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改变状态——系统也有“情绪”教学设计
课题 改变状态——系统也有“情绪” 单元 了解系统 学科 信息科技 年级 六年级
教材分析 本课是湘教版六上第一单元第3课时，承接前两课开关原理、输入-计算-输出系统架构的内容，是系统知识由单一状态向多状态延伸的关键一课。教材以空调实例引出“系统输出即外在情绪”核心概念，依托楼道噪声提醒装置落地教学，划分四级工作状态，融合传感器硬件应用与图形化编程，串联系统输入、计算、输出逻辑。内容立足2022信息科技新课标，依托生活化项目培育系统思维，既巩固已有系统知识，也为下一节楼道信号灯跨学科实践铺垫理论基础。
学习目标 信息意识：能从生活电器中发现系统不同输出表现，理解系统“情绪”本质是系统运行状态。计算思维：拆解噪声提醒装置四级工况，掌握多条件分级判断逻辑，能用输入-计算-输出梳理系统变化。数字化学习与创新：借助主控板、传感器完成噪声提醒简易编程，尝试提出装置优化方案。信息社会责任：结合噪声管控实例，树立利用智能设备优化校园环境的实用创新意识。
重点 理解系统外在输出是“情绪”表现，掌握噪声提醒装置四种工作状态，理清各状态对应的输入、计算、输出逻辑。
难点 读懂分级报警算法逻辑，通过编程实现多档位声光提醒；结合优缺点，从输入、计算、输出三个维度优化装置设计。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 本课中你将学习： 如何分析系统的状态 如何设计表示系统状态的装置 什么是系统的“情绪”如果用系统的观点看待我们自己，不同情况下表现出来的表情就是我们状态的“输出”。其他系统在外界环境的作用下，也会产生不同的输出，系统因此表现出不同的“情绪”。 结合自身喜怒哀乐表情变化，举手说一说：不同心情对应什么面部表现；小组自由讨论：家里电器开机、故障时会出现哪些不一样的外在变化；自主猜想：电器不同表现是不是系统的“情绪”。 依托生活化类比降低抽象概念难度，用人体情绪迁移系统状态，激发探究兴趣，自然引出课题，铺垫“输出=系统情绪”核心知识点。
讲授新课 环节1：输出体现系统的内在状态空调作为常见的家用电器，在炎热的夏天，为我们带来清凉；在寒冷的冬天，为我们提供温暖。下图是空调系统表现出来的“情绪”,你能猜出这台空调处在一种什么状态吗 面对不同的输入指令，空调系统都会表现出怎样的外在“情绪”,这些“情绪”又代表其怎样的内在状态呢 请把你的想法填入表1-4中。通过分析发现，系统的输出可以看作系统的“外在情绪”,而系统的内在状态可以通过输出推断。如果将“输入”看作我们对系统发出的指令，“输出”则可以看作具体的执行环节，最常见的“输出”是打开或者关闭某些“开关”,从而控制系统实现某些功能。环节2：制作噪声提醒装置课间时，楼道里嘈杂的吵闹声导致学生听不清学校的广播，老师对此很苦恼。能不能想一个办法，在楼道声音过大时给出提醒，让学生降低音量，保持楼道安静呢 如果能在楼道里安装一个实时提醒大家噪声过大的装置，就能解决这个问题了。下面，让我们一起运用所学知识，探索如何制作噪声提醒装置吧!你是否仍然感到无从下手呢 可以尝试“以终为始”,从装置的最终状态入手，反向推导“什么样的输入，经过怎样的计算，采用怎样的输出，最终使得系统表现为这种状态”。制作噪声提醒装置的关键是从输出的状态进行推理，以确定输入的条件。噪声提醒装置的控制过程根据我们的思路，先分析噪声提醒装置都有哪些状态，反向推导相应状态下系统的“输入一计算一输出”,如表1-5所示。控制过程与状态变化：噪声提醒装置开始工作，装置计算部分获得一个设定的声音值作为标准值，声音传感器实时捕获外界环境声音，并传给装置的计算部分，计算部分将外界环境声音值与“设定值”“2倍设定值”“3倍设定值”分别进行比较，如果外界环境声音值在某个状态持续一段时间，那么判定噪声提醒装置进入该状态，执行该状态下的输出操作。环节3：利用编程模拟噪声提醒装置的工作过程根据设计思路，使用主控板通过编程制作一个简易噪声提醒装置。按照前面的方案设计，要想模拟噪声提醒装置，我们需要按照输入、计算、输出、其他四部分准备设备，如下图和表1-6所示。算法描述下面设计与计算部分相配套的算法。1.创建1级报警变量，初始值为“声音设定值”10002.创建2级报警变量，初始值为2倍1级报警变量3.创建3级报警变量，初始值为3倍1级报警变量4.一直循环下列操作：5.在屏幕上显示声音值6.判断：如果声音值>3级报警变量，执行下列命令：显示屏显示“哭脸”8.喇叭播放“警报”9.循环执行5次下列命令：10.亮起红色指示灯，保持1秒11.熄灭红色指示灯12.亮起黄色指示灯，保持1秒13.熄灭黄色指示灯14.结束循环15.否则：如果声音值>2级报警变量，执行下列命令：16.显示屏显示“哭脸”17.循环执行5次下列命令：18.亮起红色指示灯，保持1秒19.熄灭红色指示灯20.亮起黄色指示灯，保持1秒21.熄灭黄色指示灯22.结束循环23.否则：如果声音值>1级报警变量，执行下列命令：24.显示屏显示“哭脸”25.亮起红色指示灯否则：执行下列命令：27.关闭所有灯光28.关闭喇叭29.显示“笑脸”30.结束循环程序实现我们已经初步设计出噪声提醒装置，接下来分步完成计算部分的程序。1.输出环境噪声参数值主板上的OLED屏可以显示文字信息，如下图所示，借助编程软件“显示”指令与“文本”指令，即可清晰地在OLED屏中显示当前环境的声音值。2.判断并输出提示信息借助选择结构判断环境声音值的大小，利用指示灯输出提示信息，如下图所示。除了用指示灯提示，还可以借助图形化编程软件编写程序，显示“笑脸”“哭脸”,使提示信息更加生动形象。程序及显示结果如下图所示。在程序设计中要注意开机时清空屏幕。如果环境声音值大于1000,显示“哭脸”,如果环境声音值小于或等于1000,显示“笑脸”。反思与改进同样地，可以分别从输入、计算、输出三个环节，系统、全面地考虑当前的噪声提醒装置的优点和不足，如表1-7所示。环节4：系统的“情绪”输出像噪声提醒装置一样，生活中还有很多系统，面对不同的环境、不同的输入时，会处于不同的状态。例如空气质量监测仪，能够监测PM2.5、CO 等环境数据，并通过屏幕显示数据；加湿器能够显示环境湿度值，并能根据环境湿度控制是否开始加湿。这些“情绪”输出，不仅体现了系统的智能水平，更成为连接人与技术的重要桥梁，能极大地提升用户体验。环节5：跨场景系统状态探究（拓展内容）我们掌握了楼道噪声提醒装置的多状态逻辑，生活中校园、出行、家居还有大量具备多状态、有“情绪”的智能系统，它们同样依靠「输入-计算-输出」实现状态切换。展示案例素材：案例1：校园智能门禁系统。刷卡/人脸识别（输入）→主控验证判断（计算）→开门/红灯警示/语音提示（输出），对应正常通行、身份不符、陌生人逗留三种状态。案例2：户外智能路灯系统。光线传感器采集亮度、人体传感器感应行人（输入）→主控对比亮度阈值、判断人员活动（计算）→灯全亮、半亮、熄灭（输出），区分白天、夜间无人、夜间有人三种运行状态。布置探究任务：以小组为单位，任选智能门禁/智能路灯其中一个系统，仿照课堂噪声装置的分析方式，梳理它的工作状态、对应输入、计算规则、输出表现，并说一说该系统不同输出代表了怎样的“系统情绪”。巡视指导，引导学生对比：这类系统和楼道噪声提醒装置，在分级判断、状态切换逻辑上有哪些相同点与不同点。组织小组代表分享探究结果，师生共同点评总结，强化“多状态系统通用逻辑”。环节6：探索根据表1-7中噪声提醒装置的优点和不足，优化设计方案，并尝试画出新的噪声提醒装置流程图。参考：一、变量初始化创建1级报警变量：初始值=声音设定值1000创建2级报警变量：初始值=2×1级报警变量创建3级报警变量：初始值=3×1级报警变量新增：创建10秒声音采样数组/缓存新增：创建平均声音值变量（初始=0）新增：设置上课时段（例如：8:00–12:00，14:00–17:30，可自定义）二、主循环采集实时声音值更新10秒采样缓存：将最新声音值加入缓存，剔除超过10秒的旧数据计算平均声音值=10秒采样总和÷采样数量获取当前系统时间判断是否为上课时段如果是上课时间：关闭所有声光输出、喇叭屏幕显示：【上课中 静默监测】仅后台记录数据，不触发任何报警回到循环开头如果是非上课时间：继续执行报警判断三、非上课时间：条件1：平均声音值>3级报警变量屏幕大号字体显示：严重超标（哭脸）喇叭持续播放警报声红灯常亮+黄灯闪烁保持当前状态，直到平均值下降条件2：平均声音值>2级报警变量屏幕显示：中度超标（哭脸）喇叭间歇提示音红灯闪烁、黄灯常亮保持当前状态条件3：平均声音值>1级报警变量屏幕显示：轻度超标（哭脸）喇叭不响红灯常亮、黄灯关闭保持当前状态条件4：平均声音值≤1级报警变量屏幕显示：正常（笑脸）关闭所有灯光关闭喇叭环节7：拓展请根据新的噪声提醒装置流程图优化程序，使装置的功能更加完善。 独立观察空调不同指令下的外在表现，自主填写空调输入—外在情绪—内在状态表格；同桌互助核对答案，交流空调无反应、正常运转分别对应的系统内部情况；总结发言：归纳系统输入、输出、内部状态三者关系。立足校园楼道嘈杂现实，分组研讨解决噪声扰民的办法，提出智能提醒装置设想；采用逆向推导法，对照四级状态表格，逐个梳理4种工况对应的输入、计算、输出；小组合作梳理：声音数值和三级阈值对比规则，标注每种状态声光、屏幕输出区别。对照器材清单，小组清点声音传感器、主控板、LED、喇叭等硬件，区分输入/计算/输出器件；研读算法步骤，用笔标注多分支判断条件，理清四级报警先后判断顺序；分步上机图形化编程：先实现噪声数值显示，再分层编写笑脸/哭脸、灯光、警报程序；实操测试装置，记录运行故障，对照优缺点表格从输入、计算、输出找现存问题。自主列举空气质量检测仪、加湿器、电饭煲等智能设备，分享设备不同数据对应的外在表现；全班交流：生活中还有哪些系统依靠输出反馈自身工作状态。观看案例，结合生活体验，回忆智能门禁、路灯的实际工作场景。小组分工合作，选取探究对象，列表梳理系统的各类状态、输入信号、判断条件和外在输出。小组内部交流：分析不同状态下系统的“情绪”，总结多状态系统的运行共性。踊跃发言，展示小组探究成果，倾听其他小组分享，补充完善自身思路。结合表格内装置优缺点，以小组为单位，分别从输入、计算、输出三个维度撰写优化点子；根据优化思路，手绘新版噪声提醒装置工作流程图。依据手绘优化流程图，在原有程序基础上修改代码，添加均值降噪、时段管控等优化功能，调试新版装置。 借助熟悉的空调实例落地核心概念，落实信息意识，从单一家电提炼通用规律，巩固输入-计算-输出基础架构。立足真实校园问题驱动项目学习，逆向思维锻炼计算思维，拆解分级逻辑，突破本课教学重点，理解多状态切换原理。软硬件结合落实数字化学习与创新目标，分层编程拆解算法难点，突破本课难点；实测反思为后续装置优化积累依据。举一反三，把课堂模型延伸到现实生活，深化系统情绪概念，拓宽知识应用场景。跳出单一噪声装置案例，将课堂知识延伸到校园实景、户外设施等更多生活场景，进一步深化“系统输出即情绪、状态随输入改变”的核心概念。反复运用「输入-计算-输出」模型分析不同系统，巩固分级判断逻辑，强化学生的系统思维与计算思维。打通知识壁垒，让学生意识到本课所学内容的普适性，体会智能系统在生活中的广泛应用，提升学以致用的能力与信息素养。立足短板开展创新设计，培养系统优化思维，学以致用，落地创新素养。实现设计→编程落地闭环，强化多条件编程能力，提升工程实践素养。
课堂练习 1.列举1种家电系统，写明输入指令、系统外在“情绪”和内部工作状态。2.简述噪声提醒装置1级、3级报警的判定标准与输出效果。3.结合课堂所学，从输入环节写出一条噪声提醒装置优化建议。 独立完成3道练习题，写在练习本上；同桌互查答案，疑难问题小组内讨论解决；随机选派学生分享作答结果，补充完善答案。 当堂检测重难点掌握情况，查漏补缺；互助作答提升合作能力，夯实系统状态、分级报警、装置优化三大考点。
课堂小结 本节课我们以空调为切入点，明白了系统不同输出就是系统的“情绪”，输出变化代表系统内在状态改变。重点拆解噪声提醒装置，依据音量划分四级运行状态，梳理了声音传感器输入、主控分级计算、屏幕灯光喇叭输出的完整链路。回顾了装置现存优缺点，明确了优化方向。本课串联前两课输入-计算-输出知识，学会用多状态视角分析系统，为下节课制作楼道信号灯积累系统设计思路。 自主梳理本节课知识点，以填空/口头复述形式回顾：系统情绪含义、噪声装置三部分组成、四级状态；学生轮流补充总结，串联前后课时知识，梳理本课与前课、下节课知识关联。 学生自主建构知识框架，内化系统思维，完善单元知识脉络，为下一节楼道信号灯学习做好铺垫。
板书 改变状态——系统也有“情绪”1.系统情绪：输出=外在表现，对应内在状态2.噪声提醒装置输入：声音传感器计算：音量分级判断（4档）输出：屏幕+指示灯+喇叭3.优化方向：输入/计算/输出三环节改进
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
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