第4课 输入输出与计算教学设计2026-2027学年人教版信息科技六年级全一册

该小学信息科技教学设计聚焦控制系统的输入、计算、输出三环节，通过延时摄影视频展示走廊灯浪费问题导入，引导学生思考感应灯等解决方案，结合Micro:bit温度控制风扇实物演示和案例分析卡，搭建从生活现象到系统原理的学习支架。 以实物演示和案例分析为特色，突出计算思维培养，通过温度控制系统让学生理解“计算”的决策本质，小组合作分析智能鱼缸喂食器等案例提升数字化学习能力，帮助学生建立系统思维，为教师提供直观可操作的教学方案。

第4课 输入输出与计算 一、教学目标 了解控制系统工作过程的三个基本环节：输入、计算、输出。 能结合具体的自动控制系统案例，准确描述系统的输入信号和输出结果。 通过分析常见控制系统的工作过程，初步形成“输入—计算—输出”的计算思维模式，提升分析问题的能力。 二、教学重难点 1. 教学重点 控制系统工作过程示意图的绘制方法，能够用“输入→计算→输出”框图表示系统工作过程。 针对具体控制系统，准确描述其输入信息（传感器检测到的数据）和输出结果（执行器做出的响应）。 2. 教学难点 理解控制系统中“计算”环节的逻辑意义：即系统如何根据预设的条件或算法，将输入数据与设定的阈值进行比较、判断，并生成相应的控制指令。学生容易将“计算”简单等同于数学运算，难以理解其作为“决策过程”的本质。 三、教学准备 教师演示材料：一个基于Micro:bit主控板搭建的简易温度控制系统实物（包含温度传感器、小风扇模块、LED显示屏，已下载好程序：当温度>28℃时风扇自动转动，否则停止），用于课堂现场演示。若无物理硬件，则准备好模拟运行该程序的在线仿真环境或录制的演示视频。 多媒体课件：包含多个自动控制系统工作过程的动画或视频片段（如红外自动感应门、声控楼道灯、室内恒温空调系统、智能灌溉系统），以及对应的控制系统工作过程示意图。 学生活动材料：空白“控制系统工作过程分析卡”（A4纸打印），上面印有待分析的案例名称（如“自动夜间照明灯”、“智能鱼缸定时喂食器”）及空白的矩形框和箭头，供学生填写和绘制。 软件环境：确保教室计算机安装Mind+、mBlock等适合学生理解的图形化编程软件，用于简单模拟“输入—计算—输出”的代码逻辑。 四、教学过程 1. 导入新课（5分钟） 师：同学们，我们先来看一段视频。（播放一段延时摄影：办公大楼下班后，走廊的灯一直亮着，整夜无人走动，电力浪费严重。）大家想一想，有没有什么好办法，能让走廊的灯在人经过时才亮起，人离开后就自动熄灭，做到既方便又节能呢？ 生：可以装声控灯，有人走路有声音就亮。 师：声控灯确实是一个办法，不过如果有人在远处小声说话，灯就亮了，也会造成一些浪费。还有更精准的方案吗？ 生：可以装感应灯，感应到人身体的热量就亮。 师：非常好！你们说的感应灯，其实是一种自动控制系统。它不需要人去按开关，自己就能“判断”什么时候该亮，什么时候该灭。这个“自己判断”的过程，和我们今天要学的“输入”、“计算”和“输出”紧密相关。 师：今天这节课，我们就来一起探究《输入输出与计算》，看看这些智能设备是如何像人一样，感知环境、做出判断并执行动作的。（板书课题：第4课 输入输出与计算） 2. 新知探究（22分钟） （1）感知“输入”与“输出”（7分钟） 师：（再次展示刚才红外感应灯的图片）在这个自动感应灯里，它是靠什么知道有人来了？ 生：装了一个感应的东西，能发现人。 师：对，那个感应的东西叫“红外传感器”。它能检测到人体辐射出的红外线能量变化。当有人进入检测范围，传感器就捕捉到了这个信号。在控制系统中，我们把传感器从外部环境获取信息的这个过程，称为输入。（板书：输入——通过传感器获取信息） 师：那么，它获取到信号之后，又做了什么呢？ 生：灯亮了。 师：是的，灯亮是系统对外发出的响应。我们把系统执行的动作或产生的结果，称为输出。（板书：输出——执行器做出的响应）在这个例子里，“灯亮”就是输出。你能举一个生活中其他包含输入和输出的例子吗？ 生1：自动门，人走近（输入），门就开了（输出）。 生2：家里的小米音箱，我喊它“放一首歌”（输入），它就播放音乐（输出）。 师：例子都特别棒！我们注意到，在输入和输出之间，系统是不是立刻、无条件地就让灯亮、让门开了？ 生：是的，自动门就是人一到面前就开了。 师：看起来是“立刻”，但其实中间藏着一个很短暂却非常关键的思考过程。我们接着探究。 （2）理解“计算”——系统的大脑（8分钟） 师：我现在手里有一个小装置。（举起基于Micro:bit的温度控制风扇模型）这是一个智能小风扇。它上面这个黑色的元件是温度传感器，这个小风扇就是执行输出的部件。我把它通上电，你们注意观察。 （教师加热传感器附近，例如轻轻朝它哈气或用电吹风的低档远距离微微加热，注意安全） 师：看到什么变化了吗？ 生：风扇转起来了！ 师：（停止加热，等待一会儿）现在呢？ 生：风扇停了。 师：为什么风扇不是一直转，也不是一直停，而是在我加热的时候才转？ 生：因为它感觉到热了才转，不热就不转。 师：你说到了点子上！温度传感器持续在“输入”当前环境的温度数据。但控制器接收到这个数据后，并不是直接让风扇转，它内部要做一个判断：现在的温度有没有超过设定的界限值？比如，我们预先在程序里设定为28℃。如果输入的温度值大于28℃，那就向风扇发出“开始转动”的指令；如果小于或等于28℃，就发出“停止转动”的指令。 师：这个接收输入数据、根据设定的条件进行判断、并生成决策指令的内部过程，就是我们今天要学习的核心——计算。（板书：计算——对输入数据进行处理、判断并生成指令） 师：注意，这里的“计算”不仅仅指数学上的加减乘除。更重要的是指比较、判断和逻辑推理。就像你妈让你去买酱油，你到了超市（输入信息：看到货架上的各种酱油），你心里会想：妈妈说要买“特级生抽，500ml装”，你比较、找到符合这两个条件的那个瓶子，拿起来（输出）。这个“想”的过程就是“计算”。在计算机和自动控制系统中，这个“计算”是由控制器（如单片机、CPU）按照我们事先编好的程序来执行的。 师：也正因为有了这个“计算”环节，控制系统才能表现出“智能”。它不盲动，而是“想”了再动。这个“输入 → 计算 → 输出”就是控制系统最基本的工作过程。（在刚才板书的输入和输出之间，添加上“计算”和箭头，构成完整流程图） （3）绘制控制系统工作过程示意图（7分钟） 师：要清晰地展示一个控制系统的工作原理，工程师们通常会画一个“工作过程示意图”，用简单的方框和箭头把“输入、计算、输出”三个环节串起来。现在，我们以“红外自动感应门”为例，一起来画一画。 师：第一步，请确定输入。自动感应门是靠什么发现人靠近的？ 生：红外传感器，或者微波雷达传感器。 师：对，我们假设是红外传感器。所以，“输入”环节，我们用方框写上“红外传感器检测到人体信号”。 师：第二步，计算过程。接收到人体信号后，控制器要做怎样的判断？ 生：判断要不要开门。如果有人，就开门。 师：准确。所以“计算”环节，我们可以写“控制器判断：是否有有效人体信号？是则发开门指令”。这个有效信号通常要求信号稳定、持续一定时间，避免小动物或飘过的物体引起误动作。 师：第三步，输出结果。“输出”环节，门怎么动作？ 生：电机转动，把门打开。 师：好。那我们写“电机运转，门向两侧（或一侧）平滑打开”。同时，门打开后，人通过，传感器检测不到信号了，计算环节会再次判断：“仍有有效信号？否则延时发关门指令”，输出则为“电机反转，门关闭”。这就是一个完整的循环。 师：所以，我们在画示意图时，基本结构是： （教师一边说，一边在黑板上用粉笔勾画，并让学生在笔记本上跟画） [ 输入 ] → [ 计算 ] → [ 输出 ] ↑ | └──── 反馈（可选） ─────┘ 师：本节课我们重点掌握单向的线性结构。课后拓展可以去了解带“反馈”的闭环控制。现在，请大家把这个基本框架记下来。我们在方框内要简洁地写清楚“谁、做了什么、检测到什么”，在“计算”框内要突出“判断的条件和逻辑”。 3. 巩固练习（12分钟） 活动名称：控制系统分析师 活动要求：两人一组。每组从老师提供的系统中选择一个，合作完成以下任务： 在“系统工作过程分析卡”上，画出“输入→计算→输出”的流程框图。 在方框中用简练的语言描述每个环节的具体内容。 尝试口头描述：如果这个系统失灵，可能是哪个环节出了问题？ 候选系统（课件展示图文）： 系统A：智能鱼缸定时喂食器。每天早上7点和晚上6点，自动旋转食盒，落下一定量鱼食。 系统B：黑暗环境中自动亮起的楼道夜灯。装有光敏传感器，当环境光线暗到一定程度，且持续5秒，LED灯珠自动亮起微光。 系统C：商场入口人数计数器。顶部的红外对射传感器探测到有人通过一次，就在屏幕上显示的累计人数上加1，直至营业结束时统计出总客流。 （学生活动期间，教师巡视。重点关注学生对“计算”环节的描述是否体现出了“判断逻辑”。例如，系统A的“计算”不是简单的“到点”，而是“控制器不断读取当前时钟时间，判断是否等于7:00或18:00，是则启动电机旋转一定角度”。） 分享与点评（5分钟）： 师：好，大部分小组都完成了。我们先来看系统A，哪个小组愿意把你们的示意图展示一下？ （选择一组，用实物展台投影他们的分析卡） 生：我们的输入是“系统读取实时时钟时间”，计算是“判断当前时间是否到达设定的喂食时间7:00或18:00，是则触发”，输出是“电机驱动食盒旋转120度，落下鱼食”。 师：表述非常严密！尤其对“计算”的描述，把判断条件写得很清晰。再来一组，说说系统B。 另一组代表：系统B的输入是“光敏传感器持续检测环境光线强度值”，计算是“判断光线强度是否低于设定的暗度阈值，并且持续了5秒以上”，输出是“接通LED灯珠电路，灯亮”。 师：这个“并且持续5秒”很关键，为什么要加这个持续时间的判断？ 生：为了防止误触发，比如偶尔有车灯扫过或者手电筒光晃了一下，灯不会立刻灭掉或乱闪。 师：分析得真透彻！这就是“计算”环节的精妙之处——一个好的算法逻辑能让系统更稳定、更智能。系统C呢？谁来？ 生：输入是“红外对射传感器检测到光线被遮断一次的脉冲信号”，计算是“接收到一个脉冲，就在内部存储的总人数变量上加1”，输出是“刷新显示屏幕上的人数数字”。 师：完全正确。在这个案例里，“计算”执行了一次加法运算，同时还负责数据的暂存。所以大家看，“计算”的形式多种多样，但它总是遵循着“接收数据—处理判断—生成结果”这条主线。 4. 课堂小结（3分钟） 师：这节课，我们通过身边的智能感应灯、自动门、智能风扇等实例，一起探索了隐藏在智能设备背后的秘密——控制系统的基本工作过程。哪位同学能用自己的话来总结一下，一个控制系统必须包含哪三个环节？ 生：输入、计算、输出。输入是用传感器去感觉外面的变化；计算是机器脑袋里想，比较、判断该怎么做；输出是去做事情，比如灯亮、电机转。 师：总结得非常通俗又到位！是的，我们把这三种能力归纳一下：输入是“耳聪目明，感知世界”，计算是“审时度势，做出决断”，输出是“令行禁止，执行动作”。这三者环环相扣，缺一不可。今天我们画的“工作过程示意图”，就是分析一切智能系统工作原理的通用钥匙。以后无论遇到多复杂的智能设备，比如无人驾驶汽车、智能物流分拣线，你都可以尝试用“输入→计算→输出”这把尺子去丈量、解构它，你会发现，再复杂的系统，其核心逻辑都建构在这个简单的三元结构之上。下节课，我们将亲自动手，在计算机上编写一个简单程序，用代码来实现一个“输入—计算—输出”的小系统。好，下课！ 五、板书设计 第4课 输入输出与计算 一、控制系统三环节 输入 计算 输出 （传感器） → （控制器判断） → （执行器） 感知 处理决策 执行动作 二、工作过程示意图（以自动感应门为例） [红外传感器 检测人体信号] → [控制器判断： 是否有有效信号？ 是→开门指令 否→关门指令] → [电机运转， 门打开/关闭] 三、核心要诀 输入——耳聪目明，感知世界 计算——审时度势，做出决断 输出——令行禁止，执行动作 六、教学反思 本节课围绕“输入—计算—输出”这一信息科技核心概念展开，整体教学设计遵循从具象到抽象、从现象到本质的认知规律。 成功之处：导入环节以真实生活问题引发共鸣，自然引出自动控制主题。在新知探究中，利用实物演示（Micro:bit温度风扇）和大量生活实例（感应门、声控灯、语音助手），将抽象的“计算”逻辑具体化，有效突破教学难点。特别通过“计算不仅是数学运算，更是比较、判断和决策”的反复强调与例析，帮助学生建立了正确的“计算”观。巩固练习的案例分层适中，分析卡提供了有效的思维支架，学生在合作中基本能准确绘制工作过程示意图，并能用较严谨的语言描述各环节，教学目标达成度较高。 不足与改进：在“计算”环节的阐述上，虽然避开了复杂的代码实现，但部分学生对“比较阈值”和“条件判断”的逻辑仍停留在表面模仿。后续教学可在巩固练习环节增加“设计一个方案”的开放题，例如“请给教室设计一个自动亮度调节系统，写清输入、计算、输出”，进一步催生学生的迁移应用能力。此外，板书的“反馈”虚线箭头虽提及但未展开，对于学有余力的小组，课后可提供有关闭环控制的拓展阅读材料，满足差异化需求。课堂时间分配上，学生分享环节略感仓促，下节课可多留1-2组展示。整体而言，本课时较好地完成了信息科技学科的计算思维启蒙，为后续Python编程中“输入（）函数—条件判断—print（）输出”的教学做好了认知铺垫。 学科网（北京）股份有限公司 $