反饋系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用探索

王小斌

江蘇省泰州市實(shí)驗(yàn)小學(xué)信息科技教師，泰州市卓越教師，學(xué)科帶頭人，泰州市311人才工程培養(yǎng)對(duì)象，海陵區(qū)十佳青年教師。曾獲江蘇省小學(xué)信息技術(shù)優(yōu)秀課評(píng)比一等獎(jiǎng)，泰州市青年教師基本功比賽一等獎(jiǎng)、優(yōu)秀課評(píng)比一等獎(jiǎng)。代表江蘇省參加全國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)，獲特等獎(jiǎng)。在國(guó)家、省級(jí)刊物發(fā)表信息技術(shù)教研論文多篇，主持市級(jí)規(guī)劃課題3項(xiàng)并結(jié)題。輔導(dǎo)數(shù)名學(xué)生在各類競(jìng)賽中取得優(yōu)異成績(jī)。

教學(xué)背景

本課例是筆者研讀《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）后，根據(jù)里面對(duì)第三學(xué)段（五、六年級(jí)）課程內(nèi)容“過(guò)程與控制”的要求設(shè)計(jì)出來(lái)的，要求學(xué)生從當(dāng)今社會(huì)的老齡化現(xiàn)象出發(fā)，走訪調(diào)查老年人生活中的不便之處，思考如何將反饋系統(tǒng)融入老年人生活，讓他們的生活更為安全便利。

筆者引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中真實(shí)場(chǎng)景里存在的問(wèn)題，讓學(xué)生通過(guò)智能交互實(shí)驗(yàn)箱相關(guān)功能來(lái)解決相應(yīng)的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)反饋功能在控制系統(tǒng)中的作用，從而理解控制系統(tǒng)的工作過(guò)程和原理。

學(xué)習(xí)者分析

本課例的學(xué)習(xí)者為六年級(jí)學(xué)生，該年齡段的學(xué)生開始能接受更為復(fù)雜的知識(shí)，思維變得更具有抽象性和邏輯性，且善于與同齡人合作。他們經(jīng)過(guò)之前的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備在線學(xué)習(xí)的基本能力，對(duì)計(jì)算機(jī)的使用比較熟練，對(duì)圖形化編程也有較好的基礎(chǔ)和濃厚的興趣，能熟練使用圖形化編程軟件編寫游戲和故事，這為本次課例的設(shè)計(jì)與程序編寫打下了良好的基礎(chǔ)。但是學(xué)生對(duì)生活中廣泛存在的反饋系統(tǒng)以及反饋過(guò)程的意義認(rèn)知不夠，需要進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)才能掌握此類知識(shí)點(diǎn)。

教學(xué)目標(biāo)

1.了解反饋過(guò)程的意義，理解反饋系統(tǒng)的工作過(guò)程。2.利用圖形化編程軟件和智能交互實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)反饋功能。3.留心生活中的反饋系統(tǒng)，從生活中的問(wèn)題入手設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的反饋系統(tǒng)。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 1.掌握反饋系統(tǒng)的工作流程圖、系統(tǒng)圖的結(jié)構(gòu)和意義。2.認(rèn)識(shí)和理解反饋過(guò)程的意義和作用。3.掌握反饋過(guò)程中參數(shù)的作用。

教學(xué)難點(diǎn) 1.認(rèn)識(shí)反饋過(guò)程的意義和作用。2.掌握反饋過(guò)程中參數(shù)的設(shè)置。

教學(xué)策略

1.課前發(fā)放預(yù)習(xí)單，讓學(xué)生對(duì)身邊老年人養(yǎng)老安全相關(guān)的信息有所了解，為本節(jié)課設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單智能反饋系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。2.課前將學(xué)生兩人分為一組，共4組。3.通過(guò)讓學(xué)生觀察陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器的設(shè)計(jì)，感知反饋系統(tǒng)的工作流程。4.設(shè)計(jì)4個(gè)互動(dòng)活動(dòng)，讓學(xué)生小組之間搶答，激起學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，引發(fā)他們的積極思考。5.學(xué)生通過(guò)分組使用智能交互實(shí)驗(yàn)箱來(lái)設(shè)計(jì)、制作智能風(fēng)扇和智能夜燈，體驗(yàn)反饋系統(tǒng)的過(guò)程。

教學(xué)過(guò)程

一、情境導(dǎo)入，聚焦現(xiàn)實(shí)

師：同學(xué)們，眾所周知，目前我國(guó)社會(huì)老年人口比例逐年遞增。老師之前發(fā)放了調(diào)查表，讓大家采訪身邊的老年人，調(diào)查他們?nèi)粘Ｉ钪杏龅降睦щy。

生：我們發(fā)現(xiàn)身邊的老年人遇到的問(wèn)題主要有各種原因引起的摔倒，忘記關(guān)門、關(guān)煤氣等，主要原因是隨著年齡增加，老年人的身體機(jī)能衰退，例如視力變差、健忘、反應(yīng)變慢、行動(dòng)遲緩……

師：我們應(yīng)該怎樣幫助他們？老師家里也有老年人，他們經(jīng)常在陽(yáng)臺(tái)活動(dòng)，如打掃、晾曬等，為了防止他們出現(xiàn)從陽(yáng)臺(tái)跌落的意外，老師給他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器，來(lái)看看它的樣子吧。（筆者播放視頻。）

二、案例分析，了解原理

1.案例分析

師：看了剛才的視頻，你發(fā)現(xiàn)了什么？（學(xué)生討論后回答。）

師：那么，大家思考一下陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器的工作流程是什么？（筆者出示流程圖，如圖1所示。）

師：明白了陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器的工作流程后，我們看看它的反饋系統(tǒng)是怎么工作的，然后再完善一下陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器工作系統(tǒng)圖吧。（筆者出示系統(tǒng)圖，如圖2所示。）■

學(xué)生認(rèn)真觀看后回答：當(dāng)老年人一靠近陽(yáng)臺(tái)邊，報(bào)警器就鳴叫。

設(shè)計(jì)意圖：由淺入深，從陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器的工作流程入手，引導(dǎo)學(xué)生分析反饋系統(tǒng)的工作原理。

2.概念引入

師：我們發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器中的傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量實(shí)際數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳回輸入端，輸入端將設(shè)定數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比處理，處理結(jié)果傳遞給控制器，控制器根據(jù)處理結(jié)果給執(zhí)行器下達(dá)指令。系統(tǒng)輸出端數(shù)據(jù)重新返回系統(tǒng)輸入端，使系統(tǒng)行為不斷調(diào)整的過(guò)程叫反饋。

接下來(lái)，教師演示如何用計(jì)算機(jī)程序和智能交互實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器功能。筆者連接智能交互實(shí)驗(yàn)箱，打開mPython程序軟件編寫程序。

師：因?yàn)榉答佭^(guò)程是重復(fù)不斷進(jìn)行的，所以同學(xué)們注意觀察老師在程序編寫中用到了什么腳本，將實(shí)際數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)時(shí)又用到了什么腳本。（如圖3）

設(shè)計(jì)意圖：從陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器這個(gè)例子引出“反饋”的概念。從工作流程到工作原理，再到程序搭建，學(xué)生一步一步理解陽(yáng)臺(tái)報(bào)警器的設(shè)計(jì)步驟。

三、分組活動(dòng)，協(xié)作探究

活動(dòng)1：拖一拖

學(xué)生根據(jù)自己所選的主題（智能風(fēng)扇或智能夜燈），在計(jì)算機(jī)中將對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的流程圖和框架圖以拖動(dòng)的方式補(bǔ)充完整，限時(shí)2分鐘。圖4為智能風(fēng)扇流程圖。

活動(dòng)2：填一填

學(xué)生完成學(xué)習(xí)單中的第二題，將腳本補(bǔ)充完整，限時(shí)1分鐘。教師請(qǐng)學(xué)生回答后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

活動(dòng)3：搭一搭

學(xué)生完成學(xué)習(xí)單上的腳本，打開mPython程序軟件，搭建腳本，限時(shí)5分鐘。筆者巡視每組情況，及時(shí)提醒和反饋。學(xué)生腳本搭建完成后，調(diào)試程序。

活動(dòng)4：想一想

學(xué)生思考：為什么有的小組的反饋系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，有的小組的反饋系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍？參數(shù)如何設(shè)置？

設(shè)計(jì)意圖：以小游戲的方式進(jìn)行知識(shí)的鞏固，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)習(xí)單的基礎(chǔ)上進(jìn)行腳本搭建，讓學(xué)生更容易成功。

四、歸納總結(jié)，展望未來(lái)

反饋系統(tǒng)廣泛存在于我們生活中的各種應(yīng)用中，它不僅是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)過(guò)程，也是一個(gè)概念、一種策略。在本節(jié)課中，學(xué)生設(shè)計(jì)了智能風(fēng)扇系統(tǒng)和智能夜燈系統(tǒng)，了解了反饋過(guò)程的作用是不斷地調(diào)節(jié)、優(yōu)化系統(tǒng)，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也明白了可以通過(guò)不斷改變參數(shù)來(lái)使反饋系統(tǒng)變得更加靈敏。我們希望學(xué)生能多發(fā)現(xiàn)生活中的不完善之處，做一個(gè)小小創(chuàng)客，用自己的創(chuàng)意來(lái)解決生活中的簡(jiǎn)單問(wèn)題，將來(lái)為國(guó)家的創(chuàng)新事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

教學(xué)反思

本節(jié)課旨在讓學(xué)生體驗(yàn)生活中的反饋應(yīng)用，理解反饋系統(tǒng)的工作流程。學(xué)生通過(guò)實(shí)物模型和程序搭建，能夠直觀地感受到數(shù)據(jù)輸入、計(jì)算、輸出三個(gè)環(huán)節(jié)在反饋系統(tǒng)中的作用，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

通過(guò)本節(jié)課的動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生不僅加深了對(duì)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和反饋系統(tǒng)的理解，還提高了問(wèn)題解決能力和計(jì)算思維。在問(wèn)題探究過(guò)程中，學(xué)生表現(xiàn)出了極高的積極性和合作精神。他們認(rèn)真觀察、積極思考，通過(guò)小組討論和集體協(xié)作，成功完成了從問(wèn)題解構(gòu)到改造的過(guò)程。這種親歷探究的過(guò)程讓學(xué)生體驗(yàn)到了成功的喜悅和成就感。

本節(jié)課盡管取得了一定的成果，但仍存在一些可以改進(jìn)的地方。例如，在實(shí)物模型和程序搭建的教學(xué)中，教師可以進(jìn)一步增加趣味性和挑戰(zhàn)性，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。此外，在教學(xué)過(guò)程中，教師還可以適當(dāng)?shù)匾敫嗟目刂葡到y(tǒng)案例，讓學(xué)生更加深入地理解反饋的應(yīng)用和意義。

總之，本節(jié)課通過(guò)創(chuàng)新的教學(xué)方法和實(shí)踐活動(dòng)，成功讓學(xué)生體驗(yàn)了生活中的反饋應(yīng)用，并提升了他們的問(wèn)題解決能力和計(jì)算思維。