系统的功能与控制（教案）2025-2026学年苏教版信息科技 六年级上册

《系统的功能与控制》小学信息科技教学设计，聚焦系统功能与控制的内在联系（功能驱动控制，控制保障功能）。通过普通鱼缸与水族馆自动运行的情境对比视频引发认知冲突，承接学生已有的系统与控制概念，以智能鱼缸案例气泡图分析子功能为支架，引导从理论认知过渡到可调适电扇实验实践。 该设计以计算思维（输入-处理-输出模型、映射算法设计）和数字化学习与创新（实验板搭建、图形化编程）为核心，结合智能鱼缸子功能分析、可调适电扇从硬件连接到编程映射的完整项目式流程。助力学生深化系统思维与实践能力，为教师提供含视频、气泡图等资源的可操作教学链条，有效落实核心素养。

《系统的功能与控制》教学设计 一、 教学内容分析 本课是“系统思维”模块的核心内容。学生此前已初步认识了“系统”与“控制”的概念，本课旨在深化理解系统功能与控制系统之间的内在联系与相互作用，即“功能驱动控制，控制保障功能”。课程通过“智能鱼缸”案例分析功能和控制的体现，并通过“可调适电扇”实验，让学生亲历一个简单控制系统的搭建与编程，实现从理论认知到实践创造的跨越。 二、 教学与核心素养目标 1. 核心素养目标 信息意识： 能敏锐感知并发现生活中的各类系统，理解其功能是如何通过特定的控制方式实现的。 计算思维： 能采用“输入→处理→输出”的模型分析系统，并针对简单需求，设计包含传感器、控制器和执行器的基本控制逻辑。 数字化学习与创新： 能利用图形化编程软件与硬件，动手实现一个可控的物理系统，体验通过数字化手段解决问题的完整过程，并乐于进行优化创新。 信息社会责任： 在系统设计与分析中，初步形成节能、环保、以人为本的科技伦理观念。 2. 教学目标 知识与技能： 理解“系统功能”与“系统控制”的概念及二者的辩证关系。 能列举生活实例，分析其功能构成与实现该功能的核心控制方式。 能使用图形化编程与过程控制实验板，合作完成“可调适电扇系统”的搭建与编程控制。 过程与方法： 经历“发现问题→分析需求→设计系统→动手实现”的完整项目流程。 通过观察、讨论、合作探究与实践操作，掌握分析系统、设计控制方案的基本方法。 情感态度与价值观： 感受信息技术对改善生活、提升效率的巨大作用，激发对科技创新的持久兴趣。 培养严谨求实、协同探索的科学态度，以及将创意转化为现实作品的成就感。 三、 教学重难点 教学重点： 理解系统的功能需要通过控制来实现；亲身体验一个简单控制系统的实现过程。 教学难点： 建立“需求决定功能，功能驱动控制”的系统化思维；理解并实现传感器数据与执行器动作之间的映射关系。 四、 教学准备 教师准备： 多媒体课件、智能鱼缸/相关视频、过程与控制实验板（电扇、电位器、显示屏）、数据线、编程软件（如Mind+、mPython等）、小组活动任务单。 学生准备（4-5人/组）： 过程与控制实验板套件、安装好编程软件的计算机、实验记录单。 五、 教学过程 (一) 情境导入：认知冲突，引发需求 情景对比： 场景A： 展示小智为普通鱼缸换水、喂食的烦恼图片。 场景B： 播放大型水族馆中，鱼类在清澈的水中游弋，各种设备自动运行的视频。 问题驱动： 提问： “小智的鱼缸为什么需要频繁打理？水族馆的巨型水族箱是如何实现‘自动运行’的？” 学生思考并自由发言。（预设回答：水族箱有过滤器、自动喂食器等） 揭示课题： 教师总结： “普通的鱼缸只有一个‘装水’的基础功能。而水族箱拥有‘维持生态系统’的强大功能。这个强大的功能，依赖于一套复杂的‘控制系统’。今天，我们就来揭开《系统的功能与控制》的奥秘。” (二) 新知探究：剖析案例，构建概念 概念建构：系统的功能 讲解： “系统在特定环境中发挥的作用或能力，就是它的功能。” 水族箱的总体功能是“维持一个适宜鱼类生存的、稳定的生态环境”。 小组合作（任务单一）： 为了达成这个总体功能，水族箱需要哪些子功能？请填写气泡图。 （中心气泡：维持生态环境 → 外连气泡：水质清洁、恒温保持、自动喂食、定时照明、水体增氧...） 分享与修正： 小组分享，教师引导补充。 概念建构：控制保障功能 追问： “‘水质清洁’这个子功能，是如何自动实现的？” 引导学生构建“输入-处理-输出”模型： 输入（感知）： 定时器信号或水质传感器数据。 处理（决策）： 控制系统（单片机/PLC）根据预设程序做出“启动过滤”的决策。 输出（执行）： 启动水泵和过滤装置，循环净化水体。 提炼核心： 系统的功能是通过控制实现的。 功能越复杂、越智能，对控制系统的要求就越高。随后，教师可通过“电话系统演进”的案例，说明功能与控制是相互促进、迭代发展的。 (三) 实践创作：动手实现，深化理解 【实验室：设计可调适电扇系统】 任务： 我们将化身系统工程师，设计一个可通过旋钮无级调速的智能电扇。 明确系统功能与控制需求： 功能： 实现电扇转速的平滑、无级调节。 控制： 通过手动调节电位器（旋钮）来控制转速。 探索与验证：测试输入（感知） 硬件连接： 学生按图连接实验板与计算机。 编程验证： 编写并下载“电位器返回值的读取和显示”程序。 完成实验记录单： 电位器滑杆位置 显示屏数值 最左端 0 最右端 约4.005 思考交流： “为什么要先测试电位器的返回值范围？” （设计意图： 让学生理解，精准控制的前提是精确感知，明确输入数据的范围是程序设计的基础。） 设计与实现：编写主控程序（决策与执行） 核心挑战（算法思维）： 如何将0~4.005的电位器读数，转换成0~100的电扇转速？ 教师引导“映射”概念： 这需要一个等比例换算的过程。可以用一个公式：风扇转速 = (电位器读数 / 4.005) * 100。在图形化编程中，通常有现成的 “映射” 积木。 编程实践： 学生参考示例，编写、下载并调试“可调适电扇系统”程序。 测试与优化： 旋转电位器，观察电扇转速与显示屏数值的变化，体验“控制”的即时反馈，并根据需要进行程序调试。 (四) 迁移提升：拓展思维，面向未来 (5分钟) 总结实验结论： 引导学生填写：“通过实验，我们发现通过编程可以构建一个完整的控制系统，将物理输入信号精确地映射为对执行器的控制输出。” 系统升级挑战（计算思维进阶）： 提问： “我们的电扇还需要手动调节，能否让它像水族箱一样‘智能’？比如，实现‘天热风大，天冷风小’？” 小组讨论： 需要增加什么？ -> 温度传感器。 程序逻辑如何变？ -> 从 读取电位器 变为 读取温度传感器。 如何决策？ -> 需要设定 “控制规则” （例如：如果 温度 > 28°C，那么 设定转速为80；否则如果 温度 > 25°C，那么 设定转速为50；否则 停止风扇）。 价值： 引导学生从开环控制（手动）向闭环控制（自动）进行思维跃迁。 课堂总结与价值升华： 功能是目标，控制是手段。 我们通过设计巧妙的控制逻辑，让系统发挥出期望的功能。 科技向善： 鼓励学生在未来设计中，始终思考如何让科技更节能、更环保、更好地服务人类。 6、 板书设计 一、系统的功能 作用/能力 (例：水族箱→维持生态环境) 二、功能依靠控制实现 输入 (感知) → 处理 (决策) → 输出 (执行) 电位器/温度传感器 → 程序 (映射/规则) → 电扇/水泵 三、实践：可调适电扇系统 需求：无级调速 控制：电位器 → 映射 (0~4.005 → 0~100) → 电扇转速 学科网（北京）股份有限公司 $