资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
输入、计算、输出——系统的构成教学设计
课题 输入、计算、输出——系统的构成 单元 了解系统 学科 信息科技 年级 六年级
教材分析 节课是第一单元《了解系统》第2课，承接第1课《开关的作用》，是系统认知的核心课。教材以智能路灯、楼道声控灯为核心案例，围绕“输入—计算—输出”系统计算模式展开，依次完成：1.认识系统的定义2.理解“输入—计算—输出”模式3.设计楼道声控灯系统4.利用编程模拟声控灯功能5.分析生活中的同类系统教材内容由浅入深、从具象到抽象，符合六年级学生认知规律，是学习系统状态、控制系统的基础。
学习目标 1.信息意识能识别生活中“输入—计算—输出”结构的系统，形成用系统观点观察生活的意识。2.计算思维能按教材要求，将系统拆解为输入、计算、输出三部分，初步建立系统拆解思维。3.数字化实践能根据教材步骤，设计声控灯方案，看懂编程模拟流程，完成简单系统分析。4.信息社会责任认识智能系统节能、便民的价值，树立安全、合理使用信息系统的意识。
重点 理解系统的概念。掌握输入—计算—输出的系统计算模式。能分析并设计声控灯系统的输入、计算、输出环节。了解生活中遵循该模式的常见系统。
难点 准确区分系统中的输入、计算、输出三个环节。理解声控灯系统的控制过程与状态变化。结合硬件理解编程模拟声控灯的算法逻辑。
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： 什么是“输入一计算一输出”的计算模式 如何设计简单的问题解决方案 如何制作简单声控灯装置系统广泛存在于我们的生活中，如自动洗衣机系统可以帮我们将脏衣服清洗干净，智能交通系统为我们的出行安全保驾护航……什么是系统 有的系统很简单，有的系统却十分复杂，让我们一起来了解一下。 1.结合生活经验，举手分享见过的智能设备（洗衣机、感应门、路灯等）；2.自主思考：各类设备是如何自动工作的，带着疑问进入新课学习。 依托生活化实例激趣，从学生熟悉物品切入，引出系统概念，铺垫本课核心内容，激发探究欲望。
讲授新课 环节1：认识身边的控制系统路灯是重要的夜间照明设备，为行人与车辆的夜间出行提供了便利。同学们，你们知道路灯由哪些部件组成吗 路灯一般由电源、灯具、控制器等部件构成，它们相互联系，共同实现照明功能。像路灯这样，由多个相互联系、相互作用的事物，按照一定结构组合在一起，并产生特定功能的整体，我们称之为系统。同学们，你们是否注意到在傍晚光线变暗时，路灯会亮起来，但在白天光线明亮时，路灯保持熄灭状态，你们知道这是为什么吗 智能路灯系统是通过光线控制路灯状态的，这个控制过程可以抽象为输入、计算和输出三个环节，如图所示。电源是路灯系统的能量输入，外界“环境光线”的变化是信号输入，路灯内置的“计算”功能根据“环境光线”的强度判断是否打开路灯，路灯“亮起”和“熄灭”是智能路灯系统的“输出”。环节2：设计声控灯系统学校楼道灯通常使用按键开关控制，经常遇到找不到开关、忘记关灯等情况。如果安装一款由声音控制的灯光装置，既能满足照明需求，又能解决节能问题。你能为校园楼道设计一款声控灯装置吗 生活中普遍存在“输入一计算—输出”的计算模式。例如，我们要设计的声控灯装置，它从外界获得“声音”的输入，经过设备、装置或者程序的计算，产生“开灯”或者“关灯”的输出，也就是楼道灯的亮、灭。制作声控灯的关键是通过从外界获取的“声音”来控制灯的亮、灭。绘制声控灯系统示意图根据我们的想法，利用第1课制作自动小夜灯的经验，运用“输入一计算—输出”的计算模式，先画一张声控灯系统示意图。将由内部电源、灯泡、声控开关、导线等组成的声控灯系统安装在楼道中，就能实现“人来灯亮，人走灯灭”。控制过程与状态变化：有人经过黑暗的楼道时，会发出声响，声控灯系统接收到声音输入，系统按照设定计算出需要打开开关，灯泡亮起，楼道获得照明。持续一段时间以后，声控灯系统按照设定关闭开关，灯泡熄灭。环节3：利用编程模拟声控灯的功能根据设计思路，模拟制作声控灯系统。使用主控板通过编程制作一个简易声控灯装置。按照前面的方案设计，要想模拟声控灯的功能，我们需要按照输入、计算、输出、其他四部分准备设备，如表1-2所示。单有硬件还无法完成声控灯系统，需要在计算部分设计相配套的算法来控制整个系统。主控板集成声音传感器，可以直接收集外界的声音信息。在图形化编程软件的“输入”指令区中有直接获取声音传感器返回值的指令“声音值”。算法描述查阅资料，可知声音传感器的测量数值范围为0～4095,声音大时，数值会变大，声音小时，数值会变小。我们把判断是否有人经过的声音值的阈值设定为1000:即当声音值不低于1000时，为有人经过；声音值低于1000时，为无人经过。由于环境因素及硬件差异，不同的主控板测量同一声音时所获得的测量值可能会有些许不同。设计计算部分的程序，其算法描述如下：1.定义声音值不低于1000时为有人经过2.定义保持时间变量为30秒3.一直循环下列操作：4.显示当前环境声音值5.判断：如果环境声音值≥1000,执行下列命令：6.打开开关，灯亮7.保持当前状态30秒8.关闭开关，灯灭9.结束循环程序实现在主控板环境下，通过编程模拟楼道声控灯的工作过程。首先，我们需要知道输入部分(即声音传感器)获取的声音信息是什么。下图是获取声音传感器数值的程序。反思与改进为了让我们的设计更加实用，可以分别从输入、计算、输出三个环节，系统、全面地考虑当前声控灯系统的优点和不足，如表所示。环节4：生活中的“输入一计算—输出”系统生活中普遍存在具有“输入一计算—输出”模式的系统，如电视机。再如，商场里的自动感应门，我们可以这样描述其工作过程：当人靠近自动门时，红外感应器负责输入，将捕获到的人靠近的信号传递给自动门的计算部分，计算部分做出判断，控制门自动打开，保持一段时间；人通过后，红外感应器捕获无人靠近的信号，传递给自动门的计算部分，计算部分控制门自动关闭。环节5：探索针对表1-3中声控灯系统各环节的不足，请查阅资料并思考，应如何改进声控灯装置，才能使其更贴近日常生活。快把你的改进方案分享给同学们吧!增加光照强度控制逻辑。只有在同时满足声音和光照强度两个两个条件时，灯光才会亮起，否则灯光保持熄灭。这样避免光照充足时，有声音依然会亮灯的不足。环节6：拓展根据你的改进方案，尝试编写程序优化声控灯系统。创意实践拓展——小小系统设计师自主设计一款校园便民智能小系统（如自动浇花器、人体感应饮水机、教室自动风扇等），要求：1.写明系统功能；2.清晰划分输入、计算、输出三模块；3.简单写出核心判断算法（阈值、判断条件）；4.手绘简易系统示意图。参考：1.系统功能实时采集花盆土壤湿度，对比预设湿度阈值自动启停水泵浇水；缺水时开启灌溉，湿度达标停止，附带低湿度缺水提醒，无需人工值守，实现绿植全天候智能补水。2.输入、计算、输出三模块输入模块：土壤湿度传感器采集土壤模拟湿度信号；计算模块：单片机读取数值并和设定阈值对比运算；输出模块：控制水泵、指示灯执行浇水、缺水提示动作。3.核心判断算法设置两个湿度阈值：干燥阈值30%、饱和阈值60%。实时读取土壤湿度值H。若H＜30%，判定缺水，输出信号启动水泵浇水；持续采集H，当H≥60%，判定土壤水分充足，切断水泵停止灌溉；若30%≤H＜60%，维持当前状态，不执行浇水动作，循环重复检测判断。 1.小组讨论路灯组成部件，举手发言；2.记录系统定义，标注关键词：相互联系、组合整体、特定功能；3.拆分智能路灯，在草稿纸上标注输入、计算、输出三要素。1.结合校园楼道使用痛点，小组研讨声控灯设计思路；2.动手绘制声控灯系统结构图，划分输入（声音）、计算（开关判断）、输出（灯亮灭）；3.同桌互相口述声控灯完整工作流程。1.对照清单清点硬件器材，认识声音传感器作用；2.跟随教师梳理算法步骤，完成图形化程序拖拽编写；3.通电实测声控灯，分组汇总装置现存优缺点，填写表格。1.自主拆分电视、自动感应门的输入、计算、输出；2.全班接龙列举生活其他系统（饮水机、电梯等），拆解三环节。1.小组合作查阅资料，从输入（加装光敏传感器）、计算（增加光线判定条件）、输出（调整延时时间）三个维度撰写优化方案；2.小组代表上台分享改进思路。结合改进方案修改原有编程，新增光线阈值判断代码，现场调试优化后的程序。学生化身小小系统设计师，自主构思校园便民智能系统，划分输入、计算、输出模块，编写核心算法并绘制示意图，动手完成完整智能方案创意设计。 以智能路灯具象案例落地系统定义，首次拆分输入-计算-输出模型，由实物过渡抽象概念，突破基础知识点。立足校园真实场景，落实系统拆解能力，内化输入计算输出模型，为后续硬件编程打下设计基础。衔接数字化实践目标，软硬件结合，从理论设计落地实操编程，发现系统缺陷，为后续优化埋下伏笔。举一反三，实现知识迁移，建立用系统思维观察日常事物的信息意识。立足原有装置短板，锻炼问题分析与方案优化能力，深化计算思维。落实数字化实践，学以致用，完善编程逻辑，巩固整课知识。依托校园真实场景，让学生理解智能系统三模块逻辑，掌握基础阈值判断算法，锻炼工程思维与手绘表达，在创意实践中感受信息技术服务校园生活的价值。
课堂练习 按照“输入一计算—输出”模式分析噪音监测系统的三个环节。参考：输入：传声器采集噪声声波转为模拟电信号，经放大、滤波、模数转换得到原始数字信号。计算：处理器做计权换算，算出等效声级等参数，剔除干扰数据，对照标准判别是否超标。输出：现场屏幕显示数值、超标声光报警，数据存储并远程上传平台，生成监测数据报表。 1.独立思考，在练习本上标注噪声监测系统的输入、计算、输出；2.同桌互查答案，互相说一说各环节工作过程；3.随机举手作答，全班订正补充。 1.当堂巩固系统拆解方法，检验重难点掌握程度；2.依托全新生活实例实现知识迁移，强化计算思维；3.及时查漏补缺，为课堂小结和课后拓展铺垫。
课堂小结 同学们，本节课重点学习输入—计算—输出的系统构成模型。我们从智能路灯入手，理解系统概念，围绕楼道声控灯展开探究：声音信号是输入，主控板逻辑判断为计算，灯光亮灭是输出。课堂上我们使用主控板模拟声控灯，设定声音阈值1000完成图形化编程模拟。借助自动感应门、电视机举例，梳理生活中同类系统。最后从输入、计算、输出三方面分析现有声控灯弊端：风声易误触发、白天有声也亮灯。课后请结合知识点，思考优化方案，完善声控灯设计。 1.自主对照板书，独立梳理本课知识点；2.小组互相口述路灯、声控灯三环节组成；3.举手发言总结收获，分享声控灯改进初步想法。 1.梳理知识框架，夯实重难点，内化系统拆解思路；2.查漏补缺，巩固计算思维；3.衔接课后拓展任务，实现课内外知识联动。
板书
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑