4.12 设计智能垃圾桶——小型系统设计 教学设计--2024-2025学年六年级上册《信息科技》（安徽版2024）

4.12 设计智能垃圾桶——小型系统设计
教学设计
一、学习内容
“设计智能垃圾桶”是本单元“制作智能垃圾桶”整个项目的第一个子项目，这节课在整个项目中起着事半功倍的作用。学生通过观察校园内及日常生活中垃圾处理的烦恼，然后结合生活实际，制作出既实用又环保的智能垃圾桶设计方案。学生需要从系统运行的过程和系统功能两方面入手，设计出解决问题的小型系统，并能够设计一个自动开、关盖的智能垃圾桶原型，初步体验系统设计的基本流程，为后续的子项目打下坚实的基础。
二、学习基础
六年级的学生已具备一定的生活常识及信息科技基础知识，通过前面的学习能够理解小型系统的基本工作原理。课程设计中要鼓励学生从日常生活中发现倒垃圾时遇到的小烦恼，并鼓励学生积极思考，激发学生创新能力，设计智能垃圾桶的多种功能，从功能实现到系统控制，逐步构建起完整的智能垃圾桶设计方案。虽然学生初步了解了什么是系统，过程与控制系统的典型环节等知识，对生活中常见的问题也具备了一定的观察和思考能力，但是他们在系统设计和编程方面还比较欠缺，需要教师的引导和帮助，努力提高学生的技术应用能力和创新思维。
三、问题梳理
1．项目问题
（1）倒垃圾时不文明的现象有哪些？
（2）在倒垃圾时遇到了哪些“小烦恼”？
（3）如何解决这些问题？
2．素养问题
（1）设计小型系统的一般步骤？
（2） 如何设计出相应的小型系统设计方案？
四、学习目标与重难点
1．学习目标
（1）项目目标
能够设计一个自动开、关盖的智能垃圾桶原型。
素养目标
能够针对特定的问题，设计出相应的小型系统解决方案。
2．学习重点和难点
（1）学习重点
能够设计一个自动开、关盖的智能垃圾桶的设计思路和方法。
（2）学习难点
能够针对特定的问题，设计出相应的智能垃圾桶的设计方案。
五、学习策略
本课以设计智能垃圾桶为活动主题，通过创设情境、提出问题，设想功能、设计步骤，设计方案、规划步骤、展示方案、得出结论，拓展实验、应用提升等环节，引导学生逐步掌握智能垃圾桶的设计思路和方法。在教学过程中，采用小组合作学习的方式，让学生在合作中共同完成智能垃圾桶的设计和制作，培养学生的团队合作精神和创新意识。本课的学习活动可以围绕下环节展开。
六、环境与资源
在网络环境下开展学习活动，便于学生进行倒垃圾“烦恼”收集和设计方案。教师准备智能垃圾桶视频、传感器功能介绍资料、实现方式相关资料以及超声波传感器和舵机实物等。
七、学习评价
1．过程性评价
评价学生在设计智能垃圾桶方案过程中新增功能的创意性，积极参与小组活动，根据子项目需要，给活动小组提供有效信息和有效解决方案。
2．总结性评价
评价学生能否完成智能垃圾桶的设计，是否了解小型系统的一般设计步骤并能完成小型系统的设计。设计方案小组展示环节是否清晰，有无智能垃圾桶设计草图，能否达到子项目目标等。
评价维度 评价标准 学生自评 小组互评
素养目标 根据实际需求，设计智能垃圾桶的新增功能
智能垃圾桶小型系统设计方案
项目目标 能够设计一个自动开、关盖的智能垃圾桶原型
方案展示 以小组为单位展示设计方案，项目观点描述准确，表达清晰，实用性强
学习过程
教学环节 学习内容和活动 设计意图
创设情境 提出问题 一、源于生活，创设情境 1 ．教师播放学生扔垃圾的视频。 2 ．教师提出问题：“请同学们分组讨论，回顾日常生活中倒垃 圾的场 景，你们在日常倒垃圾时遇到过哪些烦恼？ 3 ．学生进行小组活动，完成表 1。 提出问题：学生分组讨论并分析问题产生的原因。学生讨论列举你倒垃圾时遇到的“烦恼”。教师巡视各小组。 序号烦恼1垃圾桶盖有污渍。2垃圾桶盖损毁。3有异味、垃圾被风吹起。4垃圾桶盖子盖不上。…
教师引导学生思考，可以设计一个智能垃圾桶用于解决倒垃圾时遇到的烦恼，引导学生进入项目主题。 联系实际 ，激发学生的学习兴 趣和求知欲望， 顺利导入新课， 引出项目主题。
设想功能 设计步骤 二、设想智能垃圾桶的功能 1 ．教师：请同学们根据提出的问题和分析的原因，分组设想、 讨论设计一款智能垃圾桶它需要具备哪些“本领”才能消除人们在倒垃圾时产生的烦恼呢？ 2 ．学生分组讨论，完成表2。 根据提出的问题和分析的原因，设想智能垃圾桶的功能及实现方式。 3 ．学生设想倒垃圾的过程，增加智能垃圾桶的新功能。 新增功能实现方式垃圾桶盖的自动开关垃圾桶的语音提示垃圾分类功能垃圾装满预警功能……
教师巡视各小组的设计情况，及时给予指导。 三、智能垃圾桶的设计步骤 如果我们想让垃圾桶可以检测有人到来，我们该如何对 现有的垃圾桶进行改造呢？有没有一个先后的顺序呢？ 教师引导学生讨论，思考设计步骤。 1 ．为 了让垃圾桶能检测到有人来，需 要增加一个“ 眼睛”。 2 ．思考“来人检测”的工作过程。 3 ．撰写增加来人检测的设计方案。 师生讨论确定设计步骤： 通 过 小 组 讨 论，学生深入理 解智能垃圾桶的 设计目的和功能实现方式。 培养学生 的创新意识和解决问题的能力。 初步了解小型系统设计步骤。
设计方案 规划步骤 一、确定功能实现方式 智能垃圾桶不仅需要实现对人的自动检测，还需要实现盖子的自动打开。有哪些元器件可以模拟实现智能垃圾桶的这些功能呢？ 1 ．检测来人(增加“眼睛”)。 引导学生阅读传感器功能的介绍，选择合适的传感器。 2 ．自动开、关盖。 通过自学有关“常见转向器件”的说明，组内讨论使用哪一种转向器件更适合本组实验要求。 二、确定系统控制过程 教师：智能垃圾桶作为一个小型系统，其运行控制过程包含输入、 计算、输出三个典型环节。选择合适的主控板用于智能垃圾桶的计算环节，实现对智能垃圾桶的控制。 1 ．选用主控板：智能垃圾桶需要一个“聪明的大脑”来实现“检测来 人”“实现开关控制”的功能，需要合适的主控板。 Arduino 主控板掌控板主控板Micro:bit 主控板
2 ．思考控制过程，完成活动3：小组讨论智能垃圾桶运行的过程与控制，并 将正确的序号填在图中的括号里。 通 过 实 验 要 求，学生结合实 际生活感知， 选 择 合 适 的 传 感 器，培养学生的 创新思维和解决 问题的能力。 让学生了解硬件的使用方法，培养学生的实践能力。 回顾过程与控制系统的输入、 计算、输出三个典型环节， 体会智能垃圾桶运行 的过程与控制。
撰写方案 归纳步骤 三、撰写设计方案 1 ．撰写设计方案，完成表3：请根据智能垃圾桶的设计目的、运行过程、所用器件等，和同学们一起完成智能垃圾桶的设计方案。 智能垃圾桶设计方案设计背景活动目标 参加人员及分工姓名分工组长成员1成员2成员3运行过程及功能描述垃圾桶内的 感应功能发现来人，通过 进行计算，通过 打开垃圾桶盖， 等待倒垃圾后，关闭垃圾桶。 外形草图
2 ．教师巡视各小组的设计方案，及时给予指导。 小组合作撰写设计方案，培养学生团队合作精神，人员分工明确，让每一位学生都积极参与到设计方案的撰写中去。
展示方案 归纳总结 1 ．分小组汇报设计方案，师生进行点评，提出改进意见和建议。 2 ．各小组完善设计方案。 3 ．教师组织学生总结“过程与控制系统设计的一般步骤”。 培养学生 的小组合作精神及语言表达能力。 通过总结设计步骤，归纳并巩固小型系统设计的一般步骤。
拓展实验 应用提升 分小组选取以下拓展实验进行分析与设计方案。 任务1 ：在智能垃圾桶开盖和关盖的等待过程中，增加一个警示功能。 任务2 ：运用本课程的设计思路，尝试设计一款能够根据温度变化自动启停的智能风扇。 通过拓展实践，培养学生的系统思维和创新应用能力，深入了解小型系统的广泛应用， 培养学生知识迁移能力及实践应用能力。
九、板书设计
设计智能垃圾桶
——小型系统设计
活动背景 ： 不能自动开关盖 垃圾桶盖有污渍 垃圾乱飞 有异味
子项目一 新增功能 ：来人检测 自动开关盖
设计智能垃圾桶 实现 传感器 舵机 主控板
十、学习反思
项目初始学生兴趣极强，他们能够合作讨论教师提出问题，发现日常生活中的一些小烦恼，并展开讨论积极寻找解决方案；子项目实施过程中，小组积极合作探究，讨论各个环节需要的合适硬件，并积极探索实现方式；设计方案展示环节，学生们能够以小组为单位，明确分工，清晰地表达自己的创意和想法，并接受同学和老师的评价和优化建议，进一步完善小组设计方案。在教学过程中，过程性评价由于时间关系，不是很充分，也不透彻，教师应该注重自身素养的提高，高效的完成教学中的各个环节。拓展应用环节，由于时间原因，只能在课后小组合作完成，教师要注意在下次课中，收取方案并积极反馈，以鼓励学生创新及实际应用能力。