湘科版（2024）六上_3单元_活动3 节能风扇与反馈闭环控制 教学设计.docxVIP

ADDINCNKISM.UserStyle课例名称

节能路灯与逻辑运算控制

年级

六年级

章节

节约能源管理员

课时安排

1节

执教教师

学校

一、教学内容分析

本单元以节约能源管理员为主题，引导学生观察分析生活中的电灯、风扇等电器设备的运作，了解光线、声音和温度传感器的基本原理，并通过实例逐步分析，了解各控制环节的基本操作，理解条件控制和逻辑运算在控制中的应用，并利用所学内容体验编程实现反馈闭环控制，实现通过技术手段自动化控制设备，本单元内容涉及原理较多，编程难度较大，需逐步分析解读，层层递进，助力学生真正掌握本单元内容。

二、教学对象分析

六年级学生在生活观察、原理分析方面的能力已经逐渐增强，他们渴望动手通过所学内容真正应用到生活中，但又缺乏明确的目标，本单元以生活中的随手可见的风扇、电灯实例，带领学生分析其中的传感器原理和逻辑运算在控制中的应用，学生兴趣浓厚；同时本单元在实践过程中让学生大胆尝试，学生之间既分工合作，利用编程去实现相应的功能，进一步加深了对信息科技的兴趣。

三、教学目标

1.了解温度传感器的基本原理和功能（信息意识）

2.初步理解反馈闭环控制的基本原理（计算思维）

四、教学重点与难点

教学重点：1.了解温度传感器的基本原理和功能

教学难点：1.初步理解反馈闭环控制的基本原理

五、教学环境（软、硬件）

教学一体机、教学一体机、实验硬件（主控板、温度传感器、风扇等）、编程软件

六、教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

情境导入

师：经过两节课的学习，同学们对传感器已经有了比较深入的了解，发现了传感器在我们生活中无处不在，极大地便利了我们的生活，炎炎夏日，教室中有我们离不开的电器设备，大家说是什么呀?

师:是的，这确实是我们夏日的好伙伴，当气温过高时，可以增加电风扇的转速或提高空调的制冷能力，当温度降下来后，可以降低电风扇的转速或调低空调的制冷能力，保持室温在相对稳定的范围内，实现节约能源的目的。那么，如何实现这种自动控制的过程呢？

师：这节课我们一起来认识下温度传感器

思考风扇与空调的自动控制如何实现

回顾传感器在我们生活中的应用，引导学生思考哪个传感器与今天的内容相关。

任务一、了解温度传感器

1.温度传感器的简单原理

师：根据前面两节课对其他传感器的了解，你可以尝试说一说温度传感器的原理吗

是的，它就如同我们的皮肤一般能够感知温度的变化，并且还能将将其转换为电信号显示成为精确的数值，让我们得知。

2.温度传感器的应用

温度传感器在生活中应用广泛。

观看视频《温度传感器的应用》

3.认识I/O扩展板

但温度传感器和我们之前学习的传感器不一样，由于主控板一般没有集成温度传感器，所以需要借助I/O扩展板连接温度传感器模块。I/O扩展板能将主控板的输入、输出接口引出，方便主控板连接更多传感器、电机等外部设备，扩展控制功能。

我们一起来看个视频加深下了解。

思考温度传感器的原理？

了解温度传感器在生活中的应用。

认识I/O拓展版与温度传感器模块

认识I/O拓展板与温度传感器模块，并了解其原理

4.熟悉温度传感器的使用

师：看完视频同学们已经基本了解了拓展板和温度传感器的使用，下面尝试动手一下吧

（1）将主控板与拓展版和温度传感器相连接

（2）在编程软件中，添加扩展板和传感器模块，编写程序。

（3）完成表格数据填写，记录环境温度数据

利用计算机编程获取环境温度数据并在表格上做好记录

通过动手让学生加深对于拓展版及端口的理解，利用编程实现温度传感器的功能

任务二、设计制作节能型电风扇模型

1.反馈闭环控制

师：教室里的风扇一直开启不能有效节约能源，怎样设计节能风扇呢？

小结：当气温高于阈值时，可提高扇叶的转速，实现降温效果；

当气温降低到阈值时，可降低扇叶的转速，实现节能。

师：生活中还有哪些反馈闭环控制系统呢？

2.分析节能型电风扇的控制环节

师：现在我们已经通过温度传感器能够获取身边的温度，首先请同学们对节能型电风扇控制环节先进行分析。

（1）填写完成表格控制过程三个环节的事件与硬件装置

（2）理解反馈的闭环控制，输入与输出之间建立了反馈，构成一个闭环系统。

思考并回答问题，认识带反馈的闭环控制系统。

了解生活中的反馈闭环系统。

思考节能型电风扇的控制环节

对节能型电风扇控制过程分析，从而对反馈的概念建立初步理解。

通过发现生活中的其他反馈闭环系统，进一步加深对反馈的理解。

3.制作节能型电风扇模型，体验带反馈的闭环控制

师：接下来请同学们根据实验设计要求与分析得出的条件判断阈值，进行编程设计，小组合作设计节能电风扇模型。

（1）将主控板插入I/O扩展板，通过连接线将温度传感器模块和直流风扇

（2）分析节能型电风扇运行的流程图

（3）在编程软件中，添加扩展板和传感器模块，编