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第2课《反馈的原理》教学设计
课题 反馈的类型 单元 第五单元 学科 信息科技 年级 六年级下
核心素养目标 信息意识：能感知生活中的反馈现象（如空调控温、手机触控），理解信息在反馈系统中的传递作用。计算思维：能用“输入-处理-输出”模型分析简单反馈系统（如饮水机加热），理解“检测偏差→自动修正”的闭环逻辑。数字化学习与创新：通过模拟实验（如编程控制虚拟机器人避障），设计基础反馈规则，体会自动化控制的优势。信息社会责任：讨论过度依赖自动反馈的风险（如导航盲从），树立“技术服务于人”的正确价值观。
教学重点 1、学习反馈的原理；2、懂得如何控制系统。
教学难点 1、运用反馈的原理。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 板书课题。1、活动背景系统通过环路将输出反馈给输入。那么，系统内部是如何利用反馈信息的呢？了解了反馈的原理，我们就更懂得如何控制系统了。如何实现机器人沿着赛道行走呢？利用反馈信息调整系统的运行。2、观看教学视频《什么是算法？》。 学习新知引入，观看教学视频。 用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：一、反馈环路的作用原理活动：分析倒水过程中的反馈倒满一杯水是生活中的一件小事，其中也蕴含着反馈的原理。在倒水的过程中(图5-2-1)，眼睛要不断地观察水面的高度，大脑要计算水面到杯口的距离，手要连续调整倒水的动作。思考以下问题：1.预设目标是什么？预设目标是倒水时希望达到的最终状态，即将水倒入杯中至指定的水位（例如杯口满但不满溢）。2.大脑依据什么判断是否继续加水？大脑通过实时反馈信息进行判断，依赖视觉反馈，眼睛持续监测水面与杯口的距离。当距离缩小到预设阈值（如“快满”）时，大脑触发减速或停止指令。并计算当前水位与目标水位的差距（如“还差2 cm”），动态调整动作。根据过去经验预判水流速度的影响（如倾斜角度大时水流快，需提前减速）。3.手依据什么调整倒水的速度和角度？手的动作受闭环控制调节，依赖以下反馈：大脑的指令：基于视觉反馈，大脑发送“加速/减速/停止”信号。例如：水面上升过快时，指令减小水壶倾斜角度以降低流速。本体感觉：手部通过触觉和肌肉记忆感知水壶的重量变化和水流阻力，微调动作。动态修正：若发现水位接近目标但流速仍快，会进一步减小角度以避免溢出。倒水过程中的反馈如图5-2-2所示，其中预设目标是满杯水量。在倒水的过程中，眼睛持续观察杯中的水量，当杯中的水量与满杯水量存在一定的偏差时，大脑计算着偏差的变化，指挥手控制水流量，直到偏差趋近于零大脑发出指令，手停止倒水。这一过程通过环路不断地反馈信息来实现。核心结论活动：分析冰箱制冷过程中的反馈类比倒水过程中的反馈，参考图5-2-3，尝试分析冰箱制冷过程中的反馈。我们发现，无论是倒水还是冰箱制冷，都需要依据反馈产生的偏差，来调整系统的工作状态。活动：归纳反馈的原理根据图5-2-2和图5-2-3，对比分析倒水和冰箱制冷的反馈过程，归纳反馈的原理。反馈原理是通过实时检测目标与实际的偏差（如水位/温度），自动反向调节（如调水速/制冷量），最终使系统稳定。本质都是"检测偏差-反向修正"的循环控制。如图5-2-4所示，在反馈过程中，眼睛和冰箱温度传感器是测量仪表，大脑和冰箱控制器是控制器，手和冰箱压缩机是执行器，水流量和冰箱制冷量是被控量。测量仪表获取反馈信息，反馈信息与预设的目标值产生偏差，依据偏差的变化，控制器控制执行器改变被控量，产生新的输出。 活动：分析机器人行走过程中的反馈依据反馈原理，分析行走机器人如何实现沿着赛道行走。 机器人行走依赖"感知-纠偏"闭环控制：传感器（如摄像头）实时检测赛道偏移，控制器计算偏差后调节电机转速（左偏就加速右轮），通过持续微调保持直线行进。整个过程就是不断检测误差、反向修正的负反馈循环。行走机器人预设的目标是沿着赛道的标志线行走，即机器人位置和赛道标志线位置零偏差(偏差也可以是某一固定值)。在行走的过程中，传感器实时反馈赛道的标志线位置与机器人位置,机器人计算位置偏差，根据偏差调整行走的方向和速度，使偏差始终趋近于零，从而实现沿赛道标志线行走。二、课堂练习完成教材15—18页相关课堂练习题。三、拓展延伸生物系统中的反馈在人体体温调节中，预设目标是保持体温在37°C左右。人体的下丘脑相当于控制器，皮肤中的温度感受器是测量仪表。当外界温度变化时，比如寒冷环境下，皮肤温度感受器会检测到体温下降（这是反馈信息），与37°C的目标值产生偏差。下丘脑接收到这个偏差信号后，会指挥身体的执行器，如肌肉（通过颤抖产生热量）、血管（收缩减少热量散失）等改变产热和散热情况（被控量），直到体温偏差趋近于零。在血糖调节中，胰腺中的胰岛细胞起到控制器的作用，血糖感受器类似于测量仪表。正常情况下血糖浓度的预设目标是一个稳定的范围（空腹血糖3.9 - 6.1mmol/L等）。当进食后血糖升高，血糖感受器检测到这个偏差，胰岛β细胞会分泌胰岛素（执行器的作用），促使细胞摄取、利用和储存葡萄糖，降低血糖水平；当血糖过低时，胰岛α细胞分泌胰高血糖素，促进肝糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖，从而升高血糖，使血糖浓度偏差趋近于零。2、生态系统中的反馈在草原生态系统中，草食动物和植物数量之间存在反馈关系。预设目标可以看作是生态系统的平衡状态。当草食动物数量增加时，植物的数量就会相对减少（这是反馈信息，与生态平衡时植物数量的目标值产生偏差）。这种偏差会导致食物资源减少，从而影响草食动物的繁殖和生存，使得草食动物数量减少；而草食动物数量减少后，植物的生长压力减小，数量又会逐渐增加，最终趋于生态平衡状态。在湖泊生态系统中，藻类和以藻类为食的浮游动物之间有反馈关系。如果湖泊中营养物质增加（如磷、氮等），藻类大量繁殖（这是一种偏离正常状态的变化）。浮游动物以藻类为食，随着藻类数量的增加，浮游动物数量也会增加（这是一种反馈调节），当浮游动物数量过多时，藻类数量又会减少，然后浮游动物数量也会因食物不足而减少，湖泊生态系统就在这种反馈调节下保持相对的动态平衡。3、反馈信息的准确性在任何反馈系统中，测量仪表获取的反馈信息的准确性至关重要。如果在倒水过程中，眼睛观察水面高度的误差较大，例如由于光线问题看错水面高度，那么大脑计算的偏差就会不准确，导致手调整倒水动作失误，可能会使水溢出或者不满杯。在高精度的工业控制系统中，如航天航空领域的飞行控制系统，测量仪表需要极高的精度，任何微小的测量误差都可能导致严重后果。例如，飞机高度传感器如果反馈的高度信息有偏差，飞机的自动驾驶系统（控制器）就会根据错误信息调整飞机的飞行姿态（执行器），可能引发飞行事故。 分析倒水时的反馈。思考并完成问题。分析冰箱制冷的反馈。进行原理归纳。分析活动内容。完成课堂练习。进行课外知识拓展。 结合倒水过程的情景，思考学习内容，锻炼学生的学习能力和思考能力。结合生活和学习的知识，引导学生完成问题思考，锻炼学生的思考能力和理解能力。培养学生分析能力和思考动手能力，提高学生的注意力和课堂参与度。结合所学内容，理解并归纳反馈的原理，增强对知识的掌握和运用。引导学生分析以机器人为例的反馈例子，加深所学知识内容。在课堂练习中强化所学知识内容。拓宽学生知识面。
课堂小结 反馈的原理1、进行新知引入2、学习反馈环路的作用原理3、归纳反馈的原理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 1、如果让你设计一个简单的智能小装置（如自动浇花器、自动灯光调节器等），运用反馈原理，描述其中的反馈过程（包括预设目标、测量仪表、控制器、执行器和被控量），文字描述150 - 200字。 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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