资源简介

(共36张PPT)
单元2 活动1
从手动到自动——自动控制与反馈
（湘教版）六年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
了解自动控制系统会收集个人环境数据，懂得保护隐私。同时探讨节能技术（如扶梯慢转）的环保价值，树立绿色使用科技的意识。
亲自设计简单的自动控制程序（如模拟窗帘），尝试修改参数来观察结果变化并在动手编程和调试中，创新解决问题的方法。
学习将 “自动窗帘” 这样的实际问题，拆解为 感知（传感器）— 判断（编程）— 执行（电机）三个步骤。
能敏锐地发现生活中大量利用反馈原理的自动控制现象（如扶梯、空调），知道传感器是如何获取环境信息的。
03
单元引入
研发人工智能、发展高科技的目的是什么呢 是为了实现自动化，解放双手提高人类适应自然、改造自然的能力。
本单元我们将初步了解人类在自动化控制方面已取得的成果，学习系统控制的一些方法，尝试使用传感器，通过编程制作一些自动化生活用品。
03
单元引入
你将学习：
如何描述自动控制的过程
系统参数有什么作用
如何通过网络控制家居设备
03
单元引入
你知道吗？我国古代没有计算机，但是“自动化”机械技术早就出现了。如《列子·汤问》中记载的工匠偃师向周穆王进献的歌舞人偶，古代车辆导航“机器人”--指南车，古代车辆里程记录“机器人”--记里鼓车，利用热空气作为动力的走马灯等。
03
单元引入
学习热身：
商场中有一种自动扶梯，当扶梯上没有人的时候，扶梯运行得很慢，若站上人则扶梯运行速度会加快。你知道这样设计的目的是什么吗
这样设计是为了节约能源和保障安全。无人时慢速运行可减少能耗与磨损；有人时加速能提升通行效率，既符合人体运动习惯，也降低了停留风险。
03
新知引入
本课中你将学习：
如何利用反馈实现自动控制
如何设计自动窗帘系统
生活中常见的自动控制有哪些
03
新知引入
自动控制系统在我们日常生活中无处不在，从家里的空调、冰箱，到工厂的自动化生产线，甚至是交通信号灯，都离不开自动控制技术，它们的共同点是通过反馈实现对系统的自动调节。如何通过反馈实现自动控制呢
03
新知引入
03
新知讲解
自动驾驶汽车通过摄像头、雷达和传感器监测道路和环境信息，并将这些信息反馈给控制系统。控制系统根据路线规划结果，实时调整车辆的速度、方向和行驶状态。速度控制系统通过控制油门和刹车，保持安全车距和设定速度;方向控制系统通过控制方向盘，确保车辆沿着规划路线行驶;刹车控制系统在紧急情况下自动刹车，避免碰撞。
一、使用反馈实现自动控制
03
新知讲解
通过这些复杂的反馈控制机制，自动驾驶汽车能够在各种环境下安全可靠地行驶，在保证驾驶安全的同时为人们的出行提供便利。
一、使用反馈实现自动控制
03
使用反馈实现自动控制的工作原理
反馈控制就像给机器装了一个 “智能大脑” 和 “眼睛”。首先，系统会设定一个目标状态，比如恒温 25℃。然后，它的 “眼睛”（传感器）时刻监测当前的实际情况。接着，“大脑”（控制器）会对比实际状态和目标状态：如果实际状态太高，就发出指令降低它；如果太低，就发出指令提高它。通过一次次的调整和反馈，机器就能自动维持在我们想要的状态，实现精准控制。
拓展阅读
新知讲解
03
新知讲解
二、设计简单的自动窗帘方案
每当照进教室的阳光太过刺眼时，我们都会把窗帘拉上。从这个角度考虑，结合前面学习的知识，你能设计出什么样的装置解决阳光过于刺眼的问题呢
可以尝试制作一款开闭状态随光线变化的窗帘，窗帘在教室使用，开闭状态能够随光线强弱改变。窗帘分为两层，第一层具有一定的透光性起到减弱光照强度的作用;第二层不具有透光性，起到完全遮挡光线的作用。在白天，当阳光很强时，关闭第一层窗帘，减弱光照强度;当阳光弱时，打开第一层窗帘，增加室内光照强度。在夜晚，关闭第二层，天亮后打开。
03
新知讲解
二、设计简单的自动窗帘方案
六年级上册中我们已经学习了自动控制的基本结构“控制回路”，根据我们的想法和需求，按照控制回路的思想设计自动窗帘方案，如图所示。
03
新知讲解
二、设计简单的自动窗帘方案
将自动窗帘系统要素按照输人、计算、输出三个功能划分出来，如表2-1 所示。
表2-1 自动窗帘系统要素分析
03
新知讲解
二、设计简单的自动窗帘方案
控制过程与状态变化:当教室的自动窗帘系统正常工作时，光线传感器获得室内光线信息，将其作为输人，传递给系统的计算部分，计算部分判断室内光线是否过强，如果光线过强，控制电机输出，关闭第一层帘:光线传感器再次检测室内光线强弱，反馈光强值，反馈信息输人计算部分计算部分判断室内光线强弱是否满足学习需要，如果光线依然强烈，则控制电机输出，关团第二层窗帘。当室外光线过低时，自动关闭第二层窗帘打开第一层窗帘。
03
新知讲解
根据设计思路，下面我们使用主控板通过编程模拟自动窗帘装置，按照“输人”“计算”“输出”“其他”四部分准备设备，如下所示。
三、利用编程模拟自动窗帘系统
03
新知讲解
表 2-2 设备准备及功能
三、利用编程模拟自动窗帘系统
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新知讲解
部分算法描述
仅靠硬件无法模拟自动窗帘系统，需要在计算部分设计配套的算法主控板计算并判断改变窗帘状态的时机，然后电机打开或关闭帘。
三、利用编程模拟自动窗帘系统
03
新知讲解
程序实现
第一步:在图形化编程软件中定义相关变量。
第二步:单击软件界面左侧“扩展”中的“ ”，在“传感器”分类中加载光线传感器，在“执行器”分类中加载直流电机。
三、利用编程模拟自动窗帘系统
03
新知讲解
第三步:按照算法编写程序，部分参考程序如下。
三、利用编程模拟自动窗帘系统
03
新知讲解
反思与改进
为了让我们的设计更加实用，可以从输人、计算、输出三个环节系统、全面地考虑当前自动窗帘系统有哪些优点和不足，如表2-3所示。
三、利用编程模拟自动窗帘系统
表 2-3 当前自动窗帘系统的优点和不足
03
利用编程模拟自动窗帘系统的注意事项
传感器数据要准确：编写代码时，要先测试传感器，确保它能正确读出光线强弱或时间数据，数据不准，窗帘就会乱开。
条件判断要清晰：使用 If（如果）语句时，逻辑要写对。比如是 “光线亮了就开”，还是 “光线暗了就开”，方向不能反。
电机运行要平稳：控制电机转动的时间和速度，不要转得太快，否则容易拉坏窗帘轨道，也不要转一半就停止。
拓展阅读
新知讲解
03
新知讲解
自动控制和反馈已经渗透到我们生活的方方面面，它们不仅提高了我们的生活质量和工作效率，还让我们的生活变得更加智能化和便捷化。
实现自动控制的方法就是采用控制回路的设计思路，在控制系统中加人反馈，形成闭环控制系统。例如巡线机器人、避障小车等都是带反馈信息的闭环控制系统。人工智能机器人，更是自动控制和反馈的深层次应用，它能自主根据任务及结果做出反应。
四、自动控制和反馈的具体应用
03
新知讲解
你能说一说学校或者家里应用自动控制的实际案例吗 这些案例是否用到了反馈
探索
家庭：马桶智能盖板
用到反馈：靠近时自动加热座圈，离开后自动冲水。人体感应模块（传感器）捕捉到信号，反馈给控制器执行动作。
学校：教室感应灯
用到反馈：人体感应器检测到教室内无人时，自动关灯；有人时自动开灯，依靠传感器的检测数据来反馈控制状态。
04
课堂练习
1、在设计自动窗帘时，如果光线传感器坏了，窗帘可能会（ ）。
A.变得更漂亮 B.无法正常工作或乱动作 C.耗电更少
2、小明设置空调温度为 26℃，室温实际 28℃时，空调开始制冷。这个过程中，28℃属于（ ）。
A.反馈信息 B.目标状态 C.执行动作
3、以下哪个场景没有用到反馈控制？（ ）
A.智能马桶冲水 B.自动洗衣机进水 C.手工剪纸
B
A
C
04
课堂练习
完成判断
1、反馈控制就是让机器一直工作，不需要人管。（ ）
2、传感器是反馈系统中必不可少的一部分，没有它机器就无法感知环境。（ ）
3、设计自动窗帘时，只需要编写打开的代码，不需要考虑关闭的代码逻辑。（ ）
4、自动控制的目标就是让机器永远按照设定好的方式运行，不能改变。（ ）
V
X
X
X
05
拓展延伸
尝试改进本课的自动窗帘系统，让这个系统更具有实用性，例如，考虑百叶窗式的设计，以便更加精准地满足教室对光照强度的要求。
05
拓展延伸
2、学习利用反馈实现自动控制对青少年有什么好处？
学习反馈自动控制，能极大提升青少年的综合素养。首先，它能锻炼逻辑思维，让我们学会理清 “感知 - 判断 - 行动” 的完整链条。其次，它能增强问题解决能力，通过编程和调试，我们能学会如何排查故障。最后，它还能培养科学探究精神，让我们主动去发现生活中的科技原理，变成主动的 “小小发明家”。
05
拓展延伸
3、青少年如何更好的学习利用反馈实现自动控制？
第一步，多看多观察。日常多留意身边的自动设备，拆解它们的感官和动作，建立直观认知。
第二步，动手做模拟。利用 Scratch 等图形化软件，做简单的小游戏或模拟系统，比如模拟红绿灯或自动风扇，在代码中体会反馈逻辑。
第三步，做小项目。尝试搭建简单的硬件项目（如使用掌控板），从 “自动浇花” 这样的小任务开始，在实践中理解传感器和执行器的配合，不怕犯错，在调试中成长。
06
课堂总结
《从手动到自动——自动控制与反馈》本节课我们学习了自动控制与反馈的知识，了解了反馈控制是通过传感器检测、控制器判断、执行器动作来实现自动运行。以自动扶梯、自动窗帘为例，认识了反馈的重要作用，掌握了设计自动控制系统的核心要点和编程注意事项。我们还列举了家庭和学校里的多个自动控制案例，知道它们大多依靠反馈工作。通过学习这节课让我们从手动走向自动，感受到科技给生活带来的便利。
07
板书设计
从手动到自动——自动控制与反馈
一、使用反馈实现自动控制
二、设计简单的自动窗帘方案
三、利用编程模拟自动窗帘系统
四、自动控制和反馈的具体应用
08
课后作业
1、发挥想象，设计一个除了自动窗帘以外的自动控制小装置（比如自动浇花器、夜间感应灯），画出它的工作流程图。
课后作业
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