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1、第三单元控制系统中的计算【单元整体构想】一、单元内容简介计算是依据特定的规则与算法将数据从一种形态转换为另一种形态的处理过程。在控制系统中，计算是实现过程与控制的关键环节。本单元响应课程标准“过程与控制”模块的第一条要求，即“通过体验和认识身边的过程与控制，了解过程与控制可以抽象为包含输入、计算和输出三个典型环节的系统:在前一单元认识控制系统以及输入与输出环节的基础上，本单元进一不认识计算环节，由控制系统中的计算、计算机在控制系统中的作用、认识查表计算和条件计算、认识循环结构以及恒温箱实验等内容组成。控制系统中的计算类型较多,本单元选取了较为基础的查表计算和条件两种类型。控制系统中的计算通常总
2、是周而复始地反复执行，因此本单元将循环结构安排在计算环节中学习，介绍了循环结构以及计次与条件两种具体的循环结构形式。单元末尾以恒温箱实验作为综合性学习任务，让学生综合运用单元所学内容，经历系统模型搭建、控制算法设计与程序验证执行等活动过程。控制系统中的计算在“身边的算法”和“过程与控制”两个模块的学习中都起到桥梁作用。通过本单元的学习，学生对控制系统中的计算以及算法的控制结构有比较完整的认识。二、单元设计的望远镜思维本单元重点学习的大概念是“计算系统可以抽象为输入、计算和输出三个典型环节二在五年级上册，学生学习了算法的表示、算法控制结构、用算法解决问题，认识到算法可以抽象为输入、计算、输出三个
3、典型环节。算法基本结构中的顺序结构、分支结构是本单元学习控制系统中查表计算、条件计算以及循环结构的思维基础。五年级下册第一单元对系统的认知与第二单元对控制系统的输入与输出环节、恒温槽实验等的学习都是本单元学习控制系统中的计算的认知基础。本单元是六年级学习“过程与控制”中的反馈与优化以及开关量的生成等知识的基础，也为初中阶段学习物联网、人工智能等系统控制打下基础。三、单元设计的放大镜思维本单元紧密围绕“计算系统可以抽象为输入、计算和输出三个典型环节”这一大概念展开学习。本单元以恒温箱实验作为最终的表现性任务，学生完成恒温箱实验需要在前期认知基础上掌握或理解控制系统中的计算、计算的类型、循环控制结
4、构等基础知识与概念。本单元共有7节课：第9课介绍控制系统中的计算，让学生了解常见的计算类型；第10课让学生了解计算机在控制系统中的作用，引出有计算机参与的控制系统；第11课、第12课详细阐述控制系统中的查表计算和条件计算这两种常见的计算类型；第13课介绍循环结构，并用流程图表示；第14课在第13课的基础上深入了解计次循环与条件循环两种不同的循环方式；第15课让学生经历搭建恒温箱控制系统硬件和为其设计控制算法的过程，展现对控制系统的认识以及算法思维的综合运用，检验学期的学习成果。单元各课内容如下表所示:课序课题主要内容第9课控制系统中的计算控制系统中的计算、控制系统中计算的类型。第10课计算机在
5、控制系统中的作用计算机控制系统、计算机控制系统的优势。第H课查表计算认识查表计算、用查表计算解决实际问题、程序体验查表计算。第12课条件计算生活中的条件计算、运用条件计算实现过程控制。第13课循环结构（一）认识循环结构、用流程图描述循环结构的算法。第14课循环结构（二）认识计次循环、认识条件循环。第15课恒温箱实验设计恒温箱的硬件结构、设计恒温箱的控制算法、调试验证与改进优化。【单元目标设计】素养目标通过本单元的学习，学生能意识到过程控制的核心是选择合适的算法进行计算，能说出常见的计算类型，能综合运用顺序、分支和循环三种控制结构设计算法，能运用算法设计的基本方法来解决实际问题，并意识到自主可控
6、系统在解决安全问题时的重要性。逻辑主线单元涉及的核心大概念单元目标描述算法计算系统可以抽象为输入、计算和输出三年典型环节。1 .知道计算机在控制系统中的作用和地位。2 .知道计算是过程控制的核心环节，了解查表计算、条件计算。3 .了解循环结构及其不同的形式。4 .能设计简单算法解决计算机控制系统的计算问题。【单元评价设计】恒温箱是一个能够产生恒定温度的控制系统。评价可以基于以下三个维度：能否完成恒温箱的实体搭建，能否设计恒温箱的控制算法,能否验证恒温箱的控制算法是否符合设想。一、最终评价任务设计问题：恒温箱需要哪些模块来搭建？你设计的恒温箱控制算法是否符合要求？实践：搭建一个恒温箱实验模型，按
7、下表的系统设计要求，完成算法设计并验证。输入输出19.5-20.5范围内的一个恒温箱箱体内的温度恒定在目标温度值T。T0二、评价量规设计指标内容素养指向水平描述实验设计搭建1 .能知道一个系统可以分解成多个子系统。2 .能根据系统的目的来设计组织各个要素的结构。A.合理设计恒温箱结构，更好地发挥整体功能。B.结构设计比较合理，存在小瑕疵，对整体功能影响不大。C.结构设计存在较大缺陷，影响整体功能的发挥。算法设计能运用流程图或伪代码描述出控制算法。A.能熟练运用算法设计方法，算法正确。B.比较熟练运用算法设计方法，算法基本正确。C.运用算法设计方法出现困难，未能设计出完整的算法。验证优化能验证并
8、优化算法。A.能独立运行程序验证算法，并对算法正确性做出判断，能自主优化算法。B.能运行程序验证算法，做出判断，在他人支持下优化算法。C.运行程序、验证算法出现困难，不能优化算法。【单元过程设计】一、单元问题设计问题一：空调是如何实现温度的自动控制的？设计意图：空调是日常生活中学生比较熟悉的控制系统。对于空调调节室温，学生有亲身感受，但对于空调如何实现自动控制以及背后蕴含的科学原理，学生较少了解。通过本问题，可以引导学生去关注现象背后的原理，探索空调系统自动控制实现的方法和原理，将学生引导到单元的学习重点、核心问题上。学生回答的引导方向：引导学生从现象中去探寻背后的技术、方法、原理，学习控制系
9、统的原理，激发学生的探究欲望。问题二：如果没有循环控制结构，会对过程控制产生怎样的影响？设计意图：这是一个逆向思考的问题，假设没有循环控制结构,然后让学生体验算法设计面临的各种问题和困难，从而更好地理解和体会循环控制结构的价值和作用，并对本单元内容的学习产生更大的兴趣。学生回答的引导方向：可以让学生聚焦于控制系统的具体场景,并模拟没有循环结构控制的算法执行过程。在控制过程中，学生可以体验到人工不断干预的烦琐性，从而感受到循环控制结构的优势。二、单元学习策略本单元所涉及的新知识、新概念比较多，需要通阐述、讨论、体验、动手操作等过程帮助学生掌握知识内容。教师可以在整体把握单元结构的基础上，将单元划分为“认识控制系统中的计算”“认识计算过程中的循环结构”“恒温箱实验”三个板块展开学习，引导学生以自主、合作、探究的方式运用所学知识解决问题。对于一些抽象的概念，教师要进行深入浅出的解释，帮助学生理解，可以设计成一个跨学科的综合性项目活动，与科学、劳动、综合实践等课程融合，以“设计一个能够实现日常生活中恒温功能的恒温箱”为驱动性问题，以“认识控制系统的计算”“搭建控制系统的结构”“设计控制系统的算法”“调试优化控制系统”等为核心挑战任务，将本单元各课知识内容融入项目任务，促使学生在解决问题的过程中学习知识和技能，理解核心概念，发展核心素养。
