单元一 · 初识过程与控制
第4课 输入输出与计算

一、学习目标
- 了解控制系统工作过程的三个环节。
- 能结合控制系统案例描述输入和输出。
- 通过分析控制系统的工作过程,提升问题分析能力和计算思维能力。
二、情境导入
上节课,我们设计了一台能送货的机器人,人们只要启动了它,它就会遵循特定的控制规则或原理,按指令一步步执行指定的任务。
那么控制系统的工作过程又是怎样的呢?
它的工作过程应该与我们人类处理事情类似。
三、核心讲解
本课学习路径:
1.分析自己看到红灯的反应
你正要过马路,看到前方红灯亮起。分析在这个情境中:你获得的信息是什么?你作出的判断是什么?你作出的表现是什么?
- 获得什么信息?交通信号灯变红。
- 作出什么判断?这是红灯,不能过马路。
- 作出什么表现?脚停止运动(停下等待)。
人对一些事物作出反应的过程,可以用输入、计算和输出三个环节来分析:信息通过感觉器官(视觉、听觉等)输入到大脑,大脑进行分析、判断(计算),然后输出指令到手、脚等部位,形成语言、动作、表情等。
想想看:打篮球、做作业……生活中还有哪些过程也可以看作输入、计算和输出?
活动小结:控制系统工作时,也是从外界获得数据(输入)、数据经过处理(计算)产生结果(输出)。控制系统工作遵循「输入—计算—输出」的计算模式。
2.描述声控灯的工作过程
小夏家所住的楼,电梯暂时停运了,于是他和爸爸走楼梯回家。他发现楼道的灯是声控的,只要发出足够大的声音,它就会亮。你能简单说一说它的工作过程吗?
- 输入:声音(足够大的声响)。
- 计算:处理检测到的声音数据,生成「开灯」指令。
- 输出:灯亮。
请对照下方动手体验中的「声控灯演示」:声音够大时灯亮,用输入、计算、输出三个环节再描述一遍。
活动小结:无论简单还是复杂的控制系统,都遵循「输入—计算—输出」这一计算模式,因此可以按这个模式绘制工作过程示意图。
3.描述用计算机输入汉字过程中的输入、计算和输出
(1)说出所使用的输入设备和输出设备。
- 输入设备:键盘、鼠标、麦克风、手写笔等。
- 输出设备:屏幕、播放器等。
(2)用拼音输入法在键盘上输入汉字,可这样划分三个环节:
- 输入:通过键盘等输入拼音(或语音、手写笔迹)。
- 计算:计算机内部进行分析处理(拼音转汉字、选词等)。
- 输出:通过显示器等把文字显示在屏幕上。
活动小结:计算机是一个控制系统——人们通过输入设备输入信息,计算机内部进行分析处理,再通过输出设备呈现结果。
弄清以上要点后,再进入下方动手体验,用实际操作验证。
四、动手体验 · MixGo MINI
本课共 2 个编程示例,请用下拉切换后分别载入体验。
声控灯演示
正在载入 MINI 编程环境
正在载入 MixGo MINI 图形化仿真编程环境…
五、课堂总结
- 输入、计算、输出是控制系统工作的三个(典型)环节。
- 所有控制系统的工作,都可以用这三个环节进行分析。
- 无论系统功能多复杂,都可从整体上划分为输入、计算、输出三个环节,在每一个环节里还可划分为输入、计算、输出三个环节。
- 计算环节比较抽象和复杂,而且往往隐含在系统内部,人们无法看到。
- 现阶段,可以把计算理解为系统根据算法或规则进行的一系列数据处理过程,类似我们人脑的思维活动。
六、拓展提升
有些公共场所安装了自动门,人靠近,门会自动打开。请分析它的输入、输出分别是什么;另外,你能想到它是通过什么设备获取输入信号的吗?
- 这个自动感应门与声控灯的工作过程类似,都要用到信号检测器——传感器;传感器有很多种,以后会陆续学到。
- 也可对照下方「自动门演示」,观察接近时点阵「门」开合的过程,再自己说出输入、计算、输出。
测评
对照本课学习目标作答(客观题练习);选出后点「检查」。答错会显示简短说明。
根据本课学习目标,关于「控制系统工作过程的三个环节」,下列哪项认识正确?
本课学习目标要求掌握与「能结合控制系统案例描述输入和输出」相关的内容,下列哪项说法正确?
判断(对照学习目标):与「输入输出与计算」学习目标相反:相关概念可以任意理解
本节小结
回顾本课要点,完成动手体验与测评。记住:输入输出与计算。