资源简介

(共43张PPT)
第十一课
控制不是瞎指挥——系统控制的逻辑
（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。
01
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。
02
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。
03
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。
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：
◎ 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。
探究新知
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。
探究新知
环节1：控制系统的逻辑实现方法
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。
探究新知
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。
探究新知
环节2：设计坐姿提醒器
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。
探究新知
环节2：设计坐姿提醒器
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。
探究新知
环节2：设计坐姿提醒器
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。
输入部分 计算部分 输出部分 系统状态
超声波传感器
（监测距离） 主控板和程序
（监测距离 ≥ 50 cm） MP3 播放器播放提醒：“书本位置太远，请调整！” 坐姿提醒
主控板和程序
（33 cm ≤监测距离＜50 cm） MP3 播放器静默 正常工作
主控板和程序
（监测距离＜33 cm） MP3 播放器播放提醒：“坐姿不正确，距离书本太近，请调整！” 坐姿提醒
主控板和程序
（不正确坐姿提醒超过 3 次） MP3 播放器大声播放提醒：“请家长立即纠正孩子的坐姿！” 坐姿警报
探究新知
环节2：设计坐姿提醒器
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。
探究新知
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，如下图和表所示。
探究新知
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，如下图和表所示。
部分 设备 功能
输入 超声波传感器 监测距离
计算 主控板 判断 MP3 播放器是否发声
输出 MP3 播放器 播放声音
其他 电池、连接线 提供电能、连接设备
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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。
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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。
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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。
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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。
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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。
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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。
探究新知
环节3：利用编程模拟坐姿提醒器的工作过程
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，如表所示。
环节 优点 不足
输入 很灵敏，准确 不同身高可能有误差
计算 逻辑严谨，考虑到四种情况 算法可以再优化
输出 形象生动 可以增加灯光提示
探究新知
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。
探究新知
环节4：反馈的作用
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。
探究新知
环节4：反馈的作用
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。
探究新知
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。
探究新知
环节5：探索
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？
探究新知
环节5：探索
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。
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。
参考：案例
探究新知
环节5：探索
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。
参考：反馈起到的作用
探究新知
环节5：探索
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。
参考：反馈起到的作用
探究新知
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。
探究新知
环节6：拓展
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。
参考
课堂练习
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
一、选择题
B
课堂练习
2. 下列不属于逻辑运算的是（　）。
A. 与　
B. 或　
C. 非　
D. 乘
一、选择题
D
课堂练习
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
一、选择题
B
课堂练习
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。（　）
二、判断题
课堂练习
1. √　2. √　3. ×　4. ×
参考：
课堂练习
请按“输入—计算—输出”三个环节，描述坐姿提醒器的工作过程。
为什么说反馈让控制更准确？请结合坐姿提醒器说明。
三、解答题
课堂练习
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。
参考：
课堂总结
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。
课堂板书
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让备课更有效
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Thanks!

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