第二单元第四节 智能灯光系统的设计（教学设计）-2026-2027学年川教版信息科技六年级上册

第二单元第4节 智能灯光系统的设计（教学设计）-2026-2027学年六年级上册信息科技川教版 副标题：川教版（2024）·六年级上册·第二单元第4节｜1课时（40分钟）｜游戏闯关版 一、教材分析 本课是第二单元《智能家居细分析》的收口课，属综合设计实践。第1节解决了“怎么拆”，第2节解决了“系统怎么运转”，第3节解决了“计算机扮演什么角色”，本课把三课知识整合成一份完整设计方案，为下一单元的学习奠定“用系统眼光做设计”的方法基础。 教材以“设计智能灯光系统”为任务，要求完成三项成果：模块清单（拆分子系统与模块）、层次图（系统→子系统→模块的包含关系）、工作流程图（采集→传输→处理→存储→输出的数据走向），并用“节能、便捷、舒适”说明设计理由。核心难点在于两张图分工不同：层次图讲“谁属于谁”，流程图讲“数据怎么走”。 二、学情分析 学生已掌握拆分与组合、信息系统五要素与五步骤、计算机控制系统的工作链条，具备完成综合设计的知识储备；但一落笔就出两个典型问题：把层次图画成带箭头的流程图，两张图混成一张“四不像”；设计时眼里只有“灯怎么亮”，漏掉传感器、通信、供电等模块，方案残缺。 破局思路是把三项设计任务改造成三级闯关：每关只盯一张图、只守一条规则，用“图不对就退回重画”的关卡机制，逼学生在动手前先分清“这是族谱还是流水线”。 三、教学目标 信息意识：能说出智能灯光系统至少五个模块的名称与作用，意识到一个完整方案不能只有“灯”。计算思维：能运用“系统→子系统→模块”的层级绘制层次图，运用“采集→传输→处理→存储→输出”绘制工作流程图，并区分两张图的不同分工。数字化学习与创新：能合作完成一份含模块清单、层次图、流程图与设计理由的设计方案。信息社会责任：能从节能、便捷、舒适的角度说明设计理由，并在小组互评中听取意见、改进方案。 四、教学重难点 重点：完成模块清单、层次图、工作流程图三项设计成果，做到模块齐全、层级清楚、路径连续。难点：学生容易把层次图画成流程图（在层次图中画数据箭头），也容易在流程图中画到“灯亮”就停笔、忘了“人走后关灯”的闭环；需用“族谱与流水线”的比喻和“灯亮之后呢”的追问把两张图彻底分开。 五、课前准备 教师准备：智能灯光系统示意图；层次图样例与工作流程图样例各一张（对比悬挂）；闯关积分榜海报；关卡通行证贴纸；设计单（含两图画布）；故障卡（“漏掉供电模块”“流程图停在灯亮”）。学生准备：课前观察家里的走廊灯或床头灯，记录“它是怎么亮、怎么灭的”，想一想有没有“自动”的环节。 六、教学过程（40分钟） 环节一：情境导入——发布“智能灯光设计师”闯关令（约4分钟） ⚔️ 关卡目标：为欢欢家的走廊设计一套“人來灯亮、人走灯灭、白天不亮”的智能灯光系统，拿下三关。 教师讲述教材情境：欢欢发现走廊灯常常整夜亮着，浪费电，半夜上厕所还刺眼。他想设计一套聪明的灯——人来才亮，人走慢慢灭，白天再亮也不开。 学生七嘴八舌：装个感应器、手机能控制、天暗才亮…… 教师亮出闯关地图并板书课题：第一关·拆开看（模块清单一个不能少）、第二关·理层级（层次图画成“族谱”）、第三关·跑数据（流程图画成“流水线”）。宣布积分规则：每关基础1星，能回答“灵魂追问”再加1星，三关全过获得“智能灯光设计师”通行证。 （对照附件4的《通关条件卡》，学生先看清三关的通关标准。） 环节二：深度探究——第一关·拆开看，模块一个不能少（约10分钟） ⚔️ 关卡目标：把智能灯光系统拆成传感器、控制器、执行器、通信、供电五类模块，每类说清“它做什么”。 🔑 通关秘籍：一个剧组五类角色。 教师给出降维比喻，学生边听边对号入座： 传感器是剧组的眼睛耳朵（人体感应：人在不在；光线感应：亮不亮）；控制器是导演（判断“暗且有人”才喊开灯）；执行器是演员（灯亮、灯灭、调亮度）；通信是对讲机（手机远程控制、消息推送）；供电是剧组的电——没电，全组罢工。 🔑 显微级拆解（镜头级推演）：半夜欢欢起夜走近走廊——人体感应模块先“察觉到有人”（采集）→ 光线感应模块同时“摸了一下亮度”（采集）→ 两条信息一起送到控制器（传输）→ 控制器做判断：“暗且有人，满足条件”（处理）→ 控制器发出“开灯”指令（输出）→ 灯亮起，同时这次开灯被记了一笔（存储）→ 人走后一段时间内没有新信号，控制器再判断“没人了”，指令关灯。 ❓ 灵魂追问1：设计里只写“灯、开关、感应器”三样，行不行？ 💡 结论：不行。少了通信，手机控制不了；少了供电，整个系统没电开工。模块清单不是“想到几个写几个”，而是五类角色都要有人站岗。 ❓ 灵魂追问2：供电模块不“干活”，它也算一个模块吗？ 💡 结论：算。它不参与“判断”，但它是所有模块的“饭”。设计时漏掉供电，等于盖房子忘了打地基。 （对照附件3的《高频错误与纠错话术》，当学生漏写供电时当场纠正。）本关五类模块齐全得1星，答对任一追问再得1星。 环节三：应用迁移——第二关·理层级，画一张“族谱”（约8分钟） ⚔️ 关卡目标：画出智能灯光系统的层次图，做到“系统→子系统→模块”三层清楚。 🔑 通关秘籍：层次图就是“族谱”。 教师出示层次图样例并给出比喻：“族谱只回答谁是谁家的人——爷爷管爸爸，爸爸管儿子。层次图只回答谁属于谁——系统管子系统，子系统管模块。族谱上不画‘爸爸每天走哪条路上班’，层次图上也不画数据箭头。” 智能灯光系统（顶层）→ 传感子系统、控制子系统、执行子系统、通信子系统、供电子系统（第二层）→ 人体感应模块、光线感应模块、控制器模块、灯模块、WiFi模块、电源模块（第三层）。 ❓ 灵魂追问3：层次图里能不能画一个箭头，表示“传感器把信息传给控制器”？ 💡 结论：不能。那是“数据怎么走”，属于流程图的活。层次图画箭头，就像在族谱上画“爸爸上班路线”——画错了图种。 🔴 执行指令：各组在活动单上半部分画层次图。人员分工：主操口述各层内容；记录员落笔；“图种检查员”专查“有没有人偷偷画了数据箭头”。容错检查动作——遮层测试：画完后用手遮住第三层，问“第二层还能不能独立说清系统由几大块组成”；再遮住第二层，问“第一层是不是只剩一个光杆系统”。两层都经得起遮，层级才算立住。 （对照附件1的《设计方案活动单》完成层次图，对照附件2的《闯关评价量规》组内自评。） 环节四：动手实践——第三关·跑数据，画一条“流水线”（约10分钟） ⚔️ 关卡目标：完成教材“设计方案”任务，画出工作流程图并写出设计理由。 🔴 执行指令1（跑数据）：在活动单下半部分画工作流程图，方框写步骤，箭头连起来，从“采集”一路连到“输出”。“路径检查员”专盯箭头是否连续、有没有断在半路。 🔴 执行指令2（闭环追问）：教师出示故障卡“流程图停在‘灯亮’”。 ❓ 追问：灯亮完就结束了吗？人走了灯怎么办？白天灯还亮不亮？ 💡 结论：流程图必须有闭环——人离开后，传感器一段时间没读到人，控制器再判断“可以关灯”，灯才灭。画到“灯亮”就停，等于故事只写了一半。 🔴 执行指令3（写理由）：从“节能、便捷、舒适”中选一条（或都写），写一句设计理由。容错检查动作——反例测试：把理由读给同桌听，同桌反问“这句话换成任何一盏灯都成立吗？”如果成立，说明理由太笼统，必须改到“只属于这套设计”。 工作流程步骤 智能灯光系统做什么 归入五步骤 采集 光线传感器测亮度，人体传感器测有没有人 数据采集 传输 信息经WiFi或内部线路传给控制器 数据传输 处理 控制器判断：暗且有人，就开灯 数据处理 存储 记录开关时间 数据存储 输出 灯亮起；必要时推送消息到手机 数据输出 闭环 人离开→再判断→关灯 回到采集，循环 积分排行榜（现场张贴，集星上榜） 小组 第一关·拆开看 第二关·理层级 第三关·跑数据 合计星数 上榜名次 第1组 第2组 第3组 第4组 （对照附件4的《层次图与流程图速查卡》，组内核对两张图是否各归其位。） 环节五：总结与随堂练习（约8分钟） 教师指板书收束三关：“拆得全，方案才立得住；分得清，两张图才不打架；走得通，数据才有闭环。”随后当堂完成8题并核对，重点统计“层次图画箭头”与“流程图无闭环”两类错误的残留人数。 题号 题目 答案 解析 判断1 层次图用来表示系统由哪些部分组成、谁属于谁。 √ 层次图是“族谱”，讲包含关系。 判断2 工作流程图中可以用箭头表示“谁属于谁”。 × 箭头表示数据走向，包含关系归层次图。 判断3 智能灯光系统只需要传感器、控制器、灯三个模块。 × 还缺通信与供电，五类角色要齐全。 判断4 流程图从“采集”画到“灯亮”就算完整。 × 还需闭环：人走后判断关灯，否则灯常亮。 选择1 下列属于“执行器”的是（ ）A.人体感应模块 B.控制器 C.灯 D.电源 C A传感器、B控制器、D供电。 选择2 “控制器判断暗且有人就开灯”属于（ ）A.采集 B.传输 C.处理 D.输出 C 判断是处理环节。 选择3 层次图的正确层级顺序是（ ）A.模块→子系统→系统 B.系统→子系统→模块 C.子系统→系统→模块 D.系统→模块→子系统 B 上层管下层，逐层展开。 选择4 设计理由写“这样设计很好”，问题在于（ ）A.字数太少 B.没说出节能/便捷/舒适中的哪一条 C.没用成语 D.没提价格 B 理由要具体到设计目标，不能空泛。 七、板书设计 智能灯光系统的设计（游戏闯关版） ────────────────────────────────────── 【闯关地图】拆开看 → 理层级 → 跑数据 ────────────────────────────────────── 第一关 拆开看（剧组五类角色） 传感器=眼睛耳朵 控制器=导演 执行器=演员 通信=对讲机 供电=剧组的电 ⚠ 五类角色，一个不能少 ────────────────────────────────────── 第二关 理层级（族谱） 系统 → 子系统 → 模块 ⚠ 只写“谁属于谁”，不画数据箭头 ────────────────────────────────────── 第三关 跑数据（流水线） 采集 → 传输 → 处理 → 存储 → 输出 → 回到采集（闭环） ⚠ 停在“灯亮”不算完，人走灯灭才闭环 ────────────────────────────────────── 设计目标：节能 · 便捷 · 舒适 八、作业设计 基础（必做）：任选一件家里的智能家电，画出模块清单和层次图。检查方式：下节课请2—3名同学展示，全班按“模块全不全、层级对不对、有没有混入箭头”核对。提高（选做）：智能灯光系统如果少了“光线感应”模块，会出现什么问题？写出两条具体后果。检查方式：下节课举手交流，教师核对“后果是否对应到具体场景”。挑战（选做）：给自己的智能灯光系统加一个新功能（如音乐响起灯随节奏变色），画出它的工作流程图，必须包含闭环。检查方式：对完成同学用附件2量规现场评“流程图闭环”星。 九、教学反思 游戏闯关流最大的坑是“星抢到了，图还是画错”。本课把三关的积分点分别压在“模块齐全”“不画错箭头”“闭环成立”上，就是为了防止学生用热闹的口号换星星。真实课堂中，第二关的“族谱与流水线”之辨最容易反复：学生嘴上说“层次图不画箭头”，落笔时还是忍不住加一条“传感器→控制器”。这说明“知道”和“做到”之间隔着一次动手的失败，因此“图种检查员”和“遮层测试”必须真的执行，不能走过场。第三个误区在流程图的闭环：学生画到“灯亮”就有完成感，追问“人走了呢”才如梦初醒；改进方向是给每组发一张“灯亮之后”的续画卡，强制要求把闭环补完才能交卷。此外，设计理由容易写成万能句，需用“换成任何一盏灯都成立吗”的反例测试逼学生写出“只属于这套设计”的理由。 附件1：设计方案活动单（环节三、环节四使用） 项目 内容（示例） 本组设计 模块清单：传感器 人体感应模块、光线感应模块 模块清单：控制器 控制器模块（判断暗且有人） 模块清单：执行器 灯模块（亮/灭/调亮度） 模块清单：通信 WiFi模块（手机控制、消息推送） 模块清单：供电 电源模块 层次图绘制区 系统→五个子系统→各模块（只写名称，不画箭头） 工作流程图绘制区 采集→传输→处理→存储→输出→闭环回采集 设计理由（节能/便捷/舒适） 节能：白天光线足时即使有人也不开灯 小组改进建议 加一个手动开关更保险 附件2：闯关评价量规（环节四、作业使用） 评价维度 ⭐⭐⭐ 优秀 ⭐⭐ 良好 ⭐ 待改进 模块齐全 五类模块齐全，各说清作用 基本齐全，个别模块作用笼统 漏掉通信或供电 层次图规范 三层清楚，只写包含关系，无数据箭头 层级基本正确，偶有混层 画成带箭头的流程图 流程图闭环 从采集连到输出并闭环回采集 路径基本连续，闭环不完整 停在“灯亮”，无闭环 理由实在 理由具体到本设计，能通过反例测试 理由基本对应目标，略笼统 万能句，换任何灯都成立 附件3：高频错误与纠错话术（教师随堂使用） 错误一：层次图画成流程图。 学生在层次图里画箭头写“传感器→控制器”。教师话术：“停一下——这张图是族谱还是流水线？族谱只回答‘谁是谁家的人’，不画‘谁给谁送信’。送信的箭头请挪到流程图那张纸上。” 错误二：漏掉供电模块。 模块清单只写了传感器、控制器、灯。教师话术：“灯要亮、传感器要工作，电从哪来？少了供电，整个剧组没盒饭，谁也开不了工。把供电模块补进清单。” 错误三：流程图没有闭环。 画到“灯亮”就停笔。教师话术：“灯亮完故事就结束了吗？人走了灯怎么办？白天灯还亮不亮？把‘人离开→再判断→关灯’接回去，流程图才转得起来。” 附件4：通关条件卡与两张图速查卡（环节一、环节四使用，可裁剪） 关卡 通关条件 基础星 加星追问 拆开看 五类模块齐全，各说清作用 1星 供电不“干活”，算模块吗？ 理层级 三层清楚，无数据箭头 1星 层次图能画“传感器→控制器”吗？ 跑数据 路径连续并有闭环 1星 灯亮之后呢？ 图种 它回答什么问题 能画什么 不能画什么 一句话辨认 层次图 谁属于谁 方框、层级连线 数据箭头 族谱 工作流程图 数据怎么走 步骤方框、走向箭头 包含关系 流水线 附件5：分层作业清单 层级 作业内容 完成要求 检查方式 基础（必做） 画一件家用智能家电的模块清单与层次图 模块齐全、层级正确、无箭头混入 下节课展示，全班核对 提高（选做） 分析少了“光线感应”模块的两条后果 后果具体到场景 下节课交流，教师核对 挑战（选做） 为新功能画含闭环的工作流程图 路径连续、闭环成立 教师用量规评“流程图闭环”星 1 学科网（北京）股份有限公司 $