资源简介

(共36张PPT)
第二课时
输入、计算、输出——系统的构成
（湘教版）六年级
上
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
探究新知
04
课堂练习
05
课堂总结
06
课堂板书
学习目标
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。
信息意识
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。
计算思维
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。
数字化实践
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。
信息社会责任
新知导入
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
新知导入
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。
探究新知
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
探究新知
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。
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。
环节1：认识身边的控制系统
探究新知
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
环节1：认识身边的控制系统
探究新知
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。
环节1：认识身边的控制系统
探究新知
环节1：认识身边的控制系统
控制系统工作时，也是从外界获得数据（输入）、数据经过处理（计算）产生结果（输出）。控制系统工作遵循“输入—计算—输出”的计算模式。
探究新知
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
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。
问题情景
探究新知
环节2：设计声控灯系统
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
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。
输入
输出
声音
灯亮
处理检测到的声音数据，生成指令
计算
探究新知
环节2：设计声控灯系统
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。
绘制声控灯系统示意图
探究新知
环节2：设计声控灯系统
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。
控制过程与状态变化
探究新知
环节3：利用编程模拟声控灯的功能
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。
准备设备
部分 设备 功能
输入 声音传感器 收集声音
计算 主控板 判断是否开灯
输出 LED 灯 实现亮、灭
其他 电池、连接线 提供电能、连接设备
探究新知
环节3：利用编程模拟声控灯的功能
声控灯的组成
声音传感器
RGB灯
探究新知
环节3：利用编程模拟声控灯的功能
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。
小知识
探究新知
环节3：利用编程模拟声控灯的功能
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
算法描述
探究新知
环节3：利用编程模拟声控灯的功能
程序实现
探究新知
环节3：利用编程模拟声控灯的功能
程序实现
探究新知
环节3：利用编程模拟声控灯的功能
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。
反思与改进
环节 优点 不足
输入 能够实现远距离控制，很方便 处于楼道环境，风声、雷声容易导致误判
计算 自动控制，实现 “人来灯亮，人走灯灭”，很节能 单纯依靠声音进行计算，有局限性，光照良好时也会亮灯，浪费能源
输出 灯光能够解决照明问题 如果出现误判，会反复照明，影响正常生活
探究新知
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。
探究新知
环节4：生活中的“输入一计算—输出”系统
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。
探究新知
环节5：探索
针对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。
光线越亮→返回数值越大；全黑≈0，强光直射≈4095
日常环境参考数值：
黑夜密闭房间：0～200 室内普通灯光：300～1200
靠窗自然光：1500～3000 太阳光直射：3500～4095
光照传感器量程参数
探究新知
环节5：探索
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。
改进方案
探究新知
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。
探究新知
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。
探究新知
创意实践拓展——小小系统设计师
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。
参考：自动浇花器
探究新知
创意实践拓展——小小系统设计师
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。
参考：自动浇花器
探究新知
创意实践拓展——小小系统设计师
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。
参考：自动浇花器
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。
课堂练习
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。
参考
课堂总结
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。
课堂板书
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php
让备课更有效
www.21cnjy.com
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