内容要求，感受控制系统安全可控的重要性。 可修改300这个阈值，大小均可。然后实验，能口头描述观察到的现象。 （二）学习单 本课的学习单设计三个活动，旨在帮助学生搭建知识学习与建构的支架。活动一帮助学生更快掌握关系表达式初步知识，为后续学习逻辑运算作铺垫；活动二帮助学生明确实验方法与要求，提供真实记录数据载体，促使学生从实验记录中推导结论；活动三引导学生分别用自然语言、流程图、程序代码三种方式描述开关量生成的原理。 参考答案如下： 1.关系运算 （1）表示成绩合格的条件表达式：分数 >= 60 （2）表示正常体温的条件表达式： 体温<37.3 2.探究阈值 （1）实验记录（略）。 （2）结论： 结论1：本实验过程中，光线最大值为： 4095 ，最小值为 0 。光线值越 大 （大/小）光线越 亮 （亮/暗）。 结论2：RGB灯在临近光线值300时开或关，如果光线值小于 300 ，那么RGB灯 开 (开/关），否则，RGB灯 关 （开/关）。本控制系统的阈值是 300 。 3.原理描述 （1）自然语言描述。如果 光线值小于阈值 , 那么 开关量赋1 ，否则 开关量赋0 。 （2）流程图描述。 （3）代码描述。 if gx< 300 : kg = 1 else: kg = 0
（三）课外拓展：设计一个装置或一种方法，模拟昏暗环境。 鼓励学有余力或有兴趣的学生创意创造，大胆创新。
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教学设计
课程基本信息
学科 信息科技 年级 六年级 学期 春季
课题 第7课 开关量的生成
教科书 书 名：义务教育教科书 信息科技 出版社：浙江教育出版社 出版日期：XXX年XXX月
教学内容与学习对象分析
一、学习内容分析 本课内容主要包括“认识阈值”和“开关量的生成”两块内容，响应课标中“通过分析具体过程与控制系统的实例，了解连续量可以经由阈值判断形成开关量”。 本课内容与五下第三单元《控制系统中的计算》中“控制系统中的计算”“条件计算”等内容密切相关。本单元的主要内容是开关量的逻辑运算。逻辑运算的运算对象是开关量，而大部分开关量是通过连续量经由阈值判断生成的。因此，如何生成开关量是本单元关键内容，也是控制系统的核心控制原理，为后面的开关量逻辑运算打下基础，也为跨学科主题主题小型开关系统和扩音系统设计作好准备。 本课基于“数据”和“算法”逻辑主线。由于开关量生成的学习中阈值有着重要的作用，本课第一部分安排了“认识阈值”，通过智能温室大棚温度的控制聚焦阈值概念，以扫地机器人自动避障为例解释阈值的应用。第二部分安排了“开关量的生成”，以智能温室大棚为例，介绍控制系统经由连续量阈值判断生成开关量并实现过程控制的原理。 二、学习对象分析 学生经过五上第二单元《算法的控制结构》、六上《算法的实现》等内容的学习，学生已经熟悉并理解了分支结构，能用初步应用分支结构解决问题。这是算法方面的基础，同时还有控制方面的基础。通过五下第三单元《控制系统中的计算》、六下第一单元《控制系统中反馈》的学习，学生初步具有了对控制系统的原理分析的能力，但是学生对控制系统对数据进行更复杂、更精准控制的能力还有待提高，对于连续量与开关量之间的联系还不甚了解，对于控制系统通过连续量转化为开关量实现控制的理解也有待深入。同时，对于学生来说，阈值概念相对陌生，需要通过大量实例建立对概念真正理解。
教学目标分析（含核心素养导向）
1. 通过智能大棚中的光照控制系统实验，理解阈值的概念。 2. 通过光照控制系统案例，理解连续量经由阈值判断生成开关量的过程，并学会用自然语言、流程图及程序代码描述核心算法。 3. 通过对阈值的探究实验与讨论，增强系统安全意识，培育科学家思维。 教学重点：理解连续量经由阈值判断生成开关量的过程。
教学难点：能用不同方式描述控制系统中开关量生成的算法原理。
教学过程
（一)回顾：连续量和开关量的特征 回顾上节课“连续量与开关量”的主要学习内容，思考连续量和开关量的数据取值个数，填写表格（如表1）。 表1 连续量和开关量的取值个数 数据取值范围变化连续量□1个 2个 □多个□连续 □非连续开关量□1个 □2个 □多个□连续 □非连续
【教师引导】 巡视，随机选取两个学生回答，出示答案并归纳小结： 连续量数据有多个取值；开关量数据有2个取值，即只有2种状态。在控制系统中，开关量的生成是非常关键的环节，它是实现系统自动化控制的基础。 引出课题并板书：开关量的生成 【设计意图】 复习回顾，进一步巩固连续量与开关量的概念与取值个数。通过随机抽取学生回答，了解真实的学情。回顾小结，承接新旧知识间的联系，为新知识学习作铺垫。 （二)探索：控制系统的核心算法 1.观看智能温室大棚视频，思考并讨论：光线数据和灯亮灭状态数据分别是连续量还是开关量？ 2.小组讨论：智能温室大棚通过什么方式实现光照的自动控制？ 3.齐读阈值的概念，了解相关例子。同桌讨论，尝试说说生活中还有哪些其他阈值。 4.了解常见关系运算，注意运算符号的表示方式，并独立填写正确的关系运算符号。 【教师引导】 1.提醒学生认真观看视频，选择一位未举手的学生进行回答，并板书：连续量、开关量。 2.引导学生思考智能温室大棚自动实现开关灯的基本原理。在小组讨论的基础上抽2个不同程度的汇报人尝试描述本系统的核心控制过程：光线值连续变化，当到达某个临界值时，自动开/关灯。 预设：学生的回答可能不精确，如：光线暗了就开灯，光线亮了就关灯。教师应该予以引导，引出光线值和临界值的比较。 3.“这个临界值就是阈值”，课件出示阈值概念（如图1）。 图1 阈值概念 举例生活中常见的一些阈值例子给学生作参考，如考试判分系统中的60分，分数在60及以上判定合格，否则不合格。 4.“连续量数值与阈值如何进行比较”，引出比较器及其常见逻辑关系运算（如图2）提问：○中的关系运算怎么填？ 图2 常见关系运算 【设计意图】 引导学生在真实应用场景中发现并辨别系统中的连续量与开关量。在讨论核心控制原理中，从贴近学生认知经验的临界值出发，自然引出阈值，学习相关逻辑知识，为分支结构描述算法作铺垫。 （三)建构：描述开关量生成算法 活动一：实验探究阈值 小组合作： 1.明确实验探究要求（如表2）：通过信息科技实验板检测不同环境下的光线值，观察RGB灯开关状态，探究光控灯的阈值。 表2 探究阈值实验记录表 环境实验次数输入量比较器生成指令光线值与阈值关系灯开关状态小手电直射 光线传感器1最大值：光线值○阈值开 关2光线值○阈值开 关光线传感器 检测自然光3光线值○阈值开 关遮挡 光线传感器 4光线值○阈值开 关5光线值○阈值开 关6光线值○阈值开 关7最小值：光线值○阈值开 关
2.光照控制系统实验。使用小手电、不透明遮挡条等工具分别模拟日照、检测自然光、昏暗环境场景（如图3），及时观察并记录结果。 图3 实验操作方法示意图 3.填写实验结论，建构阈值的概念。完成后汇报实验数据与结论。 结论1：本实验过程中，光线最大值为 ，最小值为 。光线值越 （大/小）光线越 （亮/暗）。 结论2：RGB灯在临近光线值 时开或关， 如果光线值小于 时，那么RGB灯 (开/关），否则，RGB灯 （开/关）。本控制系统的阈值是 。 【教师引导】 1.解读实验记录表相关要求，强调实验板的光线最值数据的获取及RGB灯开、关变化时光线的数值（即临界值）。 2.观察各组实验进度并巡课指导。确保学生完成实验，数据及时记录到学习单。 3.抽取2—3组有代表性的小组汇报展示。 预设1：学生实验数据存在误差（如图4）。教师点拨：实验时需静置等数值稳定后读取光线数据与RGB灯的开关状态。实验板的光线传感器受很多因素干扰与影响，在真实环境或仿真环境下反复实验才能获取更科学合理的阈值。 图4 学生实验记录误差预设 预设2：学生实验数据与结论正确。教师小结：在光照控制系统中，阈值设定300，如果光线值小于300，则开灯；如果光线值大于或等于300，则关灯。光线值连续变化，经由阈值比较判断生成开关灯状态，从而实现自动控制。 【设计意图】 提供烧录好程序的实验板供学生实验，避免过多的变量模糊实验目的。明确相关探究要求，为学生探究光线值的大小变化、推导系统阈值提供了指引。让学生经历科学实验，从实验记录中推导得出结论，使学生专注理解连续量与阈值的判断比较生成开关指令的过程，为算法描述作铺垫。 活动二：描述核心算法 1.自然语言描述。结合实验结论2，用“如果...那么...，否则...”描述开关量生成的算法。思考：如果改成“光线值<阈值”的相反条件，开关量指令怎样变化？ 2.流程图描述。参照书本例子，在学习单中把流程图补充完整（如图5）。挑选一个已完成的学生在黑板上填写。 图5 流程图描述开关量的生成 3.代码描述。仔细观察代码，理解变量gx、kg的意义，完善程序。左右代码对比，思考它们的主要区别。 if gx<______: kg = ______ else: kg = 0
【教师引导】 1.学生回答，教师板书。 预设：学生一般能结合实验结论2得到正确答案。教师点拨：这是一个选择结构，又称分支结构，根据条件运算结果成立还是不成立，分别作出两个相反的决策。 2.引导学生理解流程图是一种符号化的、逻辑更清晰、过程更直观的表示方法。学生填写，教师巡视，后校对。 3.展示程序代码，引导学生理解左边代码经历“输入数据->计算比较->生成指令”（无具体动作），而右边代码在开关量指令生成之后，进一步控制对象（左侧RGB灯）“->执行动作”（开关灯动作）。 【设计意图】 让学生在实验结论的基础上正确使用自然语言描述分支结构，学会条件计算结果的正确决策。提醒学生借助书本学会流程图描述算法，然后进一步改写成相应的程序代码，理解变量及验证代码的后续动作。采用比较教学法，引导学生深刻体会开关量生成的过程。 （四)应用 活动三：巩固优化阈值 1.巩固交流： 智能温室大棚适宜的温度区间在18℃—28℃，请任选一种方式描述启用温度控制开关的过程。 2.思考讨论： 光照控制系统设定的阈值300合理吗？你觉得哪些光线值可以代表昏暗的环境？ 3.尝试书本练习： 尝试改变光照控制系统的阈值，设定你认为合理的值，再进行实验，观察相应的变化。参考源码如下： 图6 光照控制系统参考代码 【教师引导】 1.抽取3个小组汇报，根据学生回答课件出示相应参考答案。教师点拨：阈值可以是一个数值，也可以是一个区间。 预设：在表述18-28的区间范围时，学生表达可能不准确。教师点拨：既要满足“温度>=18”，也要满足“温度<=28”，两个条件要同时成立，中间可以用“and” 逻辑运算符连接，这是一种“与运算”。 2.引导学生讨论阈值设置的合理性，通过交流初步达成阈值共识。小结：阈值设定主要目的是为了保证系统安全稳定地运行，如果阈值出现严重偏差就有可能造成严重后果或重大损失。只有经过充分的科学实验，才能得到科学的、优化的阈值。 3.巡视并指导，抽取一优等生讲述过程。教师鼓励学有余力或有兴趣的学生创意创造，课外拓展：设计一个装置或一种方法，模拟昏暗环境。 【设计意图】 例举智能温室大棚的温度区间来进一步拓展“阈值可以是一个数值也可以是一个区间”的概念，巩固开关量生成原理，并为后面“开关量的逻辑运算”作准备。然后让学生探讨阈值设置的科学性与合理性，引发学生对系统安全的关注与思考。进一步激发学生进行创意想象，培养科学家思维。 （五)小结 课堂小结，回顾阈值等相关概念与开关量生成原理，谈收获与感想。 【教师引导】引导学生结合板书概念交流。小结：本节课我们重点探究了阈值与开关量生成的原理，其中阈值的设定在控制系统中起到了关键作用，它保证了系统的安全、自主、可控，对民生安全甚至国家安全都具有非常重要的意义。 【设计意图】进一步感悟联结，形成概念词之间的结构化，内化原理，引发深度学习。引导学生理解安全、自主、可控技术的重要作用，增强学生的信息社会责任。 六、板书设计 图7 板书设计示意图 七、评价标准 评价内容评价星级完全符合基本符合还需努力1.理解阈值，能正确找出生活中的阈值应用至少1例。☆☆☆☆☆☆2.了解常见的关系运算，能正确表达简单的逻辑关系。☆☆☆☆☆☆3.能按要求完成实验，记录完整，数据准确，结论合理。☆☆☆☆☆☆4.至少能用一种方式描述控制系统中开关量生成的算法原理。☆☆☆☆☆☆5.了解阈值设置在系统安全中的重要性，明白阈值偏差可能造成的后果。☆☆☆☆☆☆
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