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信息科技 六下 第5课《控制系统中的数据》教学设计
教学内容与学习对象分析：
一、教材内容分析
本课通过整单元《校园智能农场》项目作为引导，了解自动控制系统的涉及的数据有哪些，通过分类、归纳整理数据的类型及作用，从而帮助理解自动控制系统通过数据进行运行的原理。
五上理解了算法对数据通过输入、计算、输出三个典型环节解决问题，但这些数据是虚拟的、抽象的，本课则通过现实生活的控制系统中实际接触到的真实数据，其表现形式往往是模糊的，多样的，需要理解它的作用和类型。控制系统运算的对象是控制系统中的数据，数据是运算的基础，只有精准分析出数据，才能为后续数据运算打下扎实的基础。本课通过真实的案例，进一步全面分析数据的类型和作用，为本单元认识连续量与开关量数据，以及相应与运算、或运算等做好知识准备，并为第下一单元《扩音系统》的综合实践作好铺垫。
本课通过“控制系统中数据的类型”和“控制系统中数据的作用”两部进行教学。以《校园智能农场》项目为例，从整个系统需求的角度梳理和分析了校园智能农场正常运行需要哪些类型的数据，并通过真实实验引导学生思考不同类型数据的区别；在此基础上，从系统运行角度分析每一类数据在系统运行中的作用。为了加深对数据作用的理解，课堂通过文字介绍和系统运行流程图，形象地表示出各种数据在系统中的流转原理。
二、学习对象分析
通过四年级的学习，学生对生活中的数据有了一定的概念，了解数据是由图像、声音、字符、视频等多种形式存在的，计算机通过编码的形式利用各种数据进行计算，为本课认识系统中数据的类型打下了基础。通过五年级的学习，学习对生活中的系统及系统如何实现自动控制及实现控制所必须的输入、计算、输出和了原理上的认识，并对控制系统中的计算方式和类型有了大致的了解，这为本单元的学习打下了基础。
学习对象是六年级学生，经过前几年的学习已经拥有了一定的数字化学习能力，对于问题及问题蕴含的数据有简单的分析解读能力，会用文字或图示等描述问题和解决问题的顺序，学生对解决简单问题的一般过程如分解、抽象、模型等计算思维要素有了初步的了解。通过上一单元的学习学习已经掌握了控制系统实现的三个关键环节，并能通过各种算法结构来进行计算并解决实际问题，意识到自主可控系统在解决安全问题时的重要性。
这一阶段的学生正处于从具象思维向抽象思维过渡期，随着算法知识不断完善，对算法的思维方式和设计方法有了切身的体验和一定的掌握，并对系统从表象到内部原理有了进一步的理解力。
学生在具体问题中如何精确抽象并科学建模还是空白，预计学生在学习过程中，对关键要素的抽象还不能准确到位。内容掌握上通过五上的学习，学生对系统有了概念上的认识，了解了系统的组成及工作原理，但这些计算都是属于系统层面的广义的计算，对于具体的计算方式、对什么数据进行什么样的计算还不够明确。学生在此基础上对控制系统中的数据通过类型和作用进行精准的分析，理解起来难度不大，但真正掌握还需通过实验了解各种数据在系统中的流转，加深对此知识点的理解。
教学目标分析(含核心素养导向)：
1.通过生活中的设备，认识到过程与控制系统普遍存在于日常生活中，了解这些系统中蕴含大量数据并对其进行控制。了解控制系统运行需要不同类型的数据，通过分析控制系统，理解各种类型的数据所起到的不同作用。（信息意识）
2.通过观察、分析、比较，体验生活中的系统与数字世界深度融合的环境，有意识地应用反馈优化解决问题的过程，验证解决方案，反思问题解决的过程和方法，并对其进行优化。（计算思维）
3.能利用在线平台与教学资源寻找生活中的过程与控制场景，认识到自主可控技术对社会发展的重要作用，在问题情境中，能够利用信息科技开展数字化学习与交流，合作解决学习问题。（数字化学习与创新）
资源准备：
硬件：计算机网络教室、小学实验器材包
软件：信息科技实验板编程工具(Python_V1.0)、实验视频资料
教学素材：导学单、虚拟校园智能农场系统
设计思路：
本课遵循“以生为本”的教育理念，致力于构建以学生中心的学习环境，充分体现教学评一致，通过实验器材模拟真实操作进行探究实现做中学、用中学。通过六上第一单元自动控制系统的认识进行复习巩固，进而引入把校园农场改造成自动控制的校园智能农场激发学生探究的兴趣，通过实验器材模拟校园智能农场的湿度控制系统，发现一些数据在系统运行的的作用推敲数据的种类有哪些。进而进行第二次温度控制实验找到类似种类的数据，通过表格进行对比归类总结出数据的类型并总结数据的作用，最后通过过程示意图完整还原数据在整个自动控制系统中所起的重要作用，为后续内容进行打下基础。
教学过程：
（一）问题驱动
【学生活动】
1.观察并描述恒温热水壶、智能加湿器的作用及工作原理。
2.观看“智能温室大棚”参考视频介绍，思考改造校园智能农场应具有的先进功能。
3.通过观看视频交流校园智能农场的先进功能。
【教师引导】
1.课件出示自动控制系统：恒温热水壶、智能加湿器，让学生探讨其工作原理。
2.课件出示校园农场图片并播放“智能温室大棚”视频介绍，请学生思考如何改造成自动控制的校园智能农场。
3.课件出示校园智能农场的先进功能的思维导图，引入湿度及湿度控制子系统实验。
【设计意图】回顾生活中的自动控制系统，描述自动控制系统的工作原理，从而进行复习巩固。通过把学生身边的校园农场改造成自动控制的智能农场激发学生的学习动力。
通过观看“温室智能大棚”引导学生思考校园智能农场应具有的先进功能：湿度控制、温度控制及光照控制等，为本课接下来的两个实验做好情境准备，同时为本单元的“校园智能农场”项目后续课堂的持续推进打下基础，。
（二）知识构建
活动一：操作湿度控制实验，找出四类数据
【学生活动】
1.观看课件明确实验要求。
2.三人小组合作完成温度控制实验，操作员进行实验操作，观察员仔细观察实验板屏幕出现的数据，记录员在导学单上记录数据。
3.学生交流从屏幕上看到的数据，并对老师汇总的多份学单资料思考从实验中得出的数据的特点，根据组内讨论所得小结出直接能看到的两类数据：设置湿温度、环境检测湿度。
4.回忆自己的实验情境并观看老师播放的实验现场视频，思考实验中发生了哪些状态的变化，并在导学单上填写自己实验结束前的状态数据。
5.观察实验进行时的内部实现代码，思考影响实验状态数据的原因，讨论并思考使实验中状态发生变化的关键指令，并在导学单上完成实验完成前的指令数据。
6.小组讨论思考：通过刚才的学习对数据有什么新的认识。
【教师引导】
1.课件出示实验要求，强调实验应仔细观察每一个细节。
2.观察学生实验，抽取至少3份完成的学单进行汇总拍照，让学生交流后对比不同学单上填写的数据有什么特点。（第一个数据相同，第二个各不一样）
3.小结数据名称，为了方便交流第一类称为：设置湿度，第二类称为：环境检测湿度，板书两类数据。
4.状态数据关键引导提问：
（1）除了直接从实验板屏幕上看到的数据，实验中还有哪些数据？
（2）数据不一定是数字值，也可能是一种状态，在刚才的实验中发现哪些状态的变化？
5.播放实验过程现场视频，引导学生观察实验中加湿器状态随着湿度的改变在不停地变化，从而得出控制系统中加湿器状态的开与关也是一种数据，板书：加湿器开、关状态。
6.指令数据关键引导提问：那么是谁在控制着加湿器的开与关呢？
7.引导学生观察控制加湿器开、关的关键语句。课件出示实验关键代码：
8.教师根据学生回答归纳：控制系统中还有一种数据我们虽然看不见，却在发挥着重要作用，打开、关闭是系统下达的指令，指令也是一种数据。板书：加湿器开、关指令。
9.小结归纳控制系统中的数据关键提问：
经过以上学习，你对数据有什么新的认识？对于控制系统中的数据双有怎样的理解？
【设计意图】建构部分通过湿度控制实验重在引导学生认识四类数据，是本课的重点和难点部分。前两类是可以直接从实验板屏幕上看到的数据，教师通过多份学单的汇总让学生对比一直不变的设置湿度数据和各不相同的环境检测数据具体数值，进而进行归纳。后两类数据无法直接观察到，是本课的难点，通过引导回忆实验再观察实现场验视频中加湿器开、关两种状态不停交替，得出状态的开、关也是一种数据。最后通过实验关键代码的观察明确加湿器的工作是由两条语句在控制，得出指令打开、关闭也是一种数据。最后小结控制系统中的数据特点，不光是数字值是数据，还可以是一种状态，不光是看得见的数据，还可能是看不见的内部指令，进行两次理解的跳跃，解决本课重难点。
（三）迁移应用
活动二：操作温度控制实验，归纳数据类型及作用
【学生活动】
1.进行温度控制实验，参考第一次实验小组分工在学单上完成温度控制四类数据的填写。
2.交流学单填写情况，并对两次实验所得的数据进行分类、对比，对数据类型和作用进行归纳。
3.个别学生代表操作课件，根据自动控制系统工作原理把四个类型的数据流程图的合适位置，并说一说这四类数据是怎么在自动控制系统流程图中进行流转运行的。
【教师引导】
1.指导进行第二次的温度控制实验，强调借鉴第一次的湿度控制实验的经验，在学单上正确填写四类数据，抽取部分完成的学单进行交流。
2.对于学生在湿度控制实验交流中得出的数据进行板贴出示，注意和第一个实验的数据进行对应。
3.把两次实验得出的四类数据板动态贴补全成表格，让学生进行类型和作用的归纳。
4.数据类型作用关键引导提问:我们用表格对两次实验的数据进行了整理，发现了什么？
它们的数据虽然不同，但每一列都很相似，显然是同一类型，请用统一的名称来概括它们。教师根据学生讨论板贴数据类型：设置数据、环境检测数据、设备状态数据、指令数据。
每一种数据在控制系统中发挥着怎样的作用？你能用简短的话来概括一下吗？
5.课件出示自动控制系统通用流程图，让学生根据作用把为四类数据拖动到合适的位置，边拖边解释原理。
【设计意图】第二次温度控制实验是第一次实验的迁移应用，学生很容易根据经验得出四类数据，但本环节的目的是进行数据类型和作用的概括，为了顺其自然地达到教学效果，教师通过表格进行补充，引导从每列中发现数据间的名称、作用等都极其类似，从而概括出类型名就变得简单自然，每类数据的作用只要学生依据实验原理很合理说明即可，教师再作适当完善。最后流程图中拖动四类数据，使学生通过数据作用进行思考，达到巩固，边拖边解释使学生内心不自觉地产生了自动控制系统动态运行的过程。
（四）拓展提升
活动三：模拟仿真实验，完成学单任务。
【学生活动】
1.仔细阅读学单任务要求，操作仿真“校园智能农场”各自动控制子系统运行变化，并把光照控制系统涉及的数据填入学单第一份表格，把光照控制系统的四类数据填入自动控制流程图相应的位置，说一说其运行原理。2.交流学单填写情况。
【教师引导】
1.介绍仿真“校园智能农场”使用方法并明确每小组的任务。
2.抽取学生交流学单填写数据，反馈数据在自动控制流程图运行原理。
【设计意图】此环节通过电脑制作的虚拟“校园智能农场”让学生在操作中整体感受真实多系统运行情境，利用学单的两个任务进一步对自动控制系统的数据及其运行原理进行体会巩固，并团结“校园智能农场”大项目的后续课堂内容进行铺垫。
（五）评价小结
【学生活动】对照板书对整节课进行知识能力及学法的整理回顾。
【教师引导】关键引导提问：
1.今天这节课我们知道了什么？（知识）
2.我们是怎么总结出数据类型和数据作用的？（方法：比较、归类）
3.通过今天的学习，我们总结出了哪些学习方法？（学法指导）
【设计意图】本环节坚持素养导向，提炼学法，聚焦问题解决的关键环节—抽象与建模，回顾整个课堂的学习经历，对重要知识点进行罗列梳理，有利于实现“了解算法求解问题的一般方式、形成设计与分析简单算法的基本能力”这一核心素养目标。
板书设计：
控制系统中的数据
自动控制系统
环境测试数据 设置数据 设备状态数据 指令数据
数 设定温度 土壤温度 加湿器开、关 指令开、关
据 设定温度 土壤湿度 电风扇开、关 指令开、关
案例启示：
本节课从现实生活接触的自动控制系统进行回顾，从贴近生活的校园农场改造成自动控制的“校园智能农场”为项目引领，触发自动控制系统实现原理的探究，通过湿度控制系统，让学生对屏幕可见的土壤湿度、设置湿度具体数据入手，进而了解非数字化的状态也是一种数据，最后进入代码进行剖析，知道看不见的指令也是一种数据，层层递进解决重难点。通过温度控制系统进行迁移应用，使学生进一步进行夯实所学，并通过表格进行对比归纳出数据类型和作用，最后通过虚拟智能农场感受大系统的运行原理。
整体来看课堂能较流畅进行，学生对实验兴趣高，主动性参与性强，但对于设备状态数据和指令数据的感知还是比较陌生的，课堂中的理解还是比较强的，但在系统中的实际发挥的作用还是后续课堂进一步去感悟。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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