資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
五級下冊信息技術教學設計
課題 第15課《恒溫箱實驗》 單元 三單元 學科 信息技術 年級 五年級
學習目標 【核心素養】信息意識：提高學生對信息技術在日常生活中應用的敏感性和認識，增強他們利用信息技術解決問題的意識，培養他們對信息技術發展趨勢的洞察力。計算思維：培養學生通過完成恒溫箱實驗，理解其背后的計算邏輯和處理過程。引導學生運用計算思維解決問題，提高他們的邏輯思維和抽象思維能力。通過比較不同計算機控制系統的特點和優勢，培養學生的批判性思維和決策能力。數字化學習與創新：鼓勵學生利用恒溫箱進行創新實踐，如設計簡單的自動化項目，培養他們的創新意識和實踐能力。培養學生運用數字化工具和資源進行學習和探索的能力，如使用網絡資源學習控制系統的相關知識。通過實際操作和項目實踐，讓學生體驗數字化創新的過程，激發他們的探索精神和創新思維。信息社會責任：遵守相關的法律法規和道德規范，如保護個人隱私和數據安全。培養學生的信息倫理意識，讓他們了解在信息社會中應承擔的責任，如合理使用技術資源，避免技術濫用。引導學生認識到信息技術的雙刃劍特性，培養他們負責任地使用恒溫箱的意識。【教學目標】知識與技能：了解恒溫箱系統的組成；2、設計恒溫箱控制算法。過程與方法：通過講解，引導學生了解了解恒溫箱系統的組成；通過小組合作，組織小組活動，讓學生設計恒溫箱控制算法。培養學生系統規劃和執行項目的能力，從問題的提出到解決方案的實施，都能夠有條不紊地進行。引導學生學會合作與交流，通過小組合作完成項目任務，提高他們的團隊協作能力和溝通技巧。教育學生通過反思和評價自己的學習和實踐過程，不斷優化和改進方案，提高自我學習和自我提升的能力情感、態度與價值觀：拓展學生知識面，提高學生生活實踐應用能力和信息素養，使學生樂于使用信息技術解決生活中的問題。培養學生的計算機思維和自主探究、小組合作能力。培養孩子們的動手操作能力。學生能夠意識到計算對社會的影響和責任，包括了解計算在控制系統中的作用，理解計算對社會發展的重要性。培養學生對信息科技的積極態度，鼓勵他們在面對挑戰時保持樂觀和堅持，增強他們的自信心和自我效能感。引導學生形成正確的科技價值觀，認識到科技應當服務于人類社會的可持續發展。
重點 了解恒溫箱系統的組成
難點 設計恒溫箱控制算法
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
教學設計教學設計教學設計 一、新課導入1、情景展示同在日常生活中，我們的冰箱、保溫箱等都有用到恒溫箱，學們有了解過恒溫箱嗎？恒溫箱是一種能夠自動調節內部溫度，使其保持在設定范圍內的設備。在科學實驗、醫學醫藥、生物養殖等多個領域，經常需要用到恒溫的環境。恒溫箱就是為了滿足這樣的場景需求而設計的控制系統。恒溫箱的主要組成部分有哪些？你知道的有哪些？恒溫箱系統通常包含控制模塊、升溫模塊、降溫模塊和溫度傳感器模塊等。2、本節課學習任務（1）了解恒溫箱系統的組成（2）設計恒溫箱控制算法3、揭示課題板書：恒溫箱實驗二、新知學習（一）、探索本實驗項目，需要根據恒溫箱系統的結構和功能要求，為恒溫箱系統設計一個可用的算法。什么是控制算法？控制算法是一組指令，用于根據當前狀態和目標狀態，自動調節恒溫箱的工作。恒溫箱是通過怎樣的控制算法來實現溫度控制的呢？用過程控制的方法和原理解決生活中的實際問題，需要經歷明確問題、抽象建模、設計算法和實施驗證等基本過程。（二）、明確問題在開展項目實踐前，首先要做的工作是明確“要到哪里去”和“評估標準”。1、明晰“要到哪里去”需要清晰描述問題，厘清項目要解決的問題的實質和最終達成的目標。例如，在恒溫箱實驗項目中，解決的問題和要達成的目標是：為恒溫箱系統設計一個有效的控制算法，讓恒溫箱能夠實現恒定溫度環境的自動化控制。2、明確“評估標準”根據“評估標準”指引項目前進的方向，項目結束后作為評估是否達成目標的有效評判。恒溫箱實驗項目，可以設定以下評估標準：標準一：恒溫箱預設溫度范圍為 -5 ～ 50℃標準二：設定為給定范圍內的預期溫度后，啟動恒溫箱，通過一段時間調節控制，恒溫箱能夠穩定恒定在預設溫度，誤差不超過 0.5℃預設一個預期溫度，啟動恒溫箱，恒溫箱通過一段時間調節控制，能夠讓恒溫箱內部的溫度穩定保持在預設的溫度值。（三）、抽象與建模抽象和建模是在對問題深入分析的基礎上，抽取出關鍵變量、關鍵環節、關鍵條件等核心要素，并建立過程控制的數據模型。1、抽象在恒溫箱實驗項目中，可以抽象出一個關鍵參數——“溫度”；抽象出“設定初始溫度”“檢測實時溫度”“調節環境溫度”三個關鍵環節。2、建模在抽象基礎上，對系統的控制過程進行建模。下圖是恒溫箱系統控制過程模型。（四）、算法設計明確了問題，抽象出關鍵參數和環節，建立了過程模型，為系統的算法設計奠定了基礎。在恒溫箱實驗項目中，根據恒溫箱系統控制過程模型，可以為恒溫箱設計什么樣的的算法？（五）、算法驗證設計好算法后，需要對算法進行驗證，以評估算法的正確性、執行效率等。算法驗證有程序驗證、流程圖驗證等多種方法。程序驗證，需要根據算法編寫成計算機代碼并在計算機上運行，從而檢驗程序運行結果的準確性。流程圖驗證，就是依據流程圖，在大腦中“模擬”進行算法執行，來分析過程和結果是否存在問題。在恒溫箱實驗項目中，根據算法流程圖，可以通過給數據提供測試值的方式進行模擬運行算法，如 t 設置為 20，f 分別取值 -5、10、25 進行測試，評估結果的準確性。三、拓展延伸養雞場孵化小雞需要將溫度控制在 37 ～ 42℃。嘗試設計一個能夠滿足養雞場孵化功能的恒溫箱控制算法。四、課堂小結通過本節課的學習，你遇到了哪些困難？是怎么解決的？有哪些收獲？和大家分享一下吧！作業布置
預習下一課。板書設計恒溫箱實驗明確問題抽象與建模算法設計算法驗證 觀看思考；表達學習學習操作實踐了解學習交流；分享交流表達預習下一課 創設趣味的學習情境，更能激發學生的興趣；培養表達能力培養傾聽習慣增加知識面學生利用自主探究、小組合作、實踐操作的方法去解決問題；師生直觀演示更具說服力，加深印象。培養傾聽習慣了解算法驗證培養學生舉一反三、學習遷移的能力；培養表達能力培養自主學習能力
教學反思
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第三單元
第15課
恒溫箱實驗
同在日常生活中，我們的冰箱、保溫箱等都有用到恒溫箱，學們有了解過恒溫箱嗎？
思考
恒溫箱是一種能夠自動調節內部溫度，使其保持在設定范圍內的設備。
在科學實驗、醫學醫藥、生物養殖等多個領域，經常需要用到恒溫的環境。恒溫箱就是為了滿足這樣的場景需求而設計的控制系統。
小知識
恒溫箱的主要組成部分有哪些？你知道的有哪些？
思考
恒溫箱系統通常包含控制模塊、升溫模塊、降溫模塊和溫度傳感器模塊等。
（1）了解恒溫箱系統的組成
（2）設計恒溫箱控制算法
學習任務
本實驗項目，需要根據恒溫箱系統的結構和功能要求，為恒溫箱系統設計一個可用的算法。
什么是控制算法？
思考
控制算法是一組指令，用于根據當前狀態和目標狀態，自動調節恒溫箱的工作。
恒溫箱是通過怎樣的控制算法來實現溫度控制的呢？
思考
用過程控制的方法和原理解決生活中的實際問題，需要經歷明確問題、抽象建模、設計算法和實施驗證等基本過程。
一、明確問題
在開展項目實踐前，首先要做的工作是明確“要到哪里去”和“評估標準”。
需要清晰描述問題，厘清項目要解決的問題的實質和最終達成的目標。
1、明晰“要到哪里去”
在恒溫箱實驗項目中，解決的問題和要達成的目標是：為恒溫箱系統設計一個有效的控制算法，讓恒溫箱能夠實現恒定溫度環境的自動化控制。
1、明晰“要到哪里去”
根據“評估標準”指引項目前進的方向，項目結束后作為評估是否達成目標的有效評判。恒溫箱實驗項目，可以設定以下評估標準：
2、明確“評估標準”
標準一：恒溫箱預設溫度范圍為 -5 ～ 50℃
標準二：設定為給定范圍內的預期溫度后，啟動恒溫箱，通過一段時間調節控制，恒溫箱能夠穩定恒定在預設溫度，誤差不超過 0.5℃
預設一個預期溫度，啟動恒溫箱，恒溫箱通過一段時間調節控制，能夠讓恒溫箱內部的溫度穩定保持在預設的溫度值。
通過本節課的學習，你遇到了哪些困難？是怎么解決的？有哪些收獲？和大家分享一下吧！
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下
啦
課
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第三單元
第15課
恒溫箱實驗
二、抽象與建模
抽象和建模是在對問題深入分析的基礎上，抽取出關鍵變量、關鍵環節、關鍵條件等核心要素，并建立過程控制的數據模型。
在恒溫箱實驗項目中，可以抽象出一個關鍵參數——“溫度”；抽象出“設定初始溫度”“檢測實時溫度”“調節環境溫度”三個關鍵環節。
1、抽象
在抽象基礎上，對系統的控制過程進行建模。下圖是恒溫箱系統控制過程模型。
三、算法設計
明確了問題，抽象出關鍵參數和環節，建立了過程模型，為系統的算法設計奠定了基礎。
在恒溫箱實驗項目中，根據恒溫箱系統控制過程模型，可以為恒溫箱設計什么樣的的算法？
思考
恒溫箱系統控制過程流程圖
四、算法驗證
設計好算法后，需要對算法進行驗證，以評估算法的正確性、執行效率等。算法驗證有程序驗證、流程圖驗證等多種方法。
程序驗證，需要根據算法編寫成計算機代碼并在計算機上運行，從而檢驗程序運行結果的準確性。
流程圖驗證，就是依據流程圖，在大腦中“模擬”進行算法執行，來分析過程和結果是否存在問題。
在恒溫箱實驗項目中，根據算法流程圖，可以通過給數據提供測試值的方式進行模擬運行算法，如 t 設置為 20，f 分別取值 -5、10、25 進行測試，評估結果的準確性。
養雞場孵化小雞需要將溫度控制在 37 ～ 42℃。嘗試設計一個能夠滿足養雞場孵化功能的恒溫箱控制算法。
1、抽象
通過本節課的學習，你遇到了哪些困難？是怎么解決的？有哪些收獲？和大家分享一下吧！
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