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第3课《系统功能与控制》教学设计
课题 系统功能与控制 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 六年级上
核心素养目标 信息意识：能感知系统控制场景中的信息需求，如识别难控系统的关键影响因素，主动获取调控所需数据。计算思维：用算法化思维拆解系统动态控制过程，如将调节步骤转化为可执行的逻辑流程，分析控制变量间的关系。数字化学习与创新：借助数字化工具模拟系统动态控制，创新调控方案，验证不同策略的效果。信息社会责任：在设计系统控制方案时，考虑伦理与安全，如确保调控过程不泄露数据、不对他人或环境造成负面影响。
教学重点 1、认识系统功能与控制。
教学难点 1、结合具体事例了解系统的功能可以控制，并且是一种动态的调节过程。
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、新知导入观看视频人们创造了很多人工系统。只有有效地控制这些人工系统，才能更好地发挥系统的功能，从而实现开发系统的目标。但有的系统并不好控制。 学习新知引入，观看教学视频。 结合具体实际自然引入课题，将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：一、系统的功能可以控制活动一：感受人工系统的控制分析图 2-3-1 中的人工系统，思考下列问题：（出示图片）1.智能水壶的烧水功能需要控制吗 答：需要。需控制加热功率和时长，水沸后自动断电，避免干烧或烧过头。2.无人机是如何完成起飞、转向、平飞等功能的 答：通过遥控器发送指令，无人机调节电机转速：升力大于重力时起飞，调整不同电机转速差实现转向，转速稳定时平飞。3.仿真机械手是如何抓取实物的 答：通过传感器感知实物位置、形状，控制器接收信号后驱动关节电机，调整手指角度和力度，平稳包裹并抓取实物。智能水壶通过在系统中的程序控制，实现了全自动加水、烧水功能;无人机借助遥控器传输指令，控制飞行状态;仿真机械手通过人工智能技术，控制抓取的动作。以上这些系统功能的实现，都需要提前或者实时地为系统输人控制指令。拓展阅读生活中有的系统并不好控制，比如：大型电网系统：需平衡多区域用电负荷，用户用电需求实时波动，且发电端（如风电、光伏）受天气影响大，控制难度高。城市交通系统：涉及海量车辆、行人及路口，交通流量随时间、事件动态变化，难以精准协调各路段通行效率。这说明系统控制受多因素影响，如内部结构复杂、外部干扰多，且控制需动态适配，并非所有系统都能按预设精准调控，需结合实际优化策略。小科提示：空调的自我调节过程原理很简单：空调先接收设定温度指令，温度传感器实时检测室温，与设定值对比，温差大时强运行，温差小时弱运行，达标后停机，波动后再启动。二、系统的控制是动态的调节过程活动一：观察空调的自我调节过程打开空调，设定温度，观察空调工作时声音、指示灯、风量的变化，思考下面的问题:1.设定温度后，空调一直以同样的状态工作吗 它的工作过程有什么变化 答：不是。室温未达设定值时高强度运行，达标后停机，室温波动后再启动，反复循环。2.当房间温度发生较大变化时，如打开房门或窗户，空调的工作状态有变化吗 答：有变化。开门窗导致室温骤升 / 降，传感器检测到温差增大，空调会重新启动并高强度运行，直至室温回归设定值。3.空调工作状态发生改变后，能够再次回到原来的稳定状态吗 答：能。当空调因室温波动（如开门窗）改变工作状态（从停机转为运行），其温度传感器会持续监测室温，待室温降至或升至设定值时，控制器会指令压缩机等核心部件停止工作，空调再次回到 “室温稳定、低功耗” 的稳定状态，该过程会随室温波动反复进行。系统有输人和输出环节，这意味着系统与外界环境发生着物质与能量的交换。空调系统通过与外界交换物质能量，按指令工作：室温达标进入稳定状态，环境温度变化时重新工作，体现系统控制是动态调节过程。拓展阅读控制算法在动态调节中的应用控制算法是系统动态调节的 “决策核心”，能将抽象的调节需求转化为可执行的逻辑规则。例如比例控制算法，会根据系统实际输出与目标值的偏差大小，按固定比例调整控制量；积分控制算法可消除长期偏差，如空调运行中，若室温持续略低于设定值，算法会累积偏差并逐步加大制热力度；微分控制算法能预判偏差变化趋势，如智能 irrigation 系统根据土壤湿度下降速率，提前微调供水量。三、课堂练习完成教材17—19页相关课堂练习题。四、拓展延伸1、系统控制的基本类型开环控制：无反馈环节，控制指令发出后，不根据系统实际输出结果调整。如定时洗衣机，按预设程序完成洗衣，不检测衣物洁净度；又如交通信号灯，按固定时间切换，不考虑路口车流。优点是结构简单、成本低，缺点是无法应对干扰，控制精度低。闭环控制：含反馈环节，能根据系统输出结果与目标值的偏差动态调节。如恒温空调，实时检测室内温度，与设定值对比，温差大则加大制冷 / 制热，温差小则减小；又如自动投篮机器人，检测投篮偏差后调整角度。优点是控制精度高、能应对干扰，缺点是结构复杂、成本较高。2、系统控制的干扰与抗干扰措施干扰因素：指影响系统按预期运行的外部或内部因素。外部如温控系统中突然开窗的冷风、电网电压波动；内部如电机老化导致转速不稳定、传感器误差。硬件抗干扰措施：通过硬件设计减少干扰，如给控制系统加装屏蔽罩隔绝电磁干扰，在电路中串联稳压模块稳定电压，选用高精度传感器降低检测误差。软件抗干扰措施：借助程序优化应对干扰，如对传感器采集的数据进行多次滤波处理，剔除异常值；设置故障自诊断程序，发现干扰时自动切换备用控制方案。结构抗干扰措施：优化系统物理结构，给机械传动系统添加润滑装置。 完成活动：感受人工系统的控制。进行拓展阅读。学习小科提示。完成活动：观察空调的自我调节过程。学习拓展阅读。完成课堂练习。进行课外知识拓展。 结合所出示的人工系统例子，引导学生分析与控制相关的问题，初步形成系统的功能可以控制信息意识，并调动学习课堂参与度。认识生活中有的系统并不好控制的相关例子，并了解背后的原因。了解空调的自我调节过程原理，为课程研究做准备。引导学生完成空调的自我调节过程相关思考题，在思考中认识系统的控制是动态的调节过程。拓宽所学，帮助学生认识控制算法以及它在动态调节中的应用。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 系统功能与控制1、进行新知引入2、系统的功能可以控制3、系统的控制是动态的调节过程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 选取生活中的一个可控系统（如智能家居温控），记录其 1 天内的调节过程，分析调节依据，说明为何是动态控制，撰写 300 字分析报告。 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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