资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
学习任务单
课程基本信息
学科 信息科技 年级 六年级 学期 春季
课题 第10课 开关量与控制
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2024年1月
学习目标
1. 通过开关量的变化控制系统。 2. 小型开关系统的设计与实现。
课前学习任务
无。
课上学习任务
【学习任务一】
仿真推演：如果你是楼道灯，你会在什么情况下亮灯/灭灯？
【学习任务二】
确定开关量的逻辑运算 思考： 1. 需满足什么条件才开灯呢？ 2. 可以用哪种逻辑运算实现？
推荐的学习资源
中小学教育资源及组卷应用平台
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
可能控制因素
序号
开关控制
1
2
3
4
5
6
7
8
实验分析：
和
对比，说明
(是/不是)影响系统控制的关键因素。
和
对北比，说明
(是/不是)影响系统控制的关键因素。
和
对比，说明
(是/不是)影响系统控制的关键因素。
条件
新的开关量
开关量1
开关量2
(是否打开)
(亮度是否小于阈值)
(是否有人)
版权声明
21世纪教育网www.21cnjy.com(以下简称“本网站”)系属深圳市二一教育科技有
限责任公司（以下简称“本公司”）旗下网站，为维护本公司合法权益，现依据相关法律法
规作出如下郑重声明：
一、本网站上所有原创内容，由本公司依据相关法律法规，安排专项经费，运营规划，组织
名校名师创作完成的全部原创作品，著作权归属本公司所有。
二、经由网站用户上传至本网站的试卷、教案、课件、学案等内容，由本公司独家享有信息
网络传播权，其作品仅代表作者本人观点，本网站不保证其内容的有效性，凡因本作品引发
的任何法律纠纷，均由上传用户承担法律责任，本网站仅有义务协助司法机关了解事实情况。
三、任何个人、企事业单位（含教育网站）或者其他组织，未经本公司许可，不得使用本网
站任何作品及作品的组成部分（包括但不限于复制、发行、表演、广播、信息网络传播、改
编、汇编、翻译等方式)，一旦发现侵权，本公司将联合司法机关获取相关用户信息并要
求侵权者承担相关法律责任。
四、一旦发现侵犯本网站作品著作权的行为，欢迎予以举报。
举报电话：400-637-9991
举报信息一经核实，本公司将依法追究侵权人法律责任！
五、本公司将结合广大用户和网友的举报，联合全国各地文化执法机关和相关司法机关严厉
打击侵权盗版行为，依法追究侵权人的民事、行政和刑事责任！
特此声明！
、产士三
深圳市一教育料技有限贵任公司
0307766中小学教育资源及组卷应用平台
教学设计
课程基本信息
学科 信息科技 年级 六年级 学期 春季
课题 第10课 开关量与控制
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2024年1月
教学内容与学习对象分析
一、学习内容分析 本课的核心内容涵盖“开关量逻辑运算的应用”和“小型开关系统的设计与实现”，重点学习的大概念是“系统中的数据可以是开关量或连续量，系统可以通过阈值判断将连续量转换为开关量，通过开关量的逻辑运算可以实现对系统的复杂控制。” 作为第三学段（5-6年级）《过程与控制》模块的一部分，本课与五年级下册的《生活中的系统》、《控制系统》等单元紧密相连，共同构建了学生对系统和控制理论的初步理解。作为本单元最后一课，通过具体的项目实践，是对本单元整体知识的总结与提升，实现从理论到应用的提升。此外，本课还为六下第三单元《扩音系统》的学习奠定了实践基础，起到了桥梁和纽带的作用。 教材第一部分总结了前面所学的逻辑运算规则及其在生活中的应用，体现逻辑运算对复杂系统控制的重要性；第二部分则是以一个项目的形式呈现，以楼道感应灯为实践载体，项目的核心在于分析的过程——分析影响因素确定最关键的因素，结合系统需求确定关键量以及各开关量之间的逻辑关系，逐步设计出楼道感应灯的系统框架图。通过楼道感应灯控制系统的设计，对设计的一般性方法进行提炼，与算法设计的一般过程类似，指向计算思维的培养。在分析影响因素时，所有影响因素和关键影响因素都要考虑，包含了抽象的能力；在确定逻辑运算规则时，包含了建模的能力。 二、学习对象分析 学习对象是六年级学生，通过第5课至第9课的学习，学生们已经掌握了连续量和开关量以及如何将连续量转换为开关量、开关量的三种逻辑运算等内容，同时对系统中涉及的硬件等设备有了初步的接触，也这为本节课的学习奠定了知识基础。这一阶段的孩子正处于抽象思维逐步形成的阶段，能够通过具体案例理解普遍性原理，有一定逻辑结构和演算能力，他们求知欲强，抽象、概括、推理等能力开始形成。这是学生第一次接触小型系统的设计，前期已经积累了分解抽象建模等基本经验，但是这些分析案例相对简单，结构明晰，逻辑关系也较为单一，面对本节课中的真实项目，学生们将面临复杂度显著提升的分析任务。
教学目标分析（含核心素养导向）
1.通过分析生活案例，加深对开关量与系统控制关系的理解，掌握开关量的三种逻辑运算，进而深刻领会系统控制的实现原理。 2.通过项目实践，体验小型开关系统的实现过程，提升实践能力，掌握系统设计的一般性方法，发展计算思维。 3.通过楼道灯的改造项目，发展优化意识，并将其迁移运用于提升身边控制系统的智能化水平或其他生活问题的解决之中。 教学重点：通过开关量变化实现系统控制。
教学难点：基于需求设计逻辑运算。
教学过程
（一）回顾与发现：身边的系统与控制 1.集体回顾灯在各种场景中的身影。 2.同桌之间说一说在这些不同的场景中灯的控制方式分别是什么？ 图 1 生活中的灯光控制系统 【教师引导】 1.引导学生关注灯的不同应用场景。 预设：若学生无法给出丰富的回答，可先引导学生观察教室，再回忆家里、整个小区，甚至城市等，并借助课件中的图片（图1）给予一定启发。 2.巡视学生的讨论情况，找出有代表性的回答，然后针对每个应用场景请1-2位同学说一说该灯的控制方式是什么。 预设：学生一般会结合日常经验，得到这些灯的控制方式，若分析不到位可再请表现积极的同学补充，但是学生的表达可能是不严谨的，需要老师规范，如手动物理开关控制、计算机定时控制、根据环境光线的强弱控制、根据声音强弱控制或人体红外控制、温度高低控制等。 3.总结并引出课题：灯，是生活中不可或缺的元素。无论是家中温馨的照明灯、陪伴我们深夜学习的护眼灯，还是小区外默默守护的路灯，乃至体温计上闪烁的指示灯，它们都在各自的岗位上发挥着不可替代的作用。在不同的场景中，灯有不同的控制方式，这就是今天我们要探索的主题。 【设计意图】为了激活学生的生活经验，通过生活中常见的灯的控制系统引入，从简单的“人工操作”演变到“计算机参与控制”，再从“曾经的预设指令控制”进步到“能实时自动调整的智能控制系统”，学生感受到信息科技是改变生活、推动社会发展的生动例证。 建构：辨析需求，抽象规则 1.代入到“未来社区”设计师的角色中，思考：居民对于楼道智能灯有怎样的需求？ 2.同桌讨论：什么样的楼道灯是既省电又方便住户的，并以“方便”和“省电”为目标进行“亮灯的规则”与“灭灯的规则”抽象，将讨论结果填入楼道智能照明系统的控制规则表（表1）。 表 1 楼道智能照明系统的控制规则 【教师引导】 1.根据教室布局，组建两人学习小组，确定记录员和汇报员。 2.巡视学生的讨论与记录情况，找出有代表性的回答，请1-2个小组的汇报员上台配合实物展台展示表格，汇报讨论结果（图1）。 预设： 若学生无法给出回答，可先引导学生观看老师提供的楼道一天24小时变化的实录视频，根据楼道一天中环境的变化，思考怎么方便住户，什么时候可以省电？ 若学生用比较生活化的语言在描述规则，如“有人来了自动亮”、“白天有人也不需要亮”、“晚上自动会亮”等这些局限、不完整的描述都是正常可接受的，但在汇报和集体讨论的过程中，要引导学生从直观的生活化描述中抽象出更为精确的控制规则，如：在夜晚或阴天等较暗的环境下，当有人进入楼道，灯能自动开启，并保持一段时间的亮灯状态保证用户有足够的时间安全通过楼道。光线充足时，尽量不开灯；人走即灯灭，杜绝长明灯”。 若学生提出了“方便”、“省电”之外的需求，如美观、带宣传功能等，也应予以鼓励，并可提供开源社区等资源，帮助感兴趣的同学寻找在课后拓展实现的方向。 图 2 规则的抽象记录单（学生填写后） 【设计意图】抽象是计算思维过程中的第一步重要工作，从丰富的真实事物中抽取某种角度看待的本质属性，可以反映事物的本质。因此设计规则抽象环节，学生借助学习单，得到既省电又方便住户的楼道灯的控制规则，能为后续的控制系统设计与实施奠定基础。 （三）建构：设计小型开关系统 活动1影响因素猜想 1.说一说：一天中楼道内发生了哪些变化？ 2.猜一猜：哪些因素会影响楼道灯的亮与灭？ 【教师引导】 1.鼓励未举手的学生回答，再请表现积极的同学补充，根据学生的回答逐一板书楼道会发生的变化。 预设：若学生未能找出可能影响系统控制的潜在因素，可出示能体现时间变化、光线变化、是否有人等的真实场景对比照片。 2.提醒所有可能影响系统控制的因素都要考虑，鼓励学生大胆猜想哪些变化会影响楼道灯的亮灭，并阐述猜想的依据。请主动举手、表现积极的同学逐一发言，每位同学分享一条个人想法。 预设： （1）学生回答“白天灯不亮，晚上才亮灯”，猜想时间段可能是影响系统控制的因素。 （2）学生回答“光线充足的时候不亮，光线不足才亮灯”，猜想光线的明暗程度是影响系统控制的可能因素。 （3）学生回答“没有人灯不亮，有人灯才亮”，猜想是否有人是影响系统控制的可能因素。 【设计意图】要设计与实现一个小型开关系统，首先便是影响因素分析。在这一过程中，必须全面考虑所有可能的影响因素，这要求学生具备出色的抽象能力，发现潜在的影响因素。“一天中楼道内发生了哪些变化？”是为了引导学生观察并思考楼道内环境、使用情况、光照条件等因素的变化而设置的支架，帮助学生建立起一个完整且系统的思考框架，从而找到所有可能影响系统控制的潜在因素。 活动2请你来“仿真推演” 集体讨论：以影响因素分析为目标，如何完善表格中的“可能控制因素”单元格（表2）。 同桌合作：一人模拟楼道灯，一人记录数据（表2）。 同桌合作对表格中各种因素进行比较和分析，确定关键因素。 表 2 仿真推演记录表 【教师引导】 1.引导学生用科学的方法来验证猜想，进入实验记录表格设计。请1-2名学生回答应该如何填写“可能控制因素”单元格，全班讨论形成共识。 预设：学生基本都会将影响因素归结为时间、光线、是否有人这三个方面。在个别学生举手回答后，学生会集体讨论予以回应。这一生成过程有助于后续记录和分析影响楼道灯开关的各种因素，为后面的探索打下基础。 2.组织学生进行模拟实验，巡视各组推演进度，确保每组同学都能投入其中。 预设：部分小组可能出现时间分配不当，导致讨论或分析不够充分。建议根据学情为每个环节设定时间限制，并在活动中进行时间提醒。 3.请1-2个小组的汇报员上台配合实物展台展示表格，汇报讨论结果（图3）。 预设：学生会汇报时一般都会提出时间段并不是影响系统控制的主要因素，光线的明暗程度以及是否有人的存在，才是影响系统控制的关键因素。 图 3 仿真推演记录表（学生填写后） 【设计意图】纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。理论总是要在实践中才能得到验证，通过仿真推演，学生亲身感知具体的应用需求；通过设计表格，让学生学会如何科学地验证假设；通过数据对比分析，学生将掌握如何严谨地推演出结论。这样的教学设计不仅加深了学生对知识的理解，也培养了他们的实践能力和科学精神。 活动3：确定开关量的逻辑运算 1.同桌合作，在确定关键因素后，结合系统的具体需求，尝试确定开关量，并填写表格（表3）。 2.同桌讨论：满足什么条件才能开灯？可以用哪种逻辑运算实现？ 表 3 确定开关量的逻辑运算 3.移一移，描述下列事件的关系。（图4） 图 4 用框图描述事件关系 【教师引导】 通过“如何用关键因素去控制系统？”这一问题引出开关量，并带领学生复习回顾开关量与连续量的知识点。 预设：少数小组可能依然存在无从下手的情况。对于这部分学生，可个别指导，提问：“是否有人”只有两种状态，是开关量还是连续量？“光线明暗程度”是连续量，它是怎么生成开关量1的：控制结构是什么？判断条件是什么？ 引导学生根据实际需求，针对开关量1与开关量2的不同取值组合，设定新的开关量的值，完成表格。巡视学生完成情况并物色展示对象。 通过以下两个问题引导学生得到“与”运算，一是“在感应灯控制系统中，需要满足什么条件才会开灯呢？”二是“既……又……可以用哪种逻辑运算实现？” 图 4 逻辑运算记录表 图 5 用框图描述事件关系（学生填写后） 【设计意图】本环节是为了引导学生思考如何根据具体的应用需求选择恰当的逻辑运算。从了解一天中楼道内的变化，再分析这些变化中哪些是影响因素，再至开关量的逻辑运算的确定，层层递进，逐级考虑，提高学生严谨的科学态度与方法。 （四）建构：搭建智能楼道灯系统 1.同桌合作填写系统框架图（图6）。 2.基于框架图，选择合适的元件进行系统搭建。 3.集体找一找程序代码样例中那条语句代表开关量的逻辑运算，然后小组合作烧录老师下发的程序进行测试。 图 6 智能楼道灯系统框图 【教师引导】 巡视框图绘制情况，确保学生理解系统的整体架构，请最先完成搭建的小组汇报展示（图7）。 预设： 如学生会提出还可以用声音传感器来判断是否有人，应肯定学生产生多元的想法，并鼓励学生参考光线传感器判断光线明暗的方法，用阈值生成判断是否有人的开关量。另外，还可让学生比较声音传感器和红外传感器在检测是否有人这个需求上的优劣，以加深对不同传感器特性和适用场景的理解。 部分版本的信息科技实验套件可能没有配备教材提及的红外传感器（人体红外传感器、红外避障传感器、红外测距传感器等)，此时教师可引导学生基于实验条件变通选择板载声音传感器，并对板书做出相应调整。 图7 智能楼道灯系统框图（学生完成后） 引导学生认识对应的元件，并基于硬件连接示意图（图8）、实物连接图（图9）连接硬件。 预设：若学生在系统搭建时出现直接拉扯线缆等野蛮操作，可个别干预。如问题较普遍，可通过实物展台进行操作细节的演示。 图 8 硬件连接示意图 图 9 实物连接图 出示程序代码，请1-2名学生找一找开关量的逻辑运算对应的指令代码。引导小组烧录程序并进行测试。 图 10 样例代码（左：外接红外传感器、右：使用板载声音传感器） 预设： （1）若学生在实验时出现写入样例代码后装置工作情况不符合预期，需要提醒学生根据所处环境的实际情况调整阈值。 （2）若学生提出“为什么代码中‘renti==0’”反而判断为有人？教师可解释：某些红外传感器在检测到人体时输出的是低电平信号，而在未检测到人体时输出的是高电平信号。这与通常理解的“有人”对应逻辑真（1）和“没人”对应逻辑假（0）的情况正好相反。为了帮助学生消除误解，建议让学生亲自体验传感器的输出变化。 【设计意图】通过这一环节，旨在引导学生深入探究控制系统的实现过程，基于实证理解其工作原理。同时，鼓励学生产生多元的想法，提高他们的创新意识。通过实际操作，让学生体验从理论到实践的转变，增强他们的实践技能和创新能力。 （五）小结：课堂回顾与拓展提升 1.同桌讨论：我们设计楼道灯智能控制系统经历了怎样的过程？这种系统与仅定时控制或仅通过光线强度控制的楼道系统相比，具有哪些优点？是否更灵活、更节能？ 2.思考并举手回答：楼道灯控制系统这一系统框架模型是否可以应用于其他生活中的控制系统？探索还有哪些可能的应用场景。 3.思考并举手回答：在生活中，还有哪些方面可以通过开关量的逻辑运算来实现节能优化。 【教师引导】 1.引导学生回顾本堂课设计楼道灯智能控制系统的步骤，并与仅定时控制或仅光线强度控制的系统进行比较。鼓励学生思考并讨论他们设计方案的优势。同桌讨论后请1-2位同学阐述讨论结果。 预设：若学生对本课设计楼道灯智能控制系统的步骤回答困难，可回放课件的关键页面回顾。学生在讨论中会普遍认同本课设计的灯光控制系统相对于单纯的定时、光控系统更具有精确、灵敏、节能的特点。 2.关注学生回答过程中对知识的迁移，在举例过程中，引导学生说出根据什么因素进行开关量的逻辑运算，进而达成控制目标。 预设：若学生回答过程没能明确开关量逻辑运算的要素，可依托板书中的框图进行引导，帮助学生做出回答。 3.要求学生在举例时突出“节能”主题，而非仅仅是基于“便利”的需求。 预设：若学生举例时没有突出节能主题，可让学生关注生活中那些长时间开启的用电设备。比如电风扇、学校的大屏幕、自动扶梯等。 【设计意图】通过这一系列的活动，旨在帮助学生回顾和巩固课堂所学，同时激发他们的批判性思维和创新能力。通过系统比较，学生能够理解自己设计方案的优势和潜在的应用场景。模型应用的讨论拓展了学生的视野，使他们认识到控制系统模型的通用性和灵活性。节能行动的思考让学生将所学知识与实际生活联系起来，提高他们的环保意识和实践能力。最终，通过课堂小结，教师帮助学生整合知识点，加深对控制系统工作原理的理解。
中小学教育资源及组卷应用平台
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
作业练习
课程基本信息
学科 信息科技 年级 六年级 学期 春季
课题 第10课 开关量与控制
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2024年1月
作业练习
作业：请参照楼道感应灯的灯光控制系统，为家里的风扇设计一个能够自动启停的控制系统。 参考答案： 评价标准： 评价内容评价星级完全符合 ☆☆☆基本符合 ☆☆还需努力 ☆1.能通过分析案例，梳理问题、提炼关键因素。2.能根据实际需求，综合选择合适的开关量进行逻辑运算。3.能根据实际需求设计系统框架图，并选择合适的传感器。
中小学教育资源及组卷应用平台
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
与
光线传感器
控制器
开关
电灯
红外传感器
版权声明
21世纪教育网www.21cnjy.com(以下简称“本网站”)系属深圳市二一教育科技有
限责任公司（以下简称“本公司”）旗下网站，为维护本公司合法权益，现依据相关法律法
规作出如下郑重声明：
一、本网站上所有原创内容，由本公司依据相关法律法规，安排专项经费，运营规划，组织
名校名师创作完成的全部原创作品，著作权归属本公司所有。
二、经由网站用户上传至本网站的试卷、教案、课件、学案等内容，由本公司独家享有信息
网络传播权，其作品仅代表作者本人观点，本网站不保证其内容的有效性，凡因本作品引发
的任何法律纠纷，均由上传用户承担法律责任，本网站仅有义务协助司法机关了解事实情况。
三、任何个人、企事业单位（含教育网站）或者其他组织，未经本公司许可，不得使用本网
站任何作品及作品的组成部分（包括但不限于复制、发行、表演、广播、信息网络传播、改
编、汇编、翻译等方式)，一旦发现侵权，本公司将联合司法机关获取相关用户信息并要
求侵权者承担相关法律责任。
四、一旦发现侵犯本网站作品著作权的行为，欢迎予以举报。
举报电话：400-637-9991
举报信息一经核实，本公司将依法追究侵权人法律责任！
五、本公司将结合广大用户和网友的举报，联合全国各地文化执法机关和相关司法机关严厉
打击侵权盗版行为，依法追究侵权人的民事、行政和刑事责任！
特此声明！
、产士三
深圳市一教育料技有限贵任公司
0307766

展开更多......

收起↑