资源简介

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《第4课 节能系统自调节》教学设计
教学内容分析
本节课选自2025年广东教育出版社六年级信息科技教材第2单元“校园生活趣探秘”第4课，是单元核心实践课。教材以校园生活中的智能饮水机、阅读角补光需求为切入点，紧扣2022版新课标“数字技术与生活融合”的要求，采用“情境探究+实践创作”的编排思路。 教材先通过饮水机恒温控制的真实情境，引导学生认识闭环控制系统的概念、特点及核心模块；再过渡到阅读角自动补光系统的设计与制作，将闭环控制原理与编程实践、硬件操作相结合，实现“从认知到应用”的梯度提升。内容既注重理论知识的通俗化讲解，又强调数字化工具的实操性，符合小学高段信息科技课程“做中学、用中学”的理念，为学生后续学习复杂控制系统、培养节能意识奠定基础。
学情分析
六年级学生已具备一定的校园生活观察能力，对饮水机、空调等智能设备有日常接触，容易从熟悉场景中产生探究兴趣。在知识储备上，学生已掌握基础的编程逻辑和简单硬件连接方法，此前学习的“走廊光线小助手”为本次自动补光系统的设计积累了前期经验。 从认知特点来看，学生抽象思维逐步发展，但对“闭环控制”“映射运算”等专业概念的理解仍需依托具体情境和实践操作。同时，学生动手实践积极性高，但在系统分析、模块功能匹配等逻辑推理方面存在差异，部分学生可能在编程中的映射关系设置环节遇到困难，需要分层指导和小组协作支持。
教学目标及核心素养指向
1.能主动观察校园生活中的智能控制系统，识别闭环控制的应用场景，理解其在节能领域的价值；能通过仿真系统和硬件设备获取、分析闭环控制相关信息，形成对数字化控制系统的初步认知。（信息意识） 2.能梳理闭环控制系统的组成模块及逻辑关系，用流程图或文字描述其工作过程；能运用映射运算思想，将环境光强度与灯光亮度的对应关系转化为编程指令，培养逻辑推理和问题建模能力。（信息意识、计算思维） 3.能熟练使用Mind+编程软件和行空板硬件，完成自动补光系统的搭建与编程；能结合仿真体验和实操尝试，创新设计符合阅读角需求的节能补光方案，提升数字化工具应用和创新实践能力。（数字化学习与创新） 4.在“节能减排小卫士”活动情境中，树立节能意识和环保理念；在小组协作中遵守操作规范，合理使用数字化设备，培养安全、规范的技术应用习惯。（信息社会责任）
教学重难点
教学重点： 闭环控制的概念、特点及核心模块的功能； 阅读角自动补光系统的编程实现 教学难点： 闭环控制系统各模块的逻辑关系梳理； 映射运算在编程中的具体实现。 重难点设计原因： 闭环控制的相关知识是理解智能节能系统工作原理的基础，也是后续学习复杂控制系统的关键，而自动补光系统的编程实现是将理论知识转化为实践能力的核心载体，符合课程“理论联系实际”的设计思路，同时紧扣教材“探究+创作”的核心内容，能有效落实核心素养中计算思维和数字化学习与创新的培养目标。 闭环控制系统的模块逻辑关系具有抽象性，需要学生从具体现象中提炼本质规律，对六年级学生的逻辑思维要求较高；映射运算涉及数值范围的转化，需要学生理解“一个范围对应另一个范围”的数学逻辑，并转化为编程指令，既需要数学基础，又需要编程技巧，且与此前简单编程任务相比，逻辑复杂度有所提升，因此成为教学难点。
教学策略
情境教学法：以校园“节能减排小卫士”行动和阅读角补光需求为真实情境，贯穿课堂始终，激发学生探究兴趣，让学生感受技术与生活的紧密联系。 探究发现法：通过饮水机温度控制仿真系统的操作体验，引导学生自主发现闭环控制的工作特点，再通过教师点拨，归纳概念和模块功能，体现“自主探究+教师引导”的教学逻辑。 实操演练法：采用“硬件搭建+软件编程”的实操模式，让学生在动手实践中突破编程难点，掌握数字化工具的应用方法，落实“做中学”的理念。 小组协作法：将学生分为4-6人小组，在模块功能匹配、编程调试等环节开展协作，通过互助交流解决个体差异带来的学习困难，培养团队合作能力。 分层指导法：针对不同水平学生，设计基础任务和拓展任务，确保每位学生都能在原有基础上获得提升。
教学过程
课堂导入
教师活动：情境描述：下课铃声响起，同学们陆续走出教室。许多同学来到饮水机前接水。小智发现，饮水机的水总能保持在恒温状态，不会一直沸腾，也不会突然变凉，这说明饮水机存在水温反馈。让我们和小智、小慧一起认识闭环控制系统，看看生活中有哪些闭环控制系统吧! 引出本课主题：今天我们就来探究这些智能节能系统的奥秘，学习闭环控制，并设计一款阅读角自动补光系统。 学生活动：明确本课学习任务，激发探究兴趣。 教师活动：明确本节课目标：1.能说出闭环控制的概念及特点。2.能描述闭环控制系统中各模块的作用。3.能借助编程，制作具有映射关系的自动补光系统。 学生活动：明确本节课学习主题，产生学习兴趣。 问题设计： 问题1：闭环控制的概念及特点分别是什么？ 问题2：如何借助编程，制作具有映射关系的自动补光系统？
设计意图： 从学生熟悉的校园生活情境切入，利用生活化问题引发认知冲突，调动学生已有经验，自然引出本课核心内容，让学生感受到技术学习的实用性和必要性。
活动1：探究饮水机的闭环控制
教师活动：讲解：最近，学校开展“节能减排小卫士”行动。小智打算以“智能饮水机系统”为例，开展调查研究。请同学们跟小智一起行动起来。 布置探究任务：打开“饮水机温度控制仿真系统.htm1”文件，输入“目标温度值”，点击“启动系统”，如图所示。 认真观察实验，做好数据记录: 1.设置目标温度T; 2.监测装置监测饮水机里的水温，得到当前温度T_o。 3.将T与T_o进行比较。 4.如果_____________，说明饮水机的水还没达到目标温度，输入端获得反馈数据，继续加热;当____________时，饮水机停止加热。 学生活动：操作仿真系统，观察并记录水温变化和系统状态，初步感知闭环控制的工作过程。 教师活动：讲解：像智能饮水机这类控制系统，可以实时监测并反馈输出量,然后通过“比较器”模块将输出量与预设的阈值进行比较，最后根据比较情况发出控制信号，使系统的输出符合人们的预期。这种系统我们称其为闭环控制系统.闭环控制系统具有较强的自我调节能力。控制器会根据输人，经过计算使得动态系统实现所需的输出量，使控制系统更精准、更稳定地工作。 播放【微视频】闭环控制系统组成 学生活动：倾听教师讲解，理解闭环控制的概念和核心模块功能，完成空调模块功能匹配任务，巩固知识。 教师活动：布置任务：以空调为例，匹配闭环控制系统中四个核心模块的功能。
设计意图: 通过仿真体验让学生直观感受闭环控制的工作过程，降低抽象概念的理解难度；小组讨论和模块匹配任务能促进学生主动思考，梳理逻辑关系，落实信息意识和计算思维的培养。
活动2：设计阅读角自动补光系统
教师活动：提出任务情境：在学校的节能环保活动中，小智希望为班级阅读角设计一个自动补光系统。当有同学在阅读角看书时，自动补光系统可以根据环境光的强弱来调节灯光的亮度，以实现节能且舒适的照明效果。 引导对比思考：制作的阅读角自动补光系统，和我们上节课做的走廊“光线小助手”有什么不同 学生活动：思考并回答新旧系统的差异 教师活动：讲解：我们在读书时，光线需要保持稳定。而环境光随时都可能变化，所以自动补光系统应当随着环境光的变化而变化。环境光亮度降低，补光系统的亮度相应升高;环境光亮度升高，补光系统的亮度相应降低。 要实现这种对应关系，需要我们对环境光与补光系统的LED灯数值进行“映射运算”，即将一个范围的值与另外一个范围的值设置对应关系。这需要通过图的映射关系来实现。 布置任务：请通过硬件搭建和软件编程，模拟基于环境光线强度的灯光亮度自适应调节过程。1.打开 Mind+，选择“上传模式”，将行空板连接至计算机。2.根据图中的提示编写程序，并将程序上传到行空板。3.用手慢慢靠近和远离行空板的环境光传感器，观察灯光自适应调节的过程。 巡视指导，针对编程中的映射关系设置、硬件连接等问题进行分层答疑，鼓励小组内互助。 学生活动：按照教师指导，连接行空板硬件，打开Mind+软件编写程序。小组协作完成程序上传和调试，观察灯光自适应调节效果，记录遇到的问题并尝试解决。
设计意图: 通过任务驱动让学生明确实践目标，新旧系统对比帮助学生建立知识关联；教师的分步指导降低实操难度，小组协作和分层任务能兼顾不同水平学生的需求，让学生在实践中提升数字化学习与创新能力。
课堂小结
教师活动 组织学生回顾本课内容：今天我们认识了什么是闭环控制，它有哪些特点？自动补光系统是如何实现的？ 总结升华：闭环控制在生活中应用广泛，不仅能实现智能控制，还能帮助我们节能减排。希望大家今后能继续观察生活中的智能技术，主动用所学知识解决实际问题。 学生活动：回顾本课知识点，梳理闭环控制概念、特点及补光系统设计流程。树立“技术服务生活、节能从我做起”的意识。
设计意图: 通过回顾和分享，帮助学生巩固本课核心知识，梳理学习思路；成果展示能增强学生的成就感，总结升华环节则将技术学习与社会责任教育相结合，落实信息社会责任的核心素养目标。
教学反思
成功之处 情境创设贴合校园生活，有效激发了学生的探究兴趣，让学生始终在真实任务驱动下开展学习，体现了“生活即教育”的理念。 教学环节设计遵循“认知—探究—实践”的梯度，从仿真体验到硬件实操，从概念理解到编程实现，层层递进，符合六年级学生的认知规律，有效突破了教学重难点。 核心素养目标贯穿课堂始终，通过观察识别、逻辑梳理、编程实践、节能意识培养等活动，分别落实了信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任的培养要求。 小组协作和分层指导策略的运用，兼顾了学生的个体差异，让不同水平的学生都能参与到学习中，提升了课堂参与度和学习效果。 不足之处 部分学生对闭环控制系统各模块的逻辑关系理解不够透彻，在空调模块功能匹配环节出现错误，说明抽象概念的讲解还需进一步强化，可增加更多生活化案例辅助理解。 编程中的映射运算环节，少数学生对数值范围的对应关系掌握不熟练，导致程序调试耗时较长，后续教学可提前铺垫简单的映射关系练习，降低课堂学习难度。 课堂时间分配略显紧张，部分小组未能充分完成拓展任务，展示交流环节的时间不足，未能让更多学生分享自己的创新设计。 改进方向 丰富教学资源，准备更多闭环控制的生活化案例视频或实物图片，在模块逻辑关系讲解环节，采用“案例分析+图表梳理”的方式，帮助学生加深理解。 优化课前预习环节，设计简单的映射关系练习题，让学生提前熟悉核心逻辑，为课堂编程节省时间。 调整课堂时间分配，适当缩短仿真体验环节的时间，预留更多时间给学生进行拓展实践和成果展示，鼓励学生分享个性化设计思路，提升课堂的创新性和互动性。 加强课后延伸，布置“寻找生活中的闭环控制系统”实践任务，让学生记录发现并分析其工作原理，形成“课堂学习—课后应用”的完整闭环，进一步巩固学习效果。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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