第8课 体验控制系统（教案）2024-2025学年五年级下册信息科技浙教版

8.《体验控制系统》教学设计 一、教学内容分析 本课内容作为控制系统典型三个环节的综合应用，充分体现了控制系统的影响与应用场景，既是对六年级深人学习控制系统所做的铺垫，也承接五年级上册第三单元的学习。本课引入了自动控制与人工控制两种控制形式，再以简易恒温槽作为典型的自动控制系统，进行分析与实验，初步认识自主可控对控制系统的重要性。 本课通过仿真模拟恒温控制过程，观察输入、计算、输出三个环节，分析这个控制系统的运行过程，在教学中，采用记录、观察等方法发现自动恒温的原理，并对恒温槽进行改进。 二、学习对象分析 本课授课对象是五年级学生，通过本单元“控制系统”学习，学生对控制系统的三个环节“输入-计算-输出”有了一定的理解。本课通过观察、分析、体验和设计恒温槽实验，理解恒温槽保持恒温的原理。学生通过实验观察、分析、实践，体会控制系统在生活中的重要性，为第三单元深入学习控制系统打下基础。 三、教学目标 教学目标 核心素养指向 1. 通过生活中的实例分析，理解人工控制与自动控制的特点。 2. 通过实例研究，理解不同控制方式下的输入、输出形式。 3. 通过恒温槽实验，学会自动控制的基本算法。 【信息意识】:学生通过恒温槽实验，了解恒温保持恒温的原理的学习探究。进而发现生活中的计算机科学原理，激发思维思考能力。 【计算思维】:学生通过分析人脸识别进站闸机控制系统、智能烤箱温控系统，进而了解生活中常见系统的输入环节，善于思考科技设备工作原理，提高计算思维。 【数字化学习和创新】:学生借助创意设计恒温槽，动手设计恒温槽，激发学生的学习兴趣提高创新意识。了解恒温槽保持恒温的原理，感受信息科技的便捷。 【信息社会责任】:学生通过学习体验恒温槽实验，了解恒温槽对生产生活对社会发展，感受信息魅力。 四、教学重难点 教学重点： 理解不同控制方式下的输入、输出形式。 教学难点： 理解不同控制方式下的输入、输出形式。 本着以“学”为中心的理念，为体现学生的主体性，有效地落实教学目标，本课主要采用任务驱动教学法，辅以案例分析法、归纳总结法，这些教学方法都将围绕学生的自主学习、探究学习逐级展开。 五、课前准备 学习环境：计算机教室 学习资源：学习任务单、极域电子教室、教学课件、恒温槽实验仿真系统等 六、设计思路 本课作为控制系统典型三个环节的综合应用，充分体现了控制系统的影响与应用场景，既是对六年级深入学习控制系统所做的铺垫，也承接五年级上册第三单元的学习。本课引入了自动控制与人工控制两种控制形式，再以简易恒温槽作为典型的自动控制系统，进行分析与实验，初步认识自主可控对控制系统的重要性。通过直观对比的方式阐述人工控制与自动控制的特点，把“反馈”思想渗透其中。 本课渗透了“生活发现+原理分析+拓展应用”的思考过程，将熟悉的恒温控制简化为模拟的实验操作。教材通过仿真模拟恒温控制过程，观察输入、计算、输出三个环节，分析这个控制系统的运行过程，便于学生观察、记录、分析。教材将模拟实验的操作过程进行切片式分解，通过关键变量(输入数据)的控制、反馈(临界值)的设计等细化实验的过程，采用记录、观察等方法发现自动恒温的原理，并对恒温槽进行改进。 七、教学流程 （一）回顾导入 教学内容与活动 设计意图 1. 旧知回顾 通过前面三节课的学习，我们对控制系统的三个环节已经有了比较深入的了解，输入-计算-输出三个环节。在探究计算环节时，当时我们使用了传统水壶烧水和电热水壶烧水两种不同的控制系统进行了对比，还记得他们之间的区别是什么吗？ 是的 ，一种是人工干预，一种是系统自动运行干预，在控制系统的输入、计算、输出环节，有些需要人工干预才能完成控制，有些可以自动控制。 以实际生活中的控制系统为例，引发学生探讨现实生活中的恒温控制实例及其背后的控制原理。 通过讲解和举例，让学生理解控制系统中的人工干预与自动反馈机制。 强调在控制系统中，无论是人工操作还是自动控制，都需要输入信息、处理信息并据此产生输出动作来达成控制目标。 （2） 新知建构 教学内容与活动 设计意图 1. 【人工控制与自动控制】 1.人工控制：这一类控制都需要人根据观察或者感受来进行判断并干预。 在探究电灯的不同输入形式时，想一想，这里的顶灯和台灯，哪一种是人工控制？ 是的，顶灯是通过开关来控制的，属于人工控制。 2.自动控制：这些控制系统会测量输出值，输出值的变化影响到输入端，再与预设的目标值进行比较，从而实现自动控制。 台灯控制系统就属于自动控制，它会测量距离值和光线值，距离值和光线值的变化影响到输入端，再与预设的目标值进行比较，从而打开或关闭台灯。 3.举例说明 比如：在听音乐时，如果音量不合适，需要人为操作来调节音量； 比如：早上洗脸放水时，脸盆里的水到达一定量后，需要人为观察后，关闭水龙头阀门。 这些需要人为观察或人为操作来调整的就是人工控制。 比如：热保温控制系统的水壶会根据加水容量、水温等信息自动控制烧水的时间； 比如：空调系统通过温度传感器测量室内温度，将室内温度与预设温度比较，调节出风口的风速和压缩机的功率。 这些就是属于自动控制系统。 2. 任务一：人工控制与自动控制 下面哪些是人工控制，哪些是自动控制，把图片拖动到相应的区域内。 【恒温槽实验】 1. 空调吹风，为什么会吹一会，停一会呢？ 2.观看视频，再来说一说。 像空调这样，当室温已经降到了我们设定的温度，空调就会停止吹冷风；当室温再次高于我们设定的温度，空调就会重新吹冷风，直到达到设定温度。 这样的控制系统，我们称为恒温控制系统。 3. 生活中，还有哪些恒温控制系统呢？ 学生回答，教师补充。 电冰箱、热水器、智能恒温鱼缸、恒温水壶等 4. 可以通过简易的恒温槽实验，模拟恒温控制过程，观察输入、计算、输出三个环节，来分析这个控制系统的运行过程。 介绍简易恒温槽实验。 设定：预设恒温温度值。（你希望这个恒温槽保持怎样的一个恒温，如35℃） 检测：温度传感器检测槽内温度，并显示在控制板显示模块。 调节：检测到的槽内温度与预设的恒温温度进行比较，当槽内温度低于预设温度时，启动加热电阻进行加热，当槽内温度等于预设温度时，关闭加热电阻。 想一想，这个恒温槽实验的输入、计算、输出环节分别是什么？ 3.任务二：恒温槽控制系统的运行实验 打开桌面上的“恒温槽实验”，启动恒温槽控制系统，设定一个恒温温度数值，如35℃，然后观察系统的运行状态，分析该系统的输入、计算、输出，完成恒温槽实验记录表。 学生练习，填写实验记录表。 反馈交流。 通过实验数据，可以发现这个控制系统属于自动控制系统。 恒温槽加热电阻是否启动，跟温度传感器的检测温度和预设恒温温度有关。 除此之外，你有没有发现，当你预设的恒温温度值是30℃时，它保持的温度在哪个区间变化？（学生回答 29℃-31℃） 6. 一般来说，在设计控制程序时，一般会设置一个温度区间来控制是否执行加热。 例如，预设值为30℃，恒温槽控制温度在29℃-31℃的区间内，当温度低于下限29℃时启动加热，当温度达到上限31℃时停止加热。 你知道为什么吗？ 7.我们通过没有设置区间温度的恒温槽系统来进行探究。 4.任务三：探究设置温度区间实验 打开桌面上的“恒温槽实验（无区间温度）”，启动恒温槽控制系统，设定一个恒温温度数值，如32℃，然后观察系统的运行状态，回答下面问题。 通过观察系统运行状态，你发现了什么？【加热电阻频繁启停】 根据实验数据，我明白了恒温槽实验控制时设置温度区间的原因是： 可以减少加热电阻频繁启停的情况，有利于精准控制恒温槽的温度 。 描述并比较输入和输出在人工控制及自动控制方式下的表现形式 实践活动，让学生观察和记录生活中控制系统的控制方式、输入与输出情况，然后分享交流。 模拟恒温控制系统的工作流程，通过简易恒温槽实验掌握控制系统的关键环节（输入、计算、输出）。 引导学生关注生活中的信息技术应用场景，培养其对自动化控制技术的兴趣，并体会其在日常生活中的重要性。 （三）小结与拓展 教学内容与活动 设计意图 1.今天我们通过简单的恒温槽实验模拟了恒温控制系统，体验了控制系统的输入、计算、输出的三个不同环节，了解了输入和输出在不同控制方式下的不同形式。 2.通过体验控制系统，我们进一步知道了有些需要控制系统需要人工干预才能完成控制，有些可以自己控制。恒温槽实验就是一个自动控制系统。谁再来说一说它的运行过程，讲出它的三个环节。 3.登录学科学习平台，将完成的课堂练习上传到平台，并完成平台上的测评。 为下一节课做铺垫。 学科网（北京）股份有限公司 $$