资源简介

(共39张PPT)
单元1 活动1
解锁系统状态——有限状态与开关量
（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
了解交通、家电等控制系统服务生活，明白规范使用控制设备的意义，树立安全使用电器、遵守交通规则的意识。
结合实例探究智能控制系统，尝试分析智能设备工作逻辑，提升自主探究与应用能力。
拆解系统工作流程，分析状态变化逻辑，理解开关控制原理，养成逻辑分析与拆解问题的思维。
发现生活中的各类控制系统，识别系统状态与控制部件，感知信息控制在生活中的广泛应用。
03
单元引入
现实世界中的系统不只有“开”“关”两种状态，例如:飞机的控制过程就包括“停止”“滑行”“起飞”“巡航飞行”“俯冲”“正常下滑”等运动状态，同时还有“飞行速度”“飞行高度”“迎角”“侧滑角和航迹俯仰角”“旋转角”等飞行状态。
在之前的学习中，我们了解到系统无处不在，设计并制作了一些简单的系统。本单元我们将学习更多的系统控制方法，了解更多现实中的复杂系统。
03
单元引入
你将学习：
生活中有哪些常见的控制系统
如何使用开关量控制多个状态
如何将连续量转化成开关量
03
单元引入
你知道吗？在现实世界中，连续量可以通过设定阈值转化为开关量。例如，在自动浇水系统中，土壤湿度是一个连续量。我们设定一个湿度阈值为40%:当土壤湿度低于40%时，开关量为1，表示需要启动浇水系统;当土壤湿度高于或等于40%时，开关量为0，表示关闭浇水系统。通过这种方式，连续量土壤湿度被转化为控制浇水系统启停的开关量，实现了花园的自动化浇水管理。这种转化的思想非常重要。
03
单元引入
学习热身：
请和你的小伙伴一起讨论一下，生活中除了开关、按钮以外，还有哪些控制系统的部件，尝试分析这些部件是如何工作的。
以门锁为例，它是典型的控制部件。插入钥匙并转动，内部锁舌随之伸缩，完成锁闭与开启两种状态切换。锁芯、锁舌配合构成控制结构，钥匙转动相当于发出控制指令，带动机械部件动作，改变门锁工作状态。
03
新知引入
本课中你将学习：
如何分析常见系统的状态
如何通过开关量控制系统的多个状态
03
新知引入
上学期，我们探索了“开关”的奥秘，当开关“打开”时，设备接通电源或呈现开机状态，开始工作;当开关“关闭”时，设备断开电源或呈现关机状态，停止工作。这是系统的两种状态--“开机”“关机”。这节课我们一起学习系统的状态。
03
新知引入
03
新知讲解
生活中的系统有很多状态，比如家用电风扇的风速有三个不同挡位，随着系统挡位的升高，风速不断加大;空调的工作模式里有“自动”“制冷”“除湿”“制热”等状态，空调系统会根据用户对模式的设置来改变运行状态。以上系统的状态是有数量的，不是无限的，我们称之为有限状态。
一、系统中的有限状态
03
新知讲解
行人在过马路时，经常会遇到等红绿灯的情况。有些人行横道人流量少，安装自动切换的红绿灯会使交通变得不畅，但是不装红绿灯又存在一定安全隐患。你能想办法解决这个问题吗
二、构思并设计行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
要想解决这个实际问题，可以从车辆和行人两个方面考虑。当公路上没有行人的时候，车辆方向红绿灯永远是绿色的，保障车辆顺畅通行;当有行人要过马路时，将车辆方向红绿灯变为红色，行人通过后再变为绿色。
我们可以尝试制作一款行人控制的红绿灯系统，红绿灯的改变由行人控制。
二、构思并设计行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
请分析一下准备设计的这款行人控制的红绿灯系统，需拥有多少种状态 需要多少个开关才能实现这个系统在不同状态间的切换呢
二、构思并设计行人控制的红绿灯系统
该系统共有3 种工作状态：车辆通行行人禁行、变灯警告、车辆禁行行人通行。至少需要2 个核心开关：一是行人请求按钮开关，用于触发变灯流程；二是系统内部时序控制开关，配合计时切换灯光状态。
03
新知讲解
根据设计思路，按照开关控制的思想，可设计出行人控制的红绿灯系统方案，如下图所示。
二、构思并设计行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
将行人控制的红绿灯系统中的要素按照输入、计算、输出三个功能进行划分，如表 1-1所示。
二、构思并设计行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
二、构思并设计行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
行人红绿灯初始为车辆通行、行人禁行。行人按下按钮后，系统先判断间隔是否满 10 分钟，满足则依次切换至警告状态、行人通行状态。行人通行状态持续 60 秒后，系统自动复原初始状态。整个过程依靠各类开关，完成系统不同状态的有序切换。
二、构思并设计行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
根据设计方案，下面我们使用主控板通过编程的方式模拟行人控制的红绿灯系统。按照输入、计算、输出、其他四部分准备设备，如下图和表 1-2所示。
三、利用编程模拟行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
三、利用编程模拟行人控制的红绿灯系统
部分 设备 功能
输入 按键(1个) 获取行人申请通行的信息
计算 主控板 计算是否改变红绿灯状态
输出 RCBLED4灯灯光模块(3个) 显示红绿灯状态
其他 电池、连接线 提供电能、连接设备
表1-2 设备准备及功能
03
新知讲解
算法描述
仅靠硬件无法模拟行人控制的红绿灯系统，需要在计算部分设计配套算法，对整个系统进行控制，才能将输入和输出设备联系起来，进而实现设计方案。
三、利用编程模拟行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
三、利用编程模拟行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
程序实现
第一步:在图形化编程软件中定义所需变量。第二步:单击软件界面左侧“扩展”中的“+”添加设备。第三步:按照算法编写程序，参考如下程序图。
三、利用编程模拟行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
三、利用编程模拟行人控制的红绿灯系统
03
新知讲解
反思与改进
为了让我们的设计更加实用，可以从输入、计算、输出三个环节系统全面地考虑当前行人控制的红绿灯系统有哪些优点和不足，如表1-3所示。
三、利用编程模拟行人控制的红绿灯系统
环节 优点 不足
输入 简单，易操作 按照实际情况，按键应该有2个
计算 逻辑严谨 模拟程序中行人通过的 60 秒时间，可以定义为变量
输出 切换流畅 模拟控制的是 LED灯，与实际应用还有一定差异
03
新知讲解
在日常生活中，我们经常与各种控制系统互动。这些控制系统通过监测和调整其内部状态来保持系统性能。例如冰箱通过内置的温度传感器来监控和调节其内部温度，当内部温度升高并超过设定值时，制冷系统会启动，直到温度回落到理想状态。
四、控制系统的状态
03
新知讲解
在控制系统中，系统的状态是有限的，不是无穷无尽的，大多数情况可以通过“开关量”实现对系统状态的控制。1个开关可以控制2种输出系统最多可以有2种状态;2个开关可以控制4种输出，系统最多可以有4种状态;3个开关最多可以控制多少种状态呢 64种状态的系统，需要多少个开关进行控制呢
四、控制系统的状态
03
新知讲解
空调是生活中的常用电器，请用本课所学知识，分析一下空调有哪些状态。猜一猜这些状态是如何用开关来控制的。
探索
工作状态：待机、制冷、制热、送风、除湿。
开关控制：总电源开关控制整机启停；模式开关切换制冷、制热等功能；风速开关调节风量；温度感应开关配合控温，达到设定温度后自动切换运行状态。
04
课堂练习
1、行人控制红绿灯一共有几种主要状态（ ）
A.2 种 B.3 种 C.4 种
2、控制红绿灯切换的触发开关是（ ）
A.行人按钮 B.音量开关 C.灯光开关
3、以下不属于空调状态的是（ ）
A.制冷 B.制热 C.行驶
A
B
C
04
课堂练习
完成判断
1、一个控制系统只能有一种工作状态。（ ）
2、开关可以实现控制系统不同状态的切换。（ ）
3、行人按下按钮，红绿灯会立刻切换为行人通行。（ ）
4、电风扇的档位开关可以改变运行状态。（ ）
5、自适应交通信号灯会根据路况动态调整。（ ）
V
X
V
X
V
05
拓展延伸
随着科技的发展，出现了一种自适应的交通信号灯。它运用了计算机技术和监控系统技术，能够对车流量、停车次数、延误时间、排队长度等进行动态调整。你能尝试描述一下它的控制过程吗
监控系统实时采集路口车流量、车辆排队长度等数据并传输给计算机。计算机分析数据，动态计算合理通行时长。车多则延长对应车道绿灯时间，车流少则缩短绿灯、加快切换。全程无需固定计时，依据路况实时调整信号灯状态，智能疏导交通。
05
拓展延伸
2、学习如何通过开关量控制系统的多个状态对青少年有什么好处？
学习用开关量控制系统状态，能锻炼青少年逻辑分析与推理能力，学会拆解复杂流程。可以帮助大家看懂家电、交通设施等日常设备的工作原理，拉近与信息技术的距离。同时培养有序思考、分步解决问题的习惯，提升观察与归纳能力。还能为后续编程、智能控制等知识打下基础，激发对科技的探索兴趣。
05
拓展延伸
3、青少年如何更好的学习如何通过开关量控制系统的多个状态？
首先多观察身边电器、交通灯等实物，梳理设备不同工作状态，对应找出控制开关。其次结合课堂案例，动手模拟状态切换流程，理清开关与状态的对应关系。可以绘制简易流程图，记录系统运转逻辑，加深理解。也能和同学互相提问、讨论设备控制原理，交流学习思路。课后尝试分析新的控制系统，学以致用。由浅入深积累知识，循序渐进掌握开关量控制的核心逻辑。
06
课堂总结
《解锁系统状态——有限状态与开关量》本节课我们学习了分析系统状态，以及利用开关控制状态切换的知识。我们认识到生活中各类电器、交通设施都属于控制系统，每个系统都有多种固定工作状态，依靠不同开关的通断、联动完成状态转换。我们重点探究了行人红绿灯、空调等实例，理解了开关在控制系统中的核心作用。希望大家课后多观察身边的控制系统，学会区分系统状态，分析控制原理。
07
板书设计
解锁系统状态——有限状态与开关量
一、系统中的有限状态
二、构思并设计行人控制的红绿灯系统
三、利用编程模拟行人控制的红绿灯系统
08
课后作业
1、列举 3 种生活中的控制系统，写出它们分别有几种工作状态。
课后作业
08
课后作业
2、画出行人红绿灯系统的三种状态，并标注对应的控制开关。
课后作业
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