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1、4.2 .1 开环控制系统的工作过程与方式教学设计 【整体设计说明整体设计说明】 （一）本节在单元中的地位（一）本节在单元中的地位 本课教学内容为苏教版技术与设计 2第四单元“控制与设计”的第二 节“控制系统的工作过程与方式”的第 1 课时。从总体上看，“控制与设计” 这个单元按照控制的手段控制系统控制系统的设计这样的思路来组织 教材内容。上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解，下节课要让学生进 一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程，因此，本课教学非常关 键，是承上启下的核心内容。 （二）学生学情分析（二）学生学情分析 学生对“控制”一词并不陌生，经常提到控制温度、控制时间、控制音
2、量、 控制亮度、控制电流等。在生活、学习中，学生对控制形成了或多或少的感性 认识，这些认识仅限于表面现象，对控制系统的组成和工作过程并没有进行过 深入思考和研究。但学生毕竟也经常进行控制操作，对控制有一些体会，在物 理等学科中学习了电子、传感器基础知识，具有观察和使用简单控制系统的生 活体验，这些知识和经验在教学中为学生寻找教材以外的案例提供了条件，为 学生配合教师教学提供了可能。 （三）本节整体教学思路（三）本节整体教学思路 开环控制系统的基本组成与工作过程对后面的闭环控制和控制方案的设计 至关重要，所以这节的教学一定要落实到位，使学生真正吃透和理解。要达到 这样的效果，教师必须引导学生对典
3、型实例详细分析，使学生对实例中的控制 过程和原理有一个清晰的认识，然后再引导学生从中抽取出控制系统的基本组 成：传感器、控制器、执行器、被控对象，各个组成部分的功能和作用学生自 然也明白了。 对于控制系统的基本组成的作用，学生一般不难理解，但对于它们的工作 原理，学生可能会存在许多问题，也极有可能在课堂教学中提出这些疑问。对 于疑问的学生，教师要给予表扬和鼓励，这是学生技术素养提高的一个具体表 现，培养学生的质疑的教学的一个重要方面。教师要不失时机地进行正确引导， 同时在备课过程中应注意相关内容的学习和准备。 在“技术与设计 1”中曾提出“技术是综合知识的结晶”。笔者认为在本 节内容的教学中可
4、以予以回溯，因为作为控制系统的基本组成涉及的学科比较 多，单就传感器来讲，就可能涉及光、声音、射线、压力、温度、化学成分等， 回扣这一内容一是可以加深学生对“技术需要综合知识”的进一步理解，二是 可以激发学生学习其他学科知识的积极性，强化通用技术课程和其他领域课程 的联系。 本节课教学应当避免“纸上谈兵”。教师可以利用学校现有的实验器材、 教学设施资源，或通过自制或改制教具，尽量创造条件，利用实物展开教学。 比如：声控自动门、游泳池注水系统等。利用这些必能起到事半功倍的效果。 本节课内容也是培养学生动手能力、探究性学习能力、分析研究能力的较 好载体，比如教学中可以让学生研究控制系统的工作情况。
5、 （四）本节教学策略（四）本节教学策略 1、 让学生的自发地、主动地学习。本课教学中以案例分析为主线通过几 个经典控制系统案例，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题。 2、创设情境。引导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方式，加强 学生工作过程的理解和应用能力。 3、通过 “活动猴”等试验让学生体会开环控制系统输入与输出的关系和 工作过程。 （五）教学目标（五）教学目标 （一）知识与技能： 1、通过引导学生对周边实例的分析，理解控制系统的含义。 2、掌握开环控制系统的基本组成和工作过程，熟悉简单开环控制的工作原 理和过程。 3、知道一般控制系统的描述方法，能绘制开环控制系统方框图
6、。 （二）过程与方法 1、使学生体验控制系统的分析过程与分析方法，培养学生科学思维能力。 2、让学生从生活经验出发，从实例分析入手，能归纳出对控制系统的一般 认识。 （三）态度与情感 1、通过自动控制与人工控制的对比，使学生体验技术发明与创新对造福人 类的重大意义。 2、强化通用技术与其他课程的联系，激发学生学习其它学科知识的积极性。 （六）教学重难点：（六）教学重难点： 1.教学重点：教学重点： （1）开环控制系统的构成与判断。 （2）开环控制系统在日常生活中的应用和系统方框图的书写。 2.教学难点：教学难点：开环控制系统的构成与判断。 （七）教学时间：（七）教学时间：1 课时 （八）教学准
7、备：（八）教学准备： 自制游泳池注水系统，自制声控门，PPT 课件 【教学过程与方法教学过程与方法】 教学内容教师活动学生活动设计意图 情景引入：早上出发前时忘了关窗户，天有不测风云， 中午突然下起了雨，结果身在单位的上班 族只能眼睁睁等着雨水进入室内。此时束 手无策，恨不得插上翅膀飞回家去关窗户。 同学们，我们能不能从技术的角度帮上班 族想想办法，解决这个难题？ 思考回答。可以设计 一种自动关闭窗户的 装置 设计情境，吸 引学生注意力。 问题提出如果可以有这样的控制系统，这个控 制系统是怎样组成？它的工作过程是怎样 的？输入输出之间的对应关系又是如何呢？ 这个也就是本节课的教学内容，下面 我
8、们来进行探究。 自动关闭窗户装 置 解析：假设常态下窗户是打开的，有 一个感湿器放在窗户的上部，当他感测到 有雨点是，干时期发出一个先好接通电源 使电机转动，带动窗户关闭；当不下雨时， 感湿器没有输出信号，窗户处于打开状态； 感湿器、电动机、窗户构成了一个控制系 统。 问题：该控制系统的输入，输出是什么？ 学生听讲，思考， 回答问题。 输入：雨水。 输出：窗户的关 闭。 控制系统 的概念 控制系统：任何一个控制系统的实现， 都要通过若干个环节共同实现，这些环节 所涉及的装置就构成了一个系统，称为控 制系统。 控制系统的输入与输出之间有一定的 对应关系。 马上行动（PPT 展示）指出表中所列事例
9、是否属于 控制系统，如果是控制系统，请指出系统 的输入、输出是什么。 是否属 于控制 系统 输入输出 电饭煲 脱粒机 红外线 自动水 龙头 观看 PPT，回答 问题。 帮助学生进一 步熟悉控制系 统的输入，输 出。 解析：控制系统通常分为开环控制系统和 闭环控制系统。今天我们先来学习开环控 制系统。 案例一： 声控门。 阿里吧吧和四十大盗的故事我们都听 过，主人公阿里吧吧对着门说一声“芝麻 芝麻，开门吧！”， 门就开了，这个童话 在现在能变成现实吗？ 这个控制系统叫什么？ 可以，这是声控门。 教师教具 展示 “声控自动门”并进行演示，装置图略。实验现象：当同学们 击一下掌时，自动接 通开关，门
10、打开，延 时一定时间之后门关 闭 教师提问：同学们知道声音是如何自动控制门的开关？ 学生思考，回答。 应该有一个可以感知 声音的设备，接收到 声信号后就去通知执 行器开门。 同学们回答的很好，下面我们来仔细 分析。 实现这种控制的关键就是在原来的电 路中安装了一个“声音控制器”。 声音控制器实际包含三个组成部分：声音 传感器、电子控制器、执行器。当发出的 声响达到一定强度后，声音传感器就会检 测到，然后输出一种电信号，这种电信号 送到控制器后经过处理和放大，再输送到 执行器（电机），从而控制被控对象（门） 的运行与停止，这就是整个控制系统的工 作过程。 学生观看投影，进一 步了解。 案例 分析
11、二 ：游泳池 注水控制 系统（定 时器控制） 教师展示自制教具“游泳池注水控制 系统（定时器控制）” 解析： 在游泳池注水控制系统中，如果进水 管单位时间的水流量一定，那么游泳池水 位的高度与进水的时间是一一对应的。我 们就可以通过设定注水时间，是游泳池的 水位达到希望的高度。可以通过定时器来 完成注水。将注水的时间（假设为 2 小时） 设定到定时器中，开启进水阀注水，一旦 时间到达，定时器就会通知进水阀门关闭， 停止向游泳池注水。 开环 控制系统 的概念 开环控制系统：控制系统的输出量不 对系统的控制产生任何影响，这种控制系 统称为开环控制系统。 开环控制系统再日常生活中的用途很 广，如十字
12、路口的红绿灯定是控制系统。 楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警 系统等。 。 案例 分析三： 自动门的 控制系统。 PPT 展示“自动门的控制系统。” 教师引导学生：门的开关靠什么来实 现？ 教师：电机的转动收什么的控制？ 教师：现在请同学们用类比的方法指 学生阅读案例， 思考并回答。 学生：靠电机的 转动。 学生：受控制电 教师对学 生进行技术思 想和方法的指 导，使学生获 得智慧 出执行器，控制器，输入，输出对应关系。 路的控制。控制电路 根据宏伟装置检测到 得信号发送控制信号 给电机。 总结：1、一般情况下定时器控制的都 是开环控制系统。 2、三个例子的共同点：控制系 统的输出量不对系
13、统的控制产生任何影响， 这种控制系统称为开环控制系统。 马上行动：控制系统。 列举你所知道的开环控制系统。 定时 器类开环 控制系统 定时器游泳池注水；电 风扇的风速控制；十字路口 红绿灯定时控制系统；洗衣 机定时控制等。 传感 器类开环 控制系统 红外自动门；声控灯， 自动烘手机；各类报警器； 自动水龙头等。 控制 系统的方 框图 控制系统的方框图：在控制系统中， 为了分析方便，常采用方框来表示系统的 环节，用单项信号线来表示系统信号的方 向，这种图称为控制系统的方框图，他表 示了系统的各个环节在系统中的位置、功 能和相互之间的关系。 教师：下面我们来试着描写一下自动 门的控制系统方框图 对
14、于开环控制系统，通常可以用下面 的方框图来描述： 控制电路电动机自动门 红外装置检测 人体热辐射发 出的信号（输 入） 门的开启或 关闭（输出） 我们下面来请同学们写一下定时注水 用泳池控制系统的方框图。 由自动门 控制系统到一 般控制系统方 框图由具体到 抽象的一个重 要的思想和方 法。 马上 行动： 用方框图说明下列开环控制系统的工 作过程，并注明方框中的各个环节的具体 内容以及输入量、输出量贺控制量。 音乐喷泉的控制。 公共汽车车门的开关控制。 【小 试验】活 动猴 活动猴 试验目的： 了解开环控制系统的输入与输出之间 的关系。 试验准备： 硬纸片，线，剪刀，笔等。 试验过程： 请同学们
15、拿出准备好的猴子和躯干与 四肢，开始制作自己小组的活动猴。 实验总结： 说一说活动猴这一开环控制系统的输 入量，输出量各是什么？ 再实验过程中，你遇到了那些问题， 是如何解决的？ 为了使猴子有脸部表情，你可以做哪 些改进？ 学生动手做试验。通过试验， 让学生体会控 制系统的的工 作过程，同时 小组合作增强 了学生的团队 意识，培养学 生的综合素质。 课堂总 结： 引导学生对所学内容进行自主归纳回顾本节 内容。 作业：。1.请写出“芝麻开门”声控开门系统的控制 方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型， 亲自把神话变成现实 2.思考： 控制器执行器被控对象输入量输出量 在游泳池注水控制系统中（定时器
16、）， 如果进水管单位时间的水流量不一定，那 么游泳池水位的高度与进水的时间是不是 一一对应呢？如果不是，可能会出现什么 情况？ 教学反思：教学反思： 在教学设计上，不是从概念入手，讲什么是控制系统，什么是开环控制 系统，工作过程如何、框图如何画等， 而是对学生进行技术思想和方法的指导， 通过教具引导学生认识什么是开环控制系统，使学生获得智慧：由自动门控制 系统到一般控制系统方框图由具体到抽象的一个重要的思想和方法。开环控制 系统方框图是对开环控制系统工作过程的总结和概括，学生对书写控制的方框 图较难掌握，因此用“逆推法”分析如何实现门的自动控制。所有，教学难点 的突破，在于前面的铺垫，以充分的铺垫作为突破口，这是教学的原则和教学 艺术的一个重要体现。 在学法指导上，从学生寻找生活中开环控制事例到学生动手试验再到开环 控制系统特征和框图的归纳环环相扣，设计流畅，学生始终参与全程教学活动， 能引导学生思维步步深入，从提出问题、分析问题到解决问题，符合高中学生 认知规律。 本节课为下节课“闭环控制系统”的教学埋下了伏笔，为后续课程的学习打 下了良好基础。 不足：
