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控制不是瞎指挥——系统控制的逻辑教学设计
课题 控制不是瞎指挥——系统控制的逻辑 单元 控制系统 学科 信息科技 年级 六年级
教材分析 本课是第三单元第3课，承接前两课控制回路与系统状态知识，围绕“系统控制的逻辑”展开。教材以“控制不是瞎指挥”为题，先说明控制系统按输入、计算、输出和反馈有逻辑地运行，介绍与、或、非、异或四种运算；再以坐姿提醒器为项目，经历方案设计、要素分析、编程模拟和反思改进；最后点明反馈“状态监测”的作用，为第4课多条件设计打基础。
学习目标 信息意识：能发现生活中的控制现象，体会数据与反馈对系统判断的重要价值。 计算思维：能用输入—计算—输出的思路分析系统，把控制逻辑转为条件循环。 数字化学习与创新：能借助图形化编程搭建坐姿提醒器程序，在调试中验证并优化算法。 信息社会责任：懂得控制技术服务生活，设计与使用中要讲求安全可靠、诚实守信。
重点 理解控制系统按输入、计算、输出和反馈有逻辑地运行；掌握与、或、非、异或四种逻辑运算的含义；能按输入、计算、输出划分坐姿提醒器的系统要素，并转化为含条件判断与循环的程序，体会四种逻辑运算在判断中的作用。
难点 理解反馈在控制回路中“状态监测—比较—再控制”的作用，体会闭环带来的准确性；把控制逻辑转化为含嵌套判断和循环的程序，借助流程图理清分支，避免条件重叠与逻辑漏洞。
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： ● 控制系统的逻辑是怎么实现的 ● 反馈在控制系统中的作用是什么 通过前面的学习，我们体会到，控制系统的运行是有逻辑的，如感应垃圾桶是在一定条件下打开，不是胡乱操作的。那么这种控制的逻辑是怎么实现的呢？这节课我们一起来探究。 观察教师演示的感应垃圾桶，说说它是怎样“自己判断”的；结合“本课中你将学习”，提出自己最想探究的问题，写在学习单上，与同桌交流后举手汇报，并认真倾听同伴的想法。 从熟悉的感应垃圾桶切入，唤醒已有经验，用“它为什么能自己判断”制造认知冲突，明确本课的探究任务，激发学生主动学习的兴趣。
讲授新课 环节1：控制系统的逻辑实现方法 系统控制的逻辑包括以下几个方面：输入信号处理、决策制定、控制动作执行、反馈与调整。在整个控制过程中，系统控制逻辑是确保系统稳定、可靠和高效运行的关键。通过合理的逻辑设计，控制系统可以实现对被控对象的精准控制，从而满足各种实际应用需求。控制系统的逻辑在计算部分实现。计算部分将“输入”数据，以及“反馈”数据，按照一定规则进行计算，通过计算结果实现有逻辑的控制。例如，倒车雷达将雷达探测到的距离数据，与系统设定的安全数据进行比较，实现不同距离的提示警告。逻辑运算包括与、或、非、异或四种运算。 环节2：设计坐姿提醒器 接下来我们通过设计一款坐姿提醒器，进一步感受“逻辑运算”的作用。错误坐姿与正确坐姿如下图所示。 判断坐姿是否端正的主要标准是身体与书本之间的距离，不良坐姿下的此距离小，良好坐姿下的此距离适中。我们可以将人看作系统控制的对象，通过实时测量身体与书本之间的距离，不断输出提醒信息，督促看书或写作业的人调整坐姿，再将调整后身体与书本之间的距离反馈给系统，实现再控制。 制作坐姿提醒器的关键是测量身体与书本之间的距离。 根据想法和需求，按照控制回路的思想设计坐姿提醒器方案，如下图所示，将坐姿提醒器与书架结合。 将坐姿提醒器系统要素按照输入、计算、输出三个功能模块划分出来，如下表所示。 控制过程与状态变化：当坐姿提醒器正常工作时，系统通过超声波传感器测量书本与人眼之间的距离，距离值作为输入，传递给计算部分，计算部分按照距离值输出提醒。人作为系统的一部分，在听到提醒以后做出调整，调整结果进一步被超声波传感器捕获，作为反馈再次传递给计算部分进行处理，从而形成控制回路。 环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程 根据设计思路，使用主控板编程模拟坐姿提醒器系统，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 3-9 所示。 算法描述 单有硬件还无法将坐姿提醒器系统的输入部分和输出部分联系起来，需要在计算部分设计相配套的算法，对整个系统进行控制，进而作用于外界。 1. 初始化 MP3 播放器 2. 设置状态计数变量，初始值为 0 3. 播放第 1 段音频：“提醒器准备就绪，请将书本放到距眼睛 33 厘米处的位置，正对自己摆好。” 4. 一直循环下列操作： 5. 在屏幕上显示 距离值 6. 判断：如果 距离值 ≥ 50，执行下列命令： 7. 等待 10 秒 8. 判断：如果 距离值 ≥ 50，执行下列命令： 9. 播放第 2 段音频：“书本位置太远，请调整！” 10. 状态计数变量增加 1 11. 判断：如果 距离值 ＜ 33，执行下列命令： 12. 等待 10 秒 13. 判断：如果 距离值 ＜ 33，执行下列命令： 14. 播放第 3 段音频：“坐姿不正确，距离书本太近，请调整！” 15. 状态计数变量增加 1 16. 判断：如果 33 ≤ 距离值 ＜ 50，执行下列命令： 17. 状态计数变量设置为 0 18. 恢复播放音量 19. 判断：如果 状态计数变量 ≥ 3，执行下列命令： 20. 增加音量 21. 播放第 4 段音频：“请家长立即纠正孩子的坐姿！” 22. 结束循环 程序实现 1. 创建变量 在图形化编程软件中定义一个变量 my_jishu，存储设定的状态计数变量值。 2. 添加传感器 单击图形化编程软件界面左侧“扩展”中的“添加”，在“传感器”分类中加载超声波传感器，在“执行器”分类中加载 MP3 播放器。 3. 编写程序 按照算法描述编写程序，坐姿提醒器的程序如图所示。 反思与改进 试从输入、计算、输出三个环节，系统、全面地分析当前的坐姿提醒器的优点和不足，如表 3-10 所示。 环节4：反馈的作用 坐姿提醒器的制作过程中用到了控制回路，反馈作为控制回路的一部分，在控制过程中起到了“状态监测”的作用。系统将反馈的数据与“设定数据”进行比较，进行逻辑运算，判断系统所处的状态，进而控制系统状态的改变。 逻辑运算“和”，表示超声波传感器获取到的距离大于或等于 33 cm“和”超声波传感器获取到的距离小于 50 cm，两个条件同时满足才成立。 再如，类似的逻辑运算还有“或”，表示超声波传感器获取到的距离小于 33 cm“或”超声波传感器获取到的距离大于 50 cm，有一个条件满足就成立。 环节5：探索 反馈功能在越来越多的领域中发挥着作用，能够很好地提升社会的整体效率和安全水平。例如，中国地震局利用地震预警技术，在地震发生后几秒内就能发布预警信息，为震源周边地区居民争取到宝贵的逃生时间。地震预警技术基于实时数据反馈和智能分析，实现对地震的快速响应。 在交通救援、气象等领域，你还能想到哪些具有反馈功能的案例？说一说反馈在这些过程中起到了哪些作用？想一想，如何才能更好地利用反馈功能保护人们的生命和财产安全？ 参考： 案例 车辆碰撞自动报警：碰撞传感器触发后，车载终端自动上报位置，平台接警派车，救援到场情况再回传。 高速公路事件检测：视频和雷达发现停车、逆行、抛洒物后，系统自动报警并联动情报板、广播提醒后车。 导航软件实时路况：海量车辆位置和用户上报形成反馈，实时修正路线、避开事故路段。 气象观测网：卫星、雷达、地面站数据实时回传同化，不断修正预报。 暴雨、台风预警“叫应”：按区域推送短信、应急广播，收到情况逐级回传确认。 农业气象站：监测墒情和温度，反馈指导灌溉、防冻。 其他：地震预警（教材案例）、水库水位监测联动闸门、烟感联动喷淋、急救远程监护。 反馈起到的作用 状态监测：把真实情况变成可比较的数据（距离、雨量、水位、位置），让系统“看得见”。 比较判断：把反馈数据与设定数据比较，用与、或、非等逻辑运算判断处于什么状态，决定是否报警、报几级。 闭环调整：输出指令后继续采集效果，形成“监测—判断—执行—再监测”的闭环，而不是“一发了之”。 提高效率与准确性：减少误报漏报、缩短响应时间，为救援和避险争分夺秒。 如何更好地利用反馈保护生命财产安全 多源感知、交叉验证：光、声、人体、视频多路数据同时确认（“与”运算），降低误报漏报。 分级阈值 + 逻辑运算：按风险高低设不同阈值和响应，轻微提醒、严重报警。 预警到人、到点、到时段：措辞简明、附避险指引，并配合演练，确保“收得到、看得懂、做得到”。 打通部门联动：交通、气象、应急数据互通，保证反馈链路不断、指令能落地。 设备可靠：定期校准维护，防止“假反馈”导致判断失误。 守住安全底线：依法采集使用数据，保护位置、影像等个人信息。 环节6：拓展 尝试改进坐姿提醒器算法的逻辑问题，优化算法设计，想一想，使用 3 次判断是否可以解决。
参考： 可以解决：三种状态的分类判断、重复判断、条件重叠——算法由“并列”变成“互斥”，结构清楚、易于检查。 优化需要完成： 统一延时：把“等待 10 秒”移到循环末尾，三种状态都等，避免正常时空转。 加状态变量：记录上一次状态，只有“状态发生变化”时才播放提醒——从“播报距离”升级为“播报事件”，解决重复播报。 计数复位：播放警报后计数清零（或只报一次），音量恢复与“正常”状态联动。 环节1：阅读教材，圈出控制过程的四个环节；用倒车雷达说明数据怎样被比较；小组举一个与、或、非、异或判断实例。 环节2：观察错误与正确坐姿图，用手比一比身体与书本的距离；小组讨论并把系统要素填入表 3-8，说明各部分作用。 环节3：对照算法描述，在图形化编程软件中创建变量 my_jishu、加载超声波与 MP3 扩展，搭建程序并反复调试。 环节4：用“和”“或”积木改写判断条件，运行程序观察提醒的变化；讨论反馈数据与设定数据比较后，状态怎样改变。 环节5：阅读地震预警案例，小组交流交通、气象等领域的反馈应用，推选代表用一句话说明反馈在其中所起的作用。 环节6：尝试用 3 次判断改写提醒的逻辑，画出修改后的简单流程图，与同伴互评修改方案是否解决了原算法的逻辑问题。 环节1：借助实例理解控制过程四个环节和四种逻辑运算，把概念与经验对接，为设计系统打基础。 环节2：在分析真实问题的过程中，学会按输入、计算、输出划分系统要素，体会状态随距离变化。 环节3：让学生经历从算法到程序的过程，在搭建与调试中体会判断和循环的作用，突破编程难点。 环节4：通过对比实验理解反馈的“状态监测”作用，突破“反馈如何影响控制”这一教学难点。 环节5：把反馈迁移到真实的社会情境，感受信息科技的社会价值，发展信息意识与信息社会责任。 环节6：在优化算法的挑战中发展计算思维，引导学生不满足于“能运行”，而是追求“更严谨”。
课堂练习 （一）选择题 1. 控制系统中负责判断、决策并发出指令的部分是（　）。 A. 输入部分　B. 计算部分　C. 输出部分　D. 电源部分 2. 下列不属于逻辑运算的是（　）。 A. 与　B. 或　C. 非　D. 乘 3. 坐姿提醒器测得的距离为 40 cm（33 cm ≤ 距离 ＜ 50 cm）时，系统处于（　）。 A. 播放“书本位置太远”提醒　B. 静默、正常工作　C. 大声播放警报　D. 关闭系统 （二）判断题（正确的画“√”，错误的画“×”） 1. 控制系统的运行是有逻辑的，不是随意操作。（　） 2. 逻辑运算“和”表示两个条件同时满足才成立。（　） 3. 程序中的变量只能存放数字，不能存放“灭灯”这样的文字。（　） 4. 要使坐姿警报响起，只要有一条提醒成立即可，不必累计 3 次。（　） （三）简答题 1. 请按“输入—计算—输出”三个环节，描述坐姿提醒器的工作过程。 2. 为什么说反馈让控制更准确？请结合坐姿提醒器说明。 参考答案 选择题：1. B　2. D　3. B 判断题：1. √　2. √　3. ×　4. × 简答 1：超声波传感器实时测量人与书本的距离（输入）；主控板和程序把距离与 33 cm、50 cm 比较，进行判断并计数（计算）；MP3 播放器按结果播放不同提示（输出）。 简答 2：人听到提醒后调整坐姿，新的距离被传感器再次测到并送回计算部分，系统据此重新判断，形成“监测—比较—调整”的闭环，使提醒更贴合真实状态。 先认真独立完成 3 道选择题、4 道判断题和 2 道简答题，同桌交换批改、互相订正，把每道错题的原因写在题目旁边，再参与班级讲评。 通过分层练习检测目标达成情况，在互批与讲评中及时矫正，巩固逻辑运算与反馈的理解。
课堂小结 同学们，通过今天的学习我们知道控制系统不是随意指挥，而是按“输入—计算—输出—反馈”的逻辑运行。我们认识了与、或、非、异或四种逻辑运算，用三部分拆解了坐姿提醒器，还编出了自己的第一段控制程序。请记住：反馈是系统的“眼睛”，它让控制更准确、更可靠。希望大家做生活的有心人，用逻辑的眼光看懂身边的控制系统。 对照板书用一句话完整说出“输入—计算—输出—反馈”的关系，再和同桌一起互述本课的收获与疑问，独立完成学习单上的自我评价。 引导学生自主梳理本课知识结构，把零散的体验提炼为方法，为学习多条件控制埋下伏笔。
板书
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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