《閉環控制助穩定》教案-2024-2025學年人教版（2024）小學信息科技六年級（全一冊）核心素養目標信息意識學生能夠主動察覺生活與生產中閉環控制系統的廣泛存在，例如恒溫空調、自動駕駛汽車的巡航系統等，理解閉環控制在維持系統穩定運行、提升控制精度方面的重要作用，形成對閉環控制技術的敏銳感知。在面對各類復雜系統或設備時，能迅速聯想到閉環控制的概念，主動思考其是否采用閉環控制方式，以及閉環控制如何保障系統穩定，增強對閉環控制與實際應用關聯的信息敏感度。計算思維學會運用抽象的方法，將實際生活中的閉環控制現象轉化為包含反饋環節的控制模型，準確識別模型中輸入、處理、輸出以及反饋各環節之間的邏輯關系，培養從具體問題抽象出計算模型的能力。通過分析不同閉環控制案例，歸納總結閉環控制的運行規律和特點，能夠根據給定的問題情境，合理設計簡單的閉環控制方案，提升邏輯分析和問題解決能力。熟練掌握用流程圖、方框圖等工具描述閉環控制過程的方法，清晰呈現控制流程中反饋機制的工作原理，為后續學習更復雜的控制系統設計和編程實現奠定基礎。數字化學習與創新引導學生積極利用網絡課程、虛擬仿真實驗平臺等數字化資源，自主探索閉環控制的相關知識、前沿應用案例和技術原理，拓寬學習視野，提高自主獲取信息和學習的能力。在小組合作探究活動中，鼓勵學生大膽提出創新的閉環控制應用設想，嘗試對現有閉環控制系統進行優化改進，培養創新思維和團隊協作能力，提升數字化環境下的實踐創新水平。信息社會責任讓學生了解閉環控制技術在推動社會發展、保障生產生活安全、提高產品質量等方面的重要貢獻，同時認識到其可能存在的風險和挑戰，如系統故障導致的失控問題，樹立全面客觀看待信息技術的態度。培養學生在參與閉環控制系統設計或分析過程中的責任意識，引導學生思考如何在保障功能實現的同時，充分考慮系統對環境、社會和人的影響，確保設計和應用符合倫理道德和安全規范。教學重難點教學重點深入理解閉環控制的概念，準確把握閉環控制系統通過反饋環節將輸出量返回到輸入端，與輸入量進行比較并調整控制過程的本質特征，能夠清晰區分閉環控制與開環控制的差異。熟練掌握閉環控制在實際生活中的多種典型應用案例，如冰箱的溫度控制系統、電梯的樓層定位系統等，分析每個案例中閉環控制的具體實現方式和工作原理。學會運用流程圖、文字描述等方式，規范地表達閉環控制的過程和邏輯，能夠根據給定的任務要求，設計簡單可行的閉環控制方案。教學難點理解閉環控制在復雜系統中的應用邏輯，能夠分析工業自動化生產線、航空航天控制系統等復雜場景中閉環控制部分的工作原理和運行機制，以及多個閉環控制子系統之間的協同關系。培養學生根據實際需求和應用場景，靈活設計閉環控制方案的能力，在設計過程中綜合考慮控制精度、響應速度、穩定性等多種因素，平衡方案的可行性和性能指標。教學過程課程導入1.展示情境圖與視頻：教師通過多媒體展示教材中關于恒溫空調、自動飲水機、智能溫室等場景的情境圖，并播放一段恒溫箱調節溫度的視頻。引導學生仔細觀察畫面和視頻內容，提問：“同學們，在視頻中恒溫箱的溫度是如何保持穩定的？這些設備和我們之前學過的開環控制設備在工作方式上可能有什么不同呢？”設計意圖：從學生熟悉的生活場景和動態視頻入手，借助教材情境圖，激發學生的好奇心和探究欲望，引導學生主動觀察和思考設備運行背后的控制原理，通過與開環控制對比的提問，為引出閉環控制概念做鋪墊。1.小組討論與分享：組織學生進行小組討論，分享自己對這些設備工作方式的猜測和想法，每個小組推選一名代表進行發言。教師認真傾聽學生的發言，對學生的想法給予肯定和鼓勵，同時適時引導，引出本節課的主題——閉環控制。設計意圖：通過小組討論和發言，調動學生的積極性和主動性，讓學生充分參與到課堂中來，培養學生的團隊協作能力和語言表達能力，同時了解學生對閉環控制的已有認知水平，便于后續針對性教學。知識講解1.閉環控制概念講解定義闡述：教師結合教材內容，詳細講解閉環控制的定義：閉環控制系統是指系統的輸出量通過反饋環節返回到輸入端，與輸入量進行比較，根據比較結果對控制過程進行調整，從而使輸出量保持在預期范圍內的系統。為了讓學生更好理解，教師舉例：“就像我們騎自行車時，眼睛不斷觀察前方道路（相當于反饋），根據道路情況調整車把方向和蹬車力度（調整控制過程），以保持自行車平穩前行，這就是一個簡單的閉環控制過程。”要素分析：通過繪制簡單的閉環控制系統示意圖（如下），向學生介紹閉環控制系統的基本要素，包括輸入、控制器、執行器、輸出和反饋環節。結合示意圖，詳細講解每個要素的作用和工作過程，如輸入是系統期望達到的目標值，控制器根據輸入與反饋的偏差進行決策，執行器根據控制器的指令執行動作，輸出是系統的實際結果，反饋環節將輸出信號采集并返回輸入端。互動提問：講解完后，教師提問：“同學們，現在大家理解閉環控制的概念了嗎？那誰能結合我們生活中的例子，說一說在這個例子中，閉環控制系統的各個要素分別是什么呢？”鼓勵學生積極思考并回答，對學生的回答進行點評和補充，加深學生對概念的理解。設計意圖：通過清晰的定義闡述、生動的比喻、直觀的示意圖以及互動提問，讓學生逐步理解閉環控制的概念和基本要素，將抽象的概念具體化，降低學生的理解難度，同時培養學生的知識遷移能力和邏輯思維能力。1.閉環控制特點分析對比分析：教師將閉環控制與開環控制進行對比，從是否有反饋環節、控制精度、系統復雜性、成本、穩定性等方面進行詳細分析。通過表格形式（如下）展示兩者的差異，便于學生直觀對比和記憶。案例說明：結合教材中的案例，如冰箱的溫度控制系統，解釋閉環控制的特點。冰箱內的溫度傳感器（反饋環節）實時檢測溫度（輸出），并將信號反饋給控制器，控制器將反饋的溫度與設定溫度（輸入）進行比較，當實際溫度高于設定溫度時，控制器控制壓縮機（執行器）啟動制冷，直到溫度達到設定范圍，這種方式能使冰箱溫度保持穩定，控制精度較高，但系統結構相對復雜，成本也較高。小組討論：組織學生進行小組討論，讓學生思考在生活中還有哪些場景適合采用閉環控制，哪些場景不適合，并說明原因。每個小組討論結束后，推選一名代表進行發言，教師對各小組的發言進行總結和點評，進一步強化學生對閉環控制特點的理解。設計意圖：通過對比分析、案例說明和小組討論，讓學生深入理解閉環控制的特點，能夠根據不同的應用場景判斷是否適合采用閉環控制，培養學生的分析比較能力和實際應用能力。1.教材案例深入解讀恒溫空調案例：教師再次以教材中的恒溫空調為例，詳細解讀其閉環控制過程。展示恒溫空調的工作流程圖（如下），引導學生分析在不同階段，設定溫度（輸入）如何與室內實際溫度（通過溫度傳感器反饋）進行比較，控制器如何根據比較結果控制壓縮機、風扇等執行器工作，最終實現室內溫度的穩定調節。電梯樓層定位案例：講解教材中電梯的樓層定位系統案例，通過展示電梯控制系統的邏輯圖，分析其閉環控制原理。電梯的目標樓層（輸入）與當前樓層（通過樓層傳感器反饋）進行比較，控制器根據比較結果控制電機（執行器）驅動電梯上升或下降，當電梯到達目標樓層時停止運行，實現精準定位。互動探究：在解讀案例過程中，教師不斷提問，如“如果恒溫空調的溫度傳感器出現故障，會對系統產生什么影響？”“電梯在運行過程中，若反饋環節失效，可能會出現什么情況？”引導學生深入思考案例中的細節和潛在問題，組織學生進行討論和交流，分享自己的想法。設計意圖：對教材案例進行深入解讀，結合流程圖、邏輯圖等工具，讓學生清晰了解閉環控制在實際設備中的具體應用過程。通過互動探究，培養學生的問題意識和探究能力，提高學生分析實際問題的能力。課堂練習1.基礎概念練習：教師通過多媒體展示一些判斷題和選擇題，如“閉環控制系統一定有反饋環節，這種說法是否正確？”“以下屬于閉環控制的是（）A.普通電風扇B.自動感應門C.汽車的定速巡航系統”等，讓學生在練習本上作答。作答結束后，隨機抽取學生回答問題，教師進行點評和講解，強化學生對閉環控制概念和特點的理解。設計意圖：通過基礎概念練習，及時鞏固學生對閉環控制概念、特點等基礎知識的掌握，發現學生存在的理解誤區并及時糾正，確保學生準確把握核心知識點。2.案例分析練習：給出一些新的閉環控制案例，如無人車的速度控制系統、智能手環的心率監測與提醒系統等，讓學生分析這些案例中閉環控制系統的輸入、控制器、執行器、輸出和反饋環節分別是什么，繪制簡單的控制流程圖，并說明該系統采用閉環控制的優點和可能存在的不足。學生先獨立完成分析，然后小組內進行交流討論，互相補充和完善答案。每個小組推選一名代表進行發言，教師對各小組的分析進行評價和總結。設計意圖：案例分析練習讓學生將所學知識應用到實際案例中，培養學生分析實際問題的能力和繪制控制流程圖的技能，通過小組交流討論，提高學生的團隊協作能力和語言表達能力。3.方案設計練習：提出一些實際任務，如“為學校的花園設計一個自動灌溉的閉環控制系統，要求根據土壤濕度、天氣情況等因素自動調節灌溉水量”，讓學生分組進行方案設計。各小組在設計過程中，要明確系統的輸入、控制器、執行器、輸出和反饋環節，繪制詳細的控制流程圖，并撰寫設計說明。教師在各小組之間巡視，觀察學生的設計過程，適時給予指導和建議。設計完成后，各小組進行成果展示，其他小組進行提問和評價，教師進行總結和點評，評選出優秀的設計方案。設計意圖：方案設計練習進一步提升學生運用閉環控制知識解決實際問題的能力，培養學生的創新思維和實踐能力，通過成果展示和評價環節，促進學生之間的相互學習和交流，提高學生的綜合素養。小組合作探究活動活動主題：探究閉環控制在智能交通領域的創新應用。活動要求：小組合作，通過查閱資料、實地觀察等方式，了解當前智能交通領域中已有的閉環控制應用案例。結合所學知識，提出至少一種閉環控制在智能交通領域的創新應用設想，詳細說明該設想的工作原理、控制流程，以及可能帶來的優勢和潛在問題。以小組為單位，制作PPT或手抄報，展示探究成果，要求內容豐富、邏輯清晰、形式新穎。分組與實施：教師將學生分成小組，每組4-6人。各小組進行分工，如資料收集員、方案設計師、PPT制作員等。在探究過程中，教師鼓勵學生積極利用數字化資源進行學習和探索，引導學生大膽創新，充分發揮團隊協作精神。教師在各小組之間巡視，及時了解學生的探究進度，為學生提供必要的幫助和指導。成果展示與評價：各小組完成探究后，進行成果展示。每個小組派一名代表上臺展示PPT或手抄報，講解小組的探究成果。其他小組的同學認真傾聽，進行提問和評價，提出自己的意見和建議。教師對各小組的表現進行總結評價，從創新性、實用性、展示效果等方面進行打分，對表現優秀的小組給予表揚和獎勵，同時針對各小組存在的問題提出改進的方向。設計意圖：小組合作探究活動讓學生在實踐中深入了解閉環控制在智能交通領域的應用，培養學生的自主學習能力、創新能力和團隊協作能力。成果展示與評價環節為學生提供了展示自我的平臺，促進學生之間的交流和學習，提高學生的信息素養和綜合實踐能力。課堂總結1.知識梳理：教師引導學生回顧本節課所學的主要內容，通過提問的方式，讓學生回答閉環控制的概念、特點、基本要素，以及在實際生活中的典型應用案例。教師根據學生的回答進行補充和完善，繪制本節課的知識思維導圖（如下），幫助學生構建完整的知識體系。設計意圖：知識梳理幫助學生系統地回顧本節課的重點知識，通過思維導圖的形式，將零散的知識點串聯起來，加深學生對知識的理解和記憶，培養學生的歸納總結能力。2.總結提升：教師請幾位同學分享自己在本節課學習中的收獲和體會，包括對閉環控制知識的理解、小組合作過程中的感受、解決實際問題的經驗等。然后教師對學生的發言進行總結，強調閉環控制在信息技術和日常生活中的重要性，鼓勵學生在今后的學習和生活中繼續關注控制技術的發展，積極探索更多的應用場景和創新方式。設計意圖：通過學生分享收獲和體會，促進學生的反思和總結，培養學生的語言表達能力和自我認知能力。教師的總結提升則進一步激發學生對信息技術學習的興趣和熱情，引導學生樹立正確的學習態度和創新意識。課后作業讓學生在生活中繼續尋找更多閉環控制的應用實例，分析其工作原理，拍攝照片或繪制圖片，并配上文字說明，制作成一份閉環控制應用手冊，下節課進行分享和交流。思考如何將閉環控制與其他控制技術（如人工智能算法）結合，應用于解決某一實際問題（如智能垃圾分類系統），撰寫一篇簡短的創意方案。設計意圖：課后作業旨在讓學生進一步將所學知識與生活實際相結合，培養學生觀察生活、分析問題的能力，通過制作應用手冊和撰寫創意方案，提高學生的實踐能力和書面表達能力，同時引導學生深入思考閉環