(共28张PPT)
第5单元 第2课
反馈的原理
（黔教版）六年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
讨论过度依赖自动反馈的风险（如导航盲从），树立“技术服务于人”的正确价值观。
通过模拟实验（如编程控制虚拟机器人避障），设计基础反馈规则，体会自动化控制的优势。
能用“输入-处理-输出”模型分析简单反馈系统（如饮水机加热），理解“检测偏差→自动修正”的闭环逻辑。
能感知生活中的反馈现象（如空调控温、手机触控），理解信息在反馈系统中的传递作用。
02
新知导入
活动背景
系统通过环路将输出反馈给输入。那么，系统内部是如何利用反馈信息的呢？了解了反馈的原理，我们就更懂得如何控制系统了。
如何实现机器人沿着赛道行走呢？
利用反馈信息调整系统的运行。
02
新知导入
03
新知讲解
一、反馈环路的作用原理
倒满一杯水是生活中的一件小事，其中也蕴含着反馈的原理。在倒水的过程中(图5-2-1)，眼睛要不断地观察水面的高度，大脑要计算水面到杯口的距离，手要连续调整倒水的动作。
活动：分析倒水过程中的反馈
图5-2-1 倒水过程
03
新知讲解
思考以下问题：
1.预设目标是什么？
预设目标是倒水时希望达到的最终状态，即将水倒入杯中至指定的水位（例如杯口满但不满溢）。
2.大脑依据什么判断是否继续加水？
大脑通过实时反馈信息进行判断，依赖视觉反馈，眼睛持续监测水面与杯口的距离。当距离缩小到预设阈值（如“快满”）时，大脑触发减速或停止指令。并计算当前水位与目标水位的差距（如“还差2 cm”），动态调整动作。根据过去经验预判水流速度的影响（如倾斜角度大时水流快，需提前减速）。
03
新知讲解
3.手依据什么调整倒水的速度和角度？
手的动作受闭环控制调节，依赖以下反馈：
大脑的指令：基于视觉反馈，大脑发送“加速/减速/停止”信号。例如：水面上升过快时，指令减小水壶倾斜角度以降低流速。
本体感觉：手部通过触觉和肌肉记忆感知水壶的重量变化和水流阻力，微调动作。
动态修正：若发现水位接近目标但流速仍快，会进一步减小角度以避免溢出。
03
新知讲解
倒水过程中的反馈如图5-2-2所示，其中预设目标是满杯水量。在倒水的过程中，眼睛持续观察杯中的水量，当杯中的水量与满杯水量存在一定的偏差时，大脑计算着偏差的变化，指挥手控制水流量，直到偏差趋近于零大脑发出指令，手停止倒水。这一过程通过环路不断地反馈信息来实现。
(预设目标)
满杯水量
偏差
大脑
手
水流量
眼睛
杯中的水量
杯中的水量
图5-2-2 倒水过程中的反馈
03
新知讲解
类比倒水过程中的反馈，参考图5-2-3，尝试分析冰箱制冷过程中的反馈。
活动：分析冰箱制冷过程中的反馈
偏差
冰箱的
设定温度
冰箱的实际温度
冰箱湿度传感器
冰箱
控制器
冰箱
压缩机
制冷量
冰箱的
实际温度
我们发现，无论是倒水还是冰箱制冷，都需要依据反馈产生的偏差，来调整系统的工作状态。
图 5-2-3 冰箱制冷过程中的反馈
03
新知讲解
根据图5-2-2和图5-2-3，对比分析倒水和冰箱制冷的反馈过程，归纳反馈的原理。
反馈原理是通过实时检测目标与实际的偏差（如水位/温度），自动反向调节（如调水速/制冷量），最终使系统稳定。本质都是"检测偏差-反向修正"的循环控制。
活动：归纳反馈的原理
03
新知讲解
偏差
预设的
目标值
控制器
执行器
被控量
输出
测量仪表
如图5-2-4所示，在反馈过程中，眼睛和冰箱温度传感器是测量仪表，大脑和冰箱控制器是控制器，手和冰箱压缩机是执行器，水流量和冰箱制冷量是被控量。测量仪表获取反馈信息，反馈信息与预设的目标值产生偏差，依据偏差的变化，控制器控制执行器改变被控量，产生新的输出。
图 5-2-4 反馈原理示意
03
新知讲解
依据反馈原理，分析行走机器人如何实现沿着赛道行走。
机器人行走依赖"感知-纠偏"闭环控制：传感器（如摄像头）实时检测赛道偏移，控制器计算偏差后调节电机转速（左偏就加速右轮），通过持续微调保持直线行进。整个过程就是不断检测误差、反向修正的负反馈循环。
活动：分析机器人行走过程中的反馈
03
新知讲解
行走机器人预设的目标是沿着赛道的标志线行走，即机器人位置和赛道标志线位置零偏差(偏差也可以是某一固定值)。在行走的过程中，传感器实时反馈赛道的标志线位置与机器人位置,机器人计算位置偏差，根据偏差调整行走的方向和速度，使偏差始终趋近于零，从而实现沿赛道标志线行走。
04
课堂练习
一、选择题
1、在倒水过程中，反馈的作用是：（ ）。
A. 让杯子变得更重 B. 调整水流量使水位接近目标
C. 让手变得更灵活 D. 让大脑计算得更快
2、冰箱制冷时，温度传感器的作用类似于倒水过程中的：（ ）。
A. 手 B. 眼睛
C. 杯子 D. 水壶
3、哪一种反馈是指系统输出对输入的影响是相同方向的？（ ）
A. 加速右轮 B. 减速左轮
C. 加速左轮 D. 停止行走
B
B
C
04
课堂练习
4、在反馈控制系统中，“执行器”的作用是（ ）
A. 测量当前状态 B. 计算偏差
C. 调整系统行为 D. 设定目标值
二、判断题
1、反馈控制必须依赖传感器检测当前状态。（ ）
2、倒水时，如果水已经满了但还在倒，说明反馈系统失效了。（ ）
3、机器人行走时，即使没有反馈也能精准沿赛道行进。 （ ）
C
√
√
X
04
课堂练习
三、操作题
模拟机器人沿黑线行走的反馈控制。
假设你有一个光敏传感器（检测黑线），两个电机控制左右轮。
当传感器检测到机器人向右偏时，应该如何调整电机？（用文字或流程图描述）
如果机器人完全偏离黑线，可以增加什么改进措施？（如增加更多传感器）
04
课堂练习
三、操作题
调整方法：
向右偏时，加速左轮或减速右轮，使机器人向左转回黑线。
可用流程图表示：检测到右偏 → 左轮加速 → 机器人左转 → 重新检测
改进措施：
增加多个传感器（如左右各一个），检测完全偏离时紧急停止。
加入记忆功能，记录偏离前的正确路径辅助回归。
05
拓展延伸
生物系统中的反馈
人体体温调节
05
拓展延伸
生物系统中的反馈
血糖调节
05
拓展延伸
生态系统中的反馈
在草原生态系统中，草食动物和植物数量之间存在反馈关系。预设目标可以看作是生态系统的平衡状态。当草食动物数量增加时，植物的数量就会相对减少（这是反馈信息，与生态平衡时植物数量的目标值产生偏差）。这种偏差会导致食物资源减少，从而影响草食动物的繁殖和生存，使得草食动物数量减少；而草食动物数量减少后，植物的生长压力减小，数量又会逐渐增加，最终趋于生态平衡状态。
05
拓展延伸
生态系统中的反馈
在湖泊生态系统中，藻类和以藻类为食的浮游动物之间有反馈关系。如果湖泊中营养物质增加（如磷、氮等），藻类大量繁殖（这是一种偏离正常状态的变化）。浮游动物以藻类为食，随着藻类数量的增加，浮游动物数量也会增加（这是一种反馈调节），当浮游动物数量过多时，藻类数量又会减少，然后浮游动物数量也会因食物不足而减少，湖泊生态系统就在这种反馈调节下保持相对的动态平衡。
05
拓展延伸
反馈信息的准确性
在任何反馈系统中，测量仪表获取的反馈信息的准确性至关重要。
如果在倒水过程中，眼睛观察水面高度的误差较大，例如由于光线问题看错水面高度，那么大脑计算的偏差就会不准确，导致手调整倒水动作失误，可能会使水溢出或者不满杯。
在高精度的工业控制系统中，如航天航空领域的飞行控制系统，测量仪表需要极高的精度，任何微小的测量误差都可能导致严重后果。例如，飞机高度传感器如果反馈的高度信息有偏差，飞机的自动驾驶系统（控制器）就会根据错误信息调整飞机的飞行姿态（执行器），可能引发飞行事故。
06
课堂总结
1
引入新知内容
反馈的原理
2
学习反馈环路的作用原理
3
归纳反馈的原理
4
完成课题练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
07
板书设计
反馈的原理
1、进行新知引入
2、学习反馈环路的作用原理
3、归纳反馈的原理
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、描述设计的小装置中的反馈过程。
08
课后作业
1、如果让你设计一个简单的智能小装置（如自动浇花器、自动灯光调节器等），运用反馈原理，描述其中的反馈过程（包括预设目标、测量仪表、控制器、执行器和被控量），文字描述150 - 200字。
湿度传感器持续检测土壤湿度并将数据传给单片机。单片机将接收到的湿度值与预设的30% - 50%湿度范围进行比较。若湿度低于30%，单片机给水泵发送开启信号，水泵抽水浇花，随着浇水土壤湿度上升。当湿度达到50%时，单片机给水泵发送停止信号，从而保持土壤湿度在合适范围内。
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