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第1.2课《认识微控制器——智能控制的基础》教学设计
课题 认识微控制器——智能控制的基础 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 五年级
核心素养目标 信息意识：意识到智能控制的基础是微控制器，它能够带来便捷生活，理解其生活，社会的意义，从而能够顺利学习本节课内容。计算思维：能在微型控制器的系统学习中，认识到控制器中的结构和编程软件，从而更好地学习智能控制。数字化学习与创新：明白能够利用控制器中的系统结构，学会安装编程软件，探索软件的各个按键作用，实现智能控制。信息社会责任：在学习过程中，认识到控制系统和编程软件，运用智能控制的便利，促进科学社会的发展。
教学重点 明白能够利用控制器中的系统结构，学会安装编程软件，探索软件的各个按键作用，实现智能控制。
教学难点 在学习过程中，认识到控制系统和编程软件，运用智能控制的便利，促进科学社会的发展。
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1.2课 《认识微控制器——智能控制的基础》板书课题。项目方案已经设计好了，距离科技节的时间也不多了，得赶紧着手准备制作作品。既然想要制作一个智能控制作品，是不是得挑选合适的器材呢？又该如何实现呢？这节课就一起来了解一下智能控制器的相关知识吧！思考：请同学们搜索信息并讨论，生活中有哪些智能控制应用，这些应用都是怎么被控制的。制作一个智能控制作品的步骤：1.明确目标和功能；2.选择合适的硬件（控制器、传感器、执行器）；3.硬件连接；4.软件编程（选择编程语言、编写控制逻辑）；5.测试与调试；6.优化与完善。智能窗帘：根据用户的需求自动开合或调节窗帘的位置。智能窗帘系统通常由电机、轨道、控制器和传感器等组成，用户可以通过手机应用、遥控器或定时设置来控制窗帘的开合。智能门锁：采用多种开锁方式，如指纹识别、密码输入、刷卡、手机蓝牙或远程控制等。智能门锁内部的电子控制模块会对用户输入的信息进行验证，验证通过后控制锁芯的开启或关闭。播放视频。 学习新知引入。完成思考问题。观看教学视频。 用智能创新知识引入课堂。用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。将学生注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：板书课题。一、控制无处不在人类依靠自身的智慧发明和创造了许多工具和机器，解放了双手，如今进一步发展出精细感知、自动控制、移动通信等先进技术，这些技术的应用被称为智能应用。生活中的智能控制生活中的智能控制应用随处可见，如自动推送商品的智能购物平台、傍晚自动亮起的智能路灯、辅助医生诊断的智能医疗、可以远程控制的智能家居等，如图1.2.1所示。思考：请同学们思考一下，生活中还有哪些智能控制应用，它们的作用分别是什么。生活中还有以下智能控制应用：1.智能公交系统：通过在公交车辆上安装定位系统、自动报站系统等设备，实现公交车辆的实时位置追踪。2.智能灌溉系统：通过在农田中安装土壤湿度传感器，系统能够实时监测土壤的含水量。当土壤湿度低于设定的阈值时，自动开启灌溉设备进行灌溉；当土壤湿度达到合适范围后，自动停止灌溉。控制系统智能应用的功能之所以如此强大，主要是因为它们内部有一个“聪明的大脑“，即控制系统。它能根据不同需求做出不同的动作。在生活中，洗衣机里的电路板、计算机的处理器（中央处理器）等，都是控制系统的一种。课堂活动智能家居中有很多智能控制应用，根据不同的应用场景，有不同的输入和输出形式，请同学们思考并查找资料，完善表1.2.1。表1.2.1 智能家居应用功能分解智能家居输入智能控制输出扫地机器人按键开关/语音开关嵌入式主控板清扫动作执行智能音箱按键开关/语音开关CPU主控板音频输出指纹门禁指纹采集CPU主控板自动打开门锁二、教学用微型计算机计算机具有不同形态，但都拥有复杂的控制系统。其中，卡片式教学用微型计算机体积小、操作灵活、使用方便，适合各种教学应用场景，如图1.2.2所示。同学们可以选用合适的微型计算机进行作品设计和创作，小清综合考虑后选用了一款主控板。主控板的功能与结构不少教学用微型计算机主控板上自带多种输入设备、中央处理芯片、输出设备，以及方便拓展的外接接口，可以快速实现很多有趣的创意作品。以小清选用的一种主控板为例，了解微型计算机的基本结构，如图1.2.3所示。课堂活动以上图所示的主控板为例，请同学们找出对应的结构，并把结构名称填入表1.2.2对应框中。填完之后思考：要如何使这些结构“动起来？输入设备输出设备控制系统按键、外部输入接口、声音传感器、光线传感器、触摸键、加速度计和陀螺仪、磁力计RGB 灯、OLED 显示屏、蜂鸣器主控芯片、拓展芯片、USB接口三、安装编程软件主控板是通过执行它里面设置的指令进行工作的。如何才能把指令传达给微型计算机呢？这需要编程软件的协助。编程软件提供编写程序的环境，并且能将写好的程序转换成主控板可以执行的形式，再通过数据线下载到主控板里，如图1.2.4所示。计算机一般默认不安装编程软件，需要自行下载安装。下载软件编程软件可以通过多种方式获取，如图1.2.5所展示的：访问产品的官网阅读产品手册，查看产品包装盒上的二维码等，或者上网搜索相关信息。查找和下载图形化编程软件的具体操作如图1.2.6~图1.2.7所示。温馨小贴士：软件要到官网或正规应用商店下载，尽量不随意下载安装软件，以免计算机中病毒。安装软件下载完成后，双击软件的安装文件，接下来根据每步的操作提示安装即可。安装完成后，通常可以在桌面上看到软件的快捷方式，快捷方式是快速启动软件的链接，如图1.2.8所示。软件界面双击快捷方式打开编程软件，可以看到软件界面分为几个主要的区域，每个区域具有各自不同的功能，如图1.2.9所示。四、课堂练习请同学们下载并安装软件，安装后自由探索一下软件各个区域各个按钮的功能，和小伙伴交流一下各自的发现。一、初次启动观察当你启动软件后，首先看一下界面的整体布局。通常会有菜单栏、工具栏、工作区和状态栏等不同区域。二、菜单栏探索文件菜单：这里通常有新建、打开、保存、另存为等基本操作选项。编辑菜单：包含复制、粘贴、剪切、查找、替换等功能。视图菜单：用于调整软件的显示方式。可能有缩放功能（如放大查看细节或缩小查看整体布局）、显示模式切换（比如在设计软件中切换到不同的视图模式以方便设计）、显示或隐藏某些界面元素（如隐藏工具栏以获得更大的工作区）。工具 / 设置菜单：这是软件个性化和一些高级功能所在的地方。三、工具栏探索通用功能按钮：这些按钮往往是软件中最常用功能的快捷方式。四、工作区探索交互区域：如果是图形设计软件，工作区就是你绘制图形的地方，鼠标指针在这个区域的操作会有不同的效果。右键菜单：在工作区右键单击可能会弹出与当前操作相关的菜单。五、状态栏探索状态信息显示：这里通常会显示一些当前软件的状态信息。一些小型控制按钮（如果有）：有的软件在状态栏会有一些快捷操作按钮。五、拓展延伸1.微控制器的特有价值--代码效率、实时性高问：除了上面学到的主控板，生活中还有哪些控制器呢 答：控制器是机电控制系统的主令装置，是发布命令的“决策机构”，用于调度整个计算系统的运作。控制器一般分组合逻辑控制器和微程序控制器。合逻辑控制器由逻辑电路构成，完全靠硬件实现指令的功能；微程序控制器的逻辑、时序、功能由内置程序控制，是由软件定义的控制系统。我们教学用的主控板就是微程序控制器，需要软件配合实现控制目标。问：微控制器和微型计算机又是怎么回事呢？答：微控制（器(Microcontroller Unit，简称MCU，俗称单片机）是把计算机的性能、资源与规格做适当裁剪，并将内存、计数器、A/D转换、串口等周边接口整合在一块芯片上，形成芯片级的计算机。微控制器和计算机一样用途广泛，可以为不同的应用场合做不同组合控制，如遥控器、智能手机、智能家电、工业控制等。问：控制器的威力可真大啊！这是如何做到的呢？答：这需要严谨的控制论支撑。控制论的建立是20世纪的伟大科学成就之一，现代社会的许多新概念和新技术几乎都与控制论有着密切关系。控制论为控制器、微控制器、计算机等现代信息科技的发展奠定了理论基础。2.微型计算机的结构包括哪些呢？中央处理器（CPU）1.运算器：这是计算机进行算术和逻辑运算的部件。2.控制器：它是整个计算机系统的指挥中心，负责协调和控制计算机各部件的工作。存储器1.内部存储器（内存）：随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。2.外部存储器：硬盘、固态硬盘（SSD）和光盘和 U 盘。输入 / 输出（I/O）设备接口1.输入设备接口：用于连接各种输入设备。2.输出设备接口：用于连接各种输出设备。系统总线1.数据总线：用于在计算机各部件之间传输数据。2.地址总线：用于指定数据存储的位置（地址）。3.控制总线：用于传输控制信号，协调计算机各部件的操作。3.安装编程和软件时需要注意什么呢？一、系统要求方面
1.操作系统兼容性：不同的编程软件对操作系统有不同的要求。2.硬件要求：处理器性能、内存容量、硬盘空间。二、软件来源和安全性方面
1.官方渠道优先：为了确保软件的完整性和安全性，最好从官方网站下载编程软件。2.软件授权和许可：注意软件的授权类型。三、安装过程方面
1.依赖项安装：许多编程软件需要先安装一些依赖项才能正常运行。2.安装路径和环境变量配置：安装路径的选择很重要。四、更新和维护方面
1.及时更新软件：定期更新软件可以保证软件的安全性和稳定性。2.卸载和清理残留文件：卸载编程软件要使用软件自带的卸载程序或者在操作系统的控制面板中进行卸载。4.控制系统有哪些类型的系统呢 一、反馈控制系统
1.闭环控制系统：它是一种最典型的反馈控制系统，系统的输出信号会被反馈回来与输入信号进行比较，通过比较后的差值（误差信号）来调整控制动作。2.开环控制系统：没有反馈环节，系统根据预先设定的输入信号进行控制动作，不考虑输出的实际情况。二、计算机控制系统
1.直接数字控制系统（DDC）：计算机直接对生产过程中的参数进行检测和控制。2.集散控制系统（DCS）：它是一种分布式控制系统，采用分散控制、集中管理的模式。三、智能控制系统1.模糊控制系统：基于模糊逻辑，利用模糊规则来描述输入输出之间的关系。2.神经网络控制系统：模仿生物神经网络的结构和功能。四、顺序控制系统1.时间顺序控制系统：按照预先设定的时间顺序来执行一系列操作。2.事件顺序控制系统：根据事件的发生顺序来触发控制动作。5.智能控制器的原理。智能控制器是一种能够根据预设的规则和输入信号，其原理主要涉及以下几个关键部分：一、信号采集与输入部分：传感器接口、模拟 - 数字转换。二、核心处理单元（微处理器或微控制器）部分：程序存储与执行、数据处理与运算。三、控制算法部分：简单逻辑控制、复杂控制算法。四、信号输出部分：数字 - 模拟转换、执行器驱动。六、单元总结 活动日志 班级：XX姓名：XX活动名称认识微控制器——智能控制的基础活动环节1口 2口 3口 4口（在对应环节画V）活动完成内容生活中的智能控制、教学用微型计算机、安装编程软件活动完成度口口口口口口口口口(100%)活动小结问题与反思：学习智能控制相关知识时缺乏思维发散性。改进的方法：罗列相关知识以图形，导图等方式化简。 学习控制无处不在。完成课堂活动题。完成表格。学习教学用微型计算机。学习主控板的功能与结构。完成课堂活动题。完成表格。学习安装编程软件。学习下载软件。学习温馨小贴士。完成课堂练习。进行课外知识拓展。完成单元总结。 初步学习生活中的智能控制，锻炼学生的学习能力和观察能力。通过课堂活动问题，培养学生思考能力和学习能力。培养学生的独立思考能力。进一步认识在教学中智能控制微型计算机的运用，加深学生的理解。进一步学习主控板的功能与结构，培养学生的学习能力。深入地学习课程，培养学生动手能力。培养学生的分析能力。在前面的基础上，更深层次地带领学生们理解智能控制的基础认识，拓展学生的知识面。带领学生了解下载软件的方法，避免学生在错误的途径上下载软件。帮助学生正确下载软件。在课堂练习中强化所学知识内容。拓宽学生的知识面。将本课学习情况进行总结。
课堂小结 认识微控制器——智能控制的基础1.进行新知引入2.控制无处不在3. 教学用微型计算机4.安装编程软件5.完成课堂练习6.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 1、挑选家中的一个智能家居，分析它的智能控制系统并找到对应的结构，绘制出一个表格与同学们分享。2、学完本节课，总结智能控制的基础的相关知识并绘制成思维导图。 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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