资源简介

(共36张PPT)
第六课
从复杂到简单——系统与子系统
（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
学习目标
能识别生活中复杂系统与子系统，认识环境监测装置传感器的信息采集作用，学会从系统视角观察科技产品，区分系统和子系统。
01
掌握系统拆解为子系统的思路，理解子系统输入 计算 输出结构，会拆分环境监测装置功能，形成模块化分解问题的思维。
02
借助主控板、传感器和图形化编程完成环境监测装置设计，能调试程序，并从输入、计算、输出角度反思装置，提出改进设想。
03
规范使用硬件与编程工具，客观认识监测设备的优势与局限，体会系统思想的实用价值，树立理性看待数字化技术的意识。
04
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
新知导入
本课中你将学习：
◎系统与子系统是什么关系
◎设计子系统的目的和方法是什么
上节课，我们学习了生活中的简单系统，还有许多功能强大、结构复杂的较大系统，如洗衣机、空气净化器、安全监控等系统。这些较大系统是由较简单的子系统构成的，下面我们将学习系统与子系统。
探究新知
环节1：从单一系统到多个子系统
第一单元我们尝试制作了噪声提醒装置，对楼道里的声音进行了实时监测，是否可以模仿噪声提醒装置的设计方案，分别设计实时监测温度、湿度、噪声、PM2.5、气压、光强等功能的装置
探究新知
环节1：从单一系统到多个子系统
如果我们将这些具有独立功能的、相对完整的装置系统组合起来，就得到了一个实时环境监测装置系统。
温度、湿度、噪声、PM2.5等装置系统就是实时环境监测系统的子系统。
探究新知
环节1：从单一系统到多个子系统
噪声监测装置，它采集外界的声音信号，经过计算，将声音值作为输出，显示在屏幕上。噪声监测装置是环境监测装置系统的一部分，它拥有独立的功能，是环境监测装置系统的子系统。
系统构建的关键：是将温度监测、气压监测、湿度监测等功能独立的子系统组成一个较大的系统。
探究新知
环节2：设计具有子系统的环境监测装置
按照“输入”“计算”“输出”三个功能模块，将构成环境监测装置的子系统及其要素分类列出，如表所示。
子系统名称 输入部分 计算部分 输出部分 系统状态
噪声监测子系统 用声音传感器输入外界声音 主控板和程序计算声音数值 显示屏 显示当前环境数据
温度监测子系统 用温湿度传感器输入外界温度 主控板和程序计算温度数值 湿度监测子系统 用温湿度传感器输入外界湿度 主控板和程序计算湿度数值 探究新知
环节2：设计具有子系统的环境监测装置
按照“输入”“计算”“输出”三个功能模块，将构成环境监测装置的子系统及其要素分类列出，如表所示。
子系统名称 输人部分 计算部分 输出部分 系统状态
PM2.5监测子系统 用PM2.5粉尘传感器输入外界粉尘浓度 主控板和程序计算粉尘浓度数值 显示屏 显示当前
环境数据
气压监测子系统 用气压传感器输入大气压强 主控板和程序计算气压数值 光强监测子系统 用光线传感器输入外界光线 主控板和程序计算光强数值 探究新知
环节2：设计具有子系统的环境监测装置
控制过程与状态变化
01系统启动：初始化硬件自检与传感器唤醒，建立通信链路
02 并行感知：多维度环境数据实时同步采集
噪声监测
分贝实时采集
温度传感
环境温感检测
湿度检测
空气湿度分析
空气质量
PM2.5浓度
气压监测
大气压力变化
光照感应
环境光强采集
智能计算中心
接收多源数据，进行清洗、校准与融合运算，剔除异常值，生成标准化环境指标。
可视化终端展示
实时刷新环境数据，动态图表展示趋势，异常数据自动预警，支持历史数据回溯。
总结：系统采用“并行采集+集中处理+实时输出”的架构，各子系统独立运行确保数据时效性，计算层负责数据的标准化与分析，最终通过可视化界面直观呈现环境状态，实现全天候、高精度的环境监测。
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
根据设计思路，模拟制作环境监测装置。使用主控板通过编程制作一个简易环境监测装置。按照前面的方案设计，我们需要按照输入、计算、输出、其他四部分准备设备，如图和表所示。
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
根据设计思路，模拟制作环境监测装置。使用主控板通过编程制作一个简易环境监测装置。按照前面的方案设计，我们需要按照输入、计算、输出、其他四部分准备设备，如图和表所示。
部分 设备 功能
输入 声音传感器、温湿度传感器、光线传感器、气压传感器、PM2.5粉尘传感器 收集环境数据
计算 主控板 计算处理收集的数据
输出 OLED屏 显示数据的计算结果
其他 电源、连接线 提供电能、连接设备
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
算法描述
只有硬件无法实现环境监测，需要在计算部分设计相配套的算法，对整个系统进行控制。
1.一直循环下列操作：
2. 在屏幕上按格式显示声音值
3. 在屏幕上按格式显示光强值
4. 在屏幕上按格式显示PM 5值
5. 在屏幕上按格式显示温度值
6. 在屏幕上按格式显示湿度值
7. 在屏幕上按格式显示气压值
8.结束循环
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
程序实现
已经初步确定环境监测装置的设计思路，下面在主控板环境下编写计算部分的程序。
首先，加载温湿度、气压、PM2.5等传感器扩展功能。主控板集成声音传感器和光线传感器，可直接使用图形化编程软件的“输入”指令获取“声音值”和“光线值”。
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
程序实现
已经初步确定环境监测装置的设计思路，下面在主控板环境下编写计算部分的程序。
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
程序实现
编写程序，输出环境数据，如图所示。
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
反思与改进
为了让设计更加实用，可以从输入、计算、输出三个环节，系统、全面地考虑当前环境监测装置的优点和不足，如表所示。
环节 优点 不足
输入 同时获取多个环境数据，反应灵敏 获取数据信息有空间局限性，监测范围小
计算 逻辑简单 声音值和光线值格式不好理解
输出 分屏显示很清晰 屏幕小，提示效果差
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
拓展学习
（一）创意升级——完善环境监测装置
围绕环境监测装置不足，以小组为单位开展设计优化：
1.为现有系统新增1个功能子系统（如超标报警子系统、数据存储子系统、风速监测子系统等）；
2.参照“输入-计算-输出”模型，梳理新子系统的组成与运行逻辑，绘制简易设计框图。
探究新知
环节3：利用编程实现多个子系统组成的较大系统
拓展学习
（二）编程进阶——优化监测程序
在环境监测程序的基础上，自主选择完成一项进阶操作：
基础层：修改程序等待时长，调整数据刷新间隔，观察显示效果变化；
进阶层：添加逻辑判断指令，当环境噪声超过设定值时，点亮主控板RGB灯给出提示。
探究新知
环节4：设计子系统的目的和方法
用系统思想设计和制作产品时，经常会用到子系统。复杂系统通常由具有独立输入、计算、输出功能模块的子系统组成。
计算机系统：电源子系统、输入子系统、运算子系统、存储子系统、输出子系统等组成；
人体系统：消化系统、呼吸系统、泌尿系统、神经系统、生殖系统、内分泌系统等组成。
探究新知
环节4：设计子系统的目的和方法
在设计和实现复杂系统时，可以通过划分子系统的方法简化复杂系统。
分解功能--明确的输入、计算、输出环节--设计成子系统。
探究新知
环节5：探 索
说一说，使用环境监测装置监测环境中的噪声、温度、湿度时，需要用到哪些电子模块
所需电子模块按功能分为三类：
- 输入模块：声音传感器、温湿度传感器
- 计算模块：主控板
- 输出模块：OLED 显示屏
- 辅助模块：电源、连接线
探究新知
环节6：拓 展
智能手表是一种集报时、导航、监测、交互多项功能于一体的电子科技产品，每一项功能都是智能手表系统的子系统，请同学们说一说智能手表有哪些子系统，并尝试深入了解这些子系统是如何运行的。
探究新知
环节6：拓 展
1.常见子系统实例
时间显示子系统
心率监测子系统
定位导航子系统
触控交互子系统
消息提醒子系统
运动计步子系统
探究新知
环节6：拓 展
2.子系统的通用运行逻辑
通用模型：输入 - 计算 - 输出
输入
接收外界信号
计算
处理与转换
输出
结果展示反馈
核心逻辑：每个子系统均遵循此标准化结构，确保运行高效且可扩展。
实例解析：心率监测子系统
信号采集： 光学心率传感器持续捕捉皮肤下血液流动引起的光信号变化，为计算提供原始数据。
算法运算： 主控芯片通过PPG算法对光信号进行滤波、放大及频谱分析，精准换算出实时心率数值。
结果呈现： 将处理后的心率数据实时渲染到屏幕，并同步至健康APP，直观展示给用户。
各子系统并列协同运行，数据互通、时序同步，共同实现智能手表的感知、决策与交互等整体功能。
课堂练习
1.下列选项中，属于环境监测装置系统子系统的是（）
A.电源连接线
B.温度监测系统
C.OLED显示屏
D.主控板硬件
一、选择题
B
课堂练习
2.具备独立功能的子系统，核心功能模块不包含以下哪一项（）
A.输入
B.计算
C.存储
D.输出
一、选择题
C
课堂练习
3.环境监测装置运行时，各子系统之间的工作关系是（）
A.按先后顺序运行
B.并列同时运行
C.随机交替运行
D.同一时间仅一个子系统运行
一、选择题
B
课堂练习
1.子系统是大系统的组成部分，自身不具备独立的完整功能。（）
2.噪声监测、温度监测等子系统，都遵循“输入—计算—输出”的运行逻辑。（）
3.设计复杂系统时划分子系统，会增加系统复杂度，不利于问题解决。（）
4.用主控板编程实现环境监测功能前，需要先加载对应传感器的扩展功能。（）
二、判断题
课堂练习
1.×。子系统拥有独立功能，是相对完整的装置系统。
2.√。每个子系统均由输入、计算、输出三个功能模块构成。
3.×。划分子系统可以简化复杂系统，将复杂功能拆解为独立小功能。
4.√。编程前需加载温湿度、气压、PM . 等传感器的扩展功能。
参考：
课堂练习
结合本课的环境监测装置，简要说明系统与子系统的关系。
设计复杂系统时，划分子系统的主要目的是什么？
三、解答题
课堂练习
1.环境监测装置是完整的大系统，由温度监测、湿度监测、噪声监测等多个具备独立功能的子系统组成；子系统是大系统的组成部分，各自独立运行、协同工作，共同实现大系统的整体功能。
2.目的是简化复杂系统，将复杂功能分解为多个有明确输入、计算、输出环节的独立小功能，通过子系统的组合协作，降低复杂系统的设计与实现难度。
参考：
课堂总结
本节课我们学习了系统与子系统的知识，理解了划分子系统的目的与方法，认识到复杂系统可拆解为多个具备独立功能的子系统，每个子系统都遵循输入—计算—输出的运行逻辑。我们以环境监测装置为载体，分析了温度、湿度、噪声等并列协同的子系统组成，并通过图形化编程实践了多子系统的协同运行。希望大家掌握系统分解的思路，用系统思维观察身边的科技产品，为后续的系统设计学习筑牢基础。
课堂板书
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让备课更有效
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Thanks!

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