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六年级上册第 3 课“控制反馈我解密”教学设计
年级 六年级 单元/主题 第一单元：控制系统
课名 第 3 课 控制反馈我解密
一、教学建议
1. 教学时长建议 2 课时
2. 教学目标 本课的主要教学目标是： 1.认识开环控制及闭环控制的概念及应用案例； 2.了解反馈及环路的应用案例，具备控制系统应用的意识和能力。
3. 教 学设 计 建议 教学设计建议如下： 1. 通过学习者在日常生活中可能控制系统及相关的应用案例，来帮助学习者理解控制系统的概念，并培养学习者的控制系统使用意识； 2. 给予学习者一定的控制系统相关案例的练习和实践机会，让学习者逐步具备分析控制系统组成的能力； 3. 控制系统应用案例和措施要体现技术的先进性，注重体现信息科技的新成果。
4. 教 学方 法 建议 在学习引入方面，教师应该结合教材中无人驾驶汽车的案例，联系学习者在现实生活中可能遇到的相似情景或现象，如同学们在实际生活中使用到的控制系统等，以带领学习者进入本节课的学习。 在新知学习方面，对于“控制反馈我解密 ”的知识内容，建议教师结合当前现实生活中使用的控制系统，从中了解开环控制和闭环控制、反馈及环路以及反馈的应用。 （1）对于“开环控制和闭环控制 ”的知识内容，在让学习者举例了解生活中冬天取暖电气设备的控制系统之上，要让学习者了解开环控制和闭环控制的作用机理和二者之间的区别； （2）对于“反馈及环路 ”知识内容，要从闭环控制系统的组成部门中了解反馈环节，通过反馈再次认识开环控制与闭环控制的区别，了解两种控制方式的优缺点； （3）在“反馈的应用 ”方面，结合教材中的描述，了解反馈在各个领域中的应用，尤其在火箭发射的控制过程中的作用。 在“项目探究 ”方面，教师应引导学习者认识和了解自动浇花控制系统，并根据控制过程，画出自动浇花控制系统的方框图，并根据方框图讨论不同过程电磁状态和阀门的开关情况；鼓励学习者准备所需的硬件材料，尝试搭建一个简易的自动浇花系统。另外引导学习者应用编程实现空调的控制过程，画出空调控制系统的方框图，并标出反馈环节，结合开源硬件和图形化编程软件，实现空调调
控房间温度的过程 。
二、补充知识
对 应 教 材 内 容 （ 对 教 材 中 何 处 内 容的补充） 知识内容： 自动驾驶汽车
补 充 内容 自动驾驶汽车（Autonomous vehicles；Self-driving automobile ）又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、或轮式移动机器人，是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。在 20 世纪已有数十年的历史，21世纪初呈现出接近实用化的趋势。 自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下， 自动安全地操作机动车辆。 2009 年，曝光了自动驾驶汽车的雏形图片。 2010 年 10 月 9 日，谷歌公司在官方博客中宣布，正在开发自动驾驶汽车，目标是通过改变汽车的基本使用方式，协助预防交通事故，将人们从大量的驾车时间中解放出来，并减少碳排放。 2011年 10 月，谷歌在内华达州和加州的莫哈韦沙漠作为试验场对汽车进行测试。同年，美国内华达立法机关允许自动驾驶车辆上路，这也是美国首个类似法律。该法律 2012 年 3 月 1 日正式生效。 2012 年4 月，谷歌宣布自动驾驶汽车已经开了20 万公里（离强制报废不远了）并已经申请和获得了多项相关专利。 2012 年 5 月 7 日， 内华达州机动车辆管理局（DMV）批准了美国首个自动驾驶车辆许可证。在颁发牌照前，有关官员此前曾在高速公路、卡森城街区和拉斯维加斯大道检验过这款汽车，并宣称，先前在高速公路、市内街道和拉斯维加斯闹市区域的测试显示，自动驾驶汽车可以安全行驶，甚至比人工驾驶更加安全。 2014 年4 月份，中国搜索引擎、互联网巨头百度公司与宝马宣布开始自动驾驶研究项目，并在北京和上海路况复杂的高速公路上进行测试。 2015 年6 月 11 日，百度公司表示，百度与德国宝马汽车公司合作开发自动驾驶汽车计划于 2015 年晚些时候在中国推出原型车进行路试。如果计划实施顺利，百度将在时间上远远领先于谷歌，后者计划于 2017 年正式推出自动驾驶汽车。 2017 年 12 月 2 日 上午， 由海梁科技携手深圳巴士集团、深圳福田区政府 、安凯客车、东风襄旅、速腾聚创、中兴通讯、南方科技大学、北京理工大学、北京联合大学联合打造的自动驾驶客运巴士——阿尔法巴（Alphabus）正式在深圳福田保税区的开放道路进行线路的信息采集和试运行。 2024 年 5 月，美国无人驾驶卡车开启路测。借助这些几乎可以全天无休的卡车， 目标是加快货物流动，缩短交货时间。
1.安全性 自动驾驶汽车一直配备了驾驶员。我们训练有素的驾驶员会一直跟随汽车，他们可以像解除巡航控制一样轻松地接管汽车。此外，我们也有训练有素的软件操作人员坐在乘客座位上，监控软件运行状况。在所有测试进行之前，我们都会派出驾驶员，驾驶普通汽车了解路线和路况。通过加入道路标记和交通标志等功能，车载软件能够提前熟悉周围环境及特殊之处。在工作之前也提前告知当地警方。 2.能源消耗 自动驾驶汽车能够促使人们拼车，极大地减少汽车的使用，创造“高速公路火车”。这些高速公路火车能减少能源消耗，增加主要道路的运力。在节约时间方面，美国交通运输部估计，每一工作日，人们平均花费 52 分钟在上下班路上。未来，人们可以以更有效率的方式使用这些时间。
补 充 知 识 来 源 （ 提 供 网 站 链 接 或 按 参 考 文 献 格 式提供） 网站链接：https://www./video/BV1fb421t7yg/
三、项目探究解答参考
探 究 项目：自动浇 花 控制系统 自动浇花控制系统的方框图可以如下绘制： 方框图的左侧是土壤湿度传感器，它负责实时监测土壤的湿度情况。传感器的输出信号将传递给控制器，控制器是方框图的核心部分，它根据预设的土壤湿度值与传感器反馈的实际湿度值进行比较。当实际湿度低于设定值时，控制器会发出指令给电磁阀，使其打开阀门，允许水箱中的水通过阀门流向植物进行浇水。一旦土壤湿度达到或超过设定值，控制器将再次发出指令，使电磁阀关闭阀门，从而停止浇水。 根据这个方框图，我们可以填写表 3-1，描述自动浇花控制系统的各个组成部分及其功能。例如，土壤湿度传感器负责检测土壤湿度，控制器负责根据设定值控制电磁阀的开关，电磁阀则负责控制水流的通断，水箱和阀门则提供水源和水的流动路径。通过这样的系统，我们可以实现对植物的自动浇水，确保植物在适宜的湿度条件下生长。
四、操作练习答案
1. 请 分析 表3-2 中的控 制 系统 是 开环 控 制还 是 闭环 控制？ 抽水马桶的控制系统属于闭环控制。当马桶内水位下降时，触发感应器，从而启动水泵进行补水，直至水位达到预设高度，水泵停止工作。这里的反馈环节主要由水位感应器和控制系统组成，通过感应器实时监测水位，控制系统根据感应器的反馈调整水泵的工作状态。 电饭煲的控制系统同样属于闭环控制。在煮饭过程中，温度传感器实时监测锅内温度，并将信息反馈给控制系统。控制系统根据设定的温度曲线和实时温度信息，调整加热元件的工作状态，确保饭能煮熟且不过热。反馈环节由温度传感器和控制系统共同构成。 自动感应门、光控窗帘和红外感应垃圾桶的控制系统则属于开环控制。它们根据预设条件或外部信号触发动作，不依赖于对动作结果的反馈来调整控制策略。例如，自动感应门在检测到人体接近时自动打开，但门的开启程度和时间并不根据门的实际状态进行调整。光控窗帘根据环境光线自动调节窗帘的开合程度，但窗帘的实际遮挡效果并不作为反馈来影响控制策略。红外感应垃圾桶在感应到物体接近时自动打开桶盖，但桶盖的开合状态并不作为反馈信号来影响控制策略。
2. 火 车站 检 票 系 统 控 制 闸 机 的 打 开和关闭，就 是 常 见 的 控 制 与 反 馈 的 应用。 在这个过程中，控制系统起到了关键作用。它接收旅客的身份证信息作为输入，然后根据预设的规则和数据库中的信息进行处理。如果旅客符合条件，控制系统就会发出指令，让闸机打开，允许旅客通过。反之，如果旅客不符合条件，控制系统则会阻止闸机打开，避免未购票或车票无效的旅客进入。 同时，反馈机制也在这个系统中发挥了重要作用。闸机的状态（打开或关闭）作为输出，向控制系统提供了反馈信息。这样，控制系统就能实时地了解闸机的状态，并根据需要做出调整。如果闸机未能正确响应控制指令，控制系统就能及时发现并采取相应的措施，确保整个系统的正常运行。 通过这样的控制与反馈机制，火车站检票系统能够高效地管理旅客的进出，确保只有符合条件的旅客才能通过闸机，从而维护了车站的秩序和安全。

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