小学信息技术开关量的与运算教学设计

这是一份小学信息技术开关量的与运算教学设计，共9页。教案主要包含了教师引导，设计意图等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
小学信息科技
年级
六年级
学期
秋季
课题
开关量的与运算
教科书
书 名：义务教育教科书信息科技
出版社：浙江教育出版社 出版日期：2023年7月
教学目标
通过分析生活场景中不同的控制系统，了解控制系统中的逻辑运算，渗透利用信息科技观察、解释生活的意识
通过“智能喷灌系统”的项目探究实践，认识开关量的“与运算”及其运算规则，发展抽象、建模的计算思维和基于学科实践的科学态度。
教学内容
教学重点：
了解控制系统中的逻辑运算，理解“与运算”及其运算规则
教学难点：
理解“与运算”的运算规则
教学过程
（一）回顾
在教师引导下回顾上一课关于开关量生成的知识，根据提供的文字进行填空并完整地说一说。
【教师引导】
教师结合ppt课件，引导学生简单回顾上一课关于“连续量经由阈值判断形成开关量”的知识。
图8-1 回顾开关量的生成
【设计意图】通过回顾前课，复习巩固连续量和开关量，强调开关量的生成是连续量经由阈值判定的分支判断结果，在渗透算法思维的同时，为开关量逻辑运算的学习提供铺垫。
（二）探索
1. 思考：对植物是否进行喷灌的影响条件
学生会比较容易想到土壤比较干燥（课件出示：土壤比较干燥）
2. 观看“科学浇灌小贴士”，并思考：是否进行喷灌还需要考虑什么其他条件？（光照条件：植物在光照强烈时间会闭合气孔以减小蒸腾作用，若此时浇水反而会加速植物失水）
学生回答：光照强度适宜（课件出示：光照强度适宜）
【教师引导】
结合“校园智能大棚”项目主线（课件出示），简单回顾之前已经完成的“智能温控系统”和“智能光照系统”，引入本课探究主题：智能喷灌系统。
图8-2 校园智能农场项目示意图
提问：什么时候该启动喷灌，需要考虑哪些条件？
2. 问题进阶
“从科学角度看，是否启动喷灌不能仅仅考虑土壤湿度问题”，引发悬念，聚焦问题进阶，引导学生阅读“科学浇灌小贴士”（课件出示）。
【设计意图】
围绕“校园智能大棚”主项目展开，引入智能灌溉系统，强调智能校园农场的项目学习的连续性和一贯性。同时，引导学生思考对植物进行喷灌需要考虑哪些条件，结合植物相关科学知识，引入第二个条件：光照强度，为后续的逻辑运算打下伏笔。
建构
活动一：概念建构，从条件抽象到与运算
1. 条件的进一步抽象
条件1进一步抽象成：土壤湿度小于阈值
条件2进一步抽象成：光照强度小于阈值
尝试用关联词叙述“启动喷灌”的条件。（“既……又……”）
提示：学生可能会用“不但……而且……”关联词来表示，首先肯定学生的回答，同时说明“不但……而且……”是递进关系，而“既……有……”是并列关系，在这里用并列关系更恰当。
【教师引导】
1. “土壤怎样算比较干燥？光照强度怎样算比较适宜”引导学生结合“阈值”对条件进一步抽象
2. “什么时候启动喷灌，你能用合适的关联词连接这两个条件来描述吗？”引导学生利用语文中的关联词对条件因素进行结构化叙述。
引出逻辑与运算：“在控制系统中，像这样，需要两个条件同时成立，才执行相应操作的逻辑运算叫做：与运算。”（板书：与运算）
活动二；触摸原理，与运算下的系统控制
完成学习单第一部分“我会分析”：补充系统框图
（回答参考：土壤湿度小于阈值、光线强度小于阈值，提示学生表述条件要规范）
同桌讨论，分析条件中的数据
（回答参考：土壤的湿度是连续量，湿度是否小于阈值是开关量；光照强度是连续量，光照强度是否小于阈值是开关量）
思考并回答：开关量1和开关量2通过“与”运算的结果，是连续量还是开关量？并说明理由。
（如果学生说不出理由，则由教师结合“运算结果决定是否开启喷灌”作为提示。）
4. 在学习单中的提示下尝试结合系统框图描述控制运行机制，如下：
自动喷灌系统中：
通过湿度传感器获得（ 土壤湿度 ），与设定的（ 湿度阈值 ）比较，形成开关量1;
通过光线传感器获得（ 光照强度 ），与设定的（ 光照阈值 ）比较，形成开关量2；
开关量1和开关量2经（ 与 ）运算生成一个新的开关量，若结果为（ 真 ），则启动喷灌。
【教师引导】
课件出示与运算下的系统控制示意图，如下：
图8-3 “智能喷灌系统”控制示意图
提问：你能将条件补充完整吗？
提问：“条件1‘土壤湿度小于阈值’，涉及到哪些数据？他们是开关量还是连续量？那么条件2‘光线强度小于阈值’呢？”引导学生讨论，通过分析条件来探究背后的数据。
提问：“‘土壤是否干燥’的‘开关量1’和‘温度是否适宜’的‘开关量2’通过‘与’运算的结果，是连续量还是开关量？为什么？” 引导学生思考：开关量经逻辑运算后的结果也是开关量。
引导学生结合系统框图和学单提示，完成学单填空，并完整地说说整个系统运行流程。从系统的整体观和数据流向的角度分析与运算下的控制运行机制。
小结：开关量可以通过连续量经由阈值判定产生，也可以通过开关量的逻辑运算产生。引导学生理解开关量的两种不同生成方式。
【设计意图】从条件抽象到数据量的抽象，从自然语言描述到利用系统框图描述，搭建支架降低学生理解难度。通过找系统中的开关量，引导学生发现新知：两个开关量通过逻辑运算也可以生成新的开关量，让学生明确开关量的两种不同生成方式。
活动三：学科实践，探“与运算”的运算规则
1. 在教师的指导下组建4人合作小组，明确职责（组长、操作员、观察员、记录员），并将分工填写在实验探究单上
2. 小组合作利用实践资源包搭建智能喷灌系统的硬件装置
3. 尝试读懂智能喷灌系统的主要程序代码，重点理解“与运算”的实现算法
（不要求学生掌握程序代码的语法，达到知晓这条语句的功能即可）
4. 利用教师提供的程序进行验证
第一阶段：保持适宜环境光线，通过改变湿度，观察实验结果，完成实验记录1和2
第二阶段：保持适宜土壤湿度，通过改变光线，观察实验结果，完成实验记录3和4
第三阶段：观察开关量1和开关量2通过与运算生成开关量3的关系，填写实验结论，讨论总结规律。
实验
记录
条件1
（土壤湿度是否小于阈值）
条件2
（光线强度是否小于阈值）
运算结果
（是否启动喷灌）
是否满足
开关量1
(真或假）
是否满足
开关量2
(真或假）
开关量3
(真或假）
执行结果
（是/否）
1
2
3
4
我发现：逻辑与运算中，只有条件1为________(真/假),且条件2为______(真/假)时，运算结果才为 真 。
【教师引导】
“与运算的运算规则是怎样的呢？”
通过学科实践探究“与运算”的运算规则，指导学生组建合作小组并进行分工
指导搭建“智能喷灌系统”的硬件
从实践资源包中准备信息科技实验板、USB Type-C数据线、雾化驱动、雾化器和连接线，并演示接线过程。

图8-4 “智能喷灌系统”硬件搭建 图8-5 “智能喷灌系统”“与运算”实现代码
发送演示程序文件并引导学生借助注释阅读并理解相应程序代码。
（提示：在Pythn中，“与”运算用“and”进行连接）
4. 指导学生进行分阶段实验并记录结果：操作员操作实验板改变环境光线或环境湿度，观察员负责观察实验数据和实验现象，记录员负责记录实验数据，组长引领探究并汇报总结。
5. 组织各小组实验记录和实验结论的交流，并总结“与运算”的运算规则。
（课件出示：与运算的运算规则是：当两个条件同时满足时，结果为真，否则为假）
【设计意图】采用“实验教学法”，通过合理的实验设计和运用,有效提高学生的探究精神和动手能力，通过明确实验目的、设计实验步骤、利用控制变量法分阶段进行实验并记录现象和结果，让学科实践和原理探究深度融合，深刻体会“与运算”的运算规则。
活动四：拓展“与”运算，体验“或”和“非”运算
1.思考：针对三个条件：湿度是否低于阈值、光线是否小于阈值、水管中是否有水，讨论三者是什么关系？是否满足与运算的运算规则？
汇报结论：“当三个或多个条件参与‘与运算’，若条件都满足，则结果为真，否则为假。”从两个条件的与运算规则，推广到到多个条件的与运算规则。
2. 观看课件，思考并讨论：路灯亮起的条件是什么？两个条件都要满足，还是只要满足其中之一就可以？体验“或运算”
3. 观看课件，思考并讨论：消毒灯亮起的条件是什么？如何表示没有人？体验“非运算”
【教师引导】
提出拓展问题：“当两个条件参与的‘与运算’是这样的规则，那么多个条件下，是否也遵循这样的规则呢？”
引入第三个条件：“水管中是否有水”，引发学生思考。
（课件出示三个条件下的系统逻辑框图）
提出问题：“生活中除了逻辑与运算之外，还有其他的逻辑运算吗？”
（1）体验逻辑或运算：
课件出示场景：路灯的控制（第一个条件：当时间到达18时，路灯亮起；第二个条件：时间未到18时，但是阴雨天气，光线变暗，路灯亮起。）
提出问题：路灯亮起的条件是什么？两个条件都要满足，还是只要满足其中之一就可以？
小结：像这样，只要满足其中之一就执行相应操作的逻辑运算，称为或运算（板书“或运算”）
（2）体验逻辑非运算：
课件出示场景：紫外消毒灯在有人的情况下关闭，在无人的情况下，打开。
提出问题：消毒灯亮起的条件是什么？如何表示没有人？
小结：像这样，条件不满足反而执行相应操作的逻辑运算，称为非运算 （板书“非运算”）
【设计意图】本活动通过拓展迁移，从两个条件的“与运算”规则，迁移到多个条件的“与运算”规则，体现思维的连续性和深入性。接着，再从“与运算”出发，通过生活场景感知迁移到“或运算”和“非运算”的体验，并用自然语言进行简单描述，为下节课的深入学习打下基础，体现知识体系教学的连贯性。
运用
1.在教师引导下探究任务：升降柱自动控制系统
（1）观看课件，明确任务内容，抽象出条件
（是否周一到周五、是否是上午7:50——8:10）
思考控制规则背后的逻辑运算
（同时满足”周一到周五”、“上午7:50——8:10”）
（3）结合完成学习单任务“学校升降柱自动控制系统”
①尝试用表格梳理控制规则
②尝试用自然语言和流程图描述规则

【教师引导】
1. 提出任务：学校升降柱自动控制系统
（1）播放升降柱的相关课件，了解升降柱的作用及工作原理。
（2）提出控制规则：周一到周五期间，每天上午7:50——8:10，升降柱自动升起，否则不启动。
（3）引导学生分别用自然语言和表格表述升降柱自动控制系统的控制机制
【设计意图】
通过引入“学校升降柱自动控制系统”拓展项目探究，引导学生从身边的案例发现问题、分析问题，并最终提出解决方案，渗透利用信息科技优化生活、改变生活的意识。同时进一步巩固逻辑“与运算”。
此环节对应课后练习，若课堂教学时间紧，可作为课后作业的形式进行巩固提升。
（五）小结
1. 回顾本课，交流学习收获
2. 登录“浙江省信息科技学习平台”，完成测评
【教师引导】
提问：这节课你有哪些收获？
通过“浙江省信息科技学习平台”了解学生在本节课学习的掌握情况及过程表现，为后续教学的跟进作参考（见附录2）。
回归项目，展望下文
“这节课我们为校园智能农场增加了智能喷灌功能，使得校园农场的功能更加丰富，更加智能。同时我们也认识了逻辑“与、或、非”运算，重点研究了“与运算”及其运算规则，那么“或运算”和“非运算”的具体运算规则是怎么样的呢？我们将在下节课进行研究。”
【设计意图】通过“浙江省信息科技学习平台”，学生完成本节课的学习评价。借助后台数据分析，了解学生对本课知识点的掌握情况，同时通过评价了解学生在素养层面的养成情况，为后续的教学提供参考。