苏教版技术与设计2第四单元控制与设计第二节控制系统的工作过程与方式教学设计12页

—1—课题：控制系统的工作过程与方式(苏教版高中通用技术必修2第四章第二节)设计缘起随着科学技术突飞猛进的发展，技术日益成为我们生活中几乎无时不在、无处不在、无所不在的客观存在，成为引起社会变化、塑造社会变化和应对社会变化的重要因素。因此，技术素养是当代青少年的基本素养，通用技术课程是普通高中学生人人必须休学的课程。通用技术课程是一门立足实践、注重创造、高度综合、科学与人文融合的课程。它的学习过程是同学们主动建构知识、不断拓展能力、形成良好情感态度与价值观的过程，是一个富有生机、充满探索、方式多元的活动过程。而恰巧本节内容正是迎合了通用技术新课程标准的规定，本节教学内容除了能继续加深学生对技术与设计的知识的认识和技能的掌握外，更是培养学生技术思想和方法的很好的平台和载体，也能在本节教学内容的学习之后学会认知、学会生活、学会做事，能端正学习态度和具有正确的价值观和世界观。基于此，本人就设计了《控制系统的工作过程与方式》这个课题。一、教材分析本节内容是苏教版“技术与设计2”第四单元第二节的教学内容。从全章的知识结构来看，“控制系统的工作过程与方式”是在学生学习了控制的手段与应用之后编排的，是对控制进一步的学习。这些知识在生产和日常生活中有广泛的应用，与现代科学技术紧密相关。就本节内容来说，它不但是理解控制系统的类型、组成以及它们是如何工作的基础，而且也为下一节理解闭环控制系统的干扰与反馈打下基础，通过学习也有助于学生今后运用简单的控制方法解决现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的思维品质。因此，本课教学非常关键，是承上启下的核心内容。我们知道，生活中有许多简单控制系统的实例，因此，本课教学要从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，了解两类控制系统，即开环控制系统和闭环控制系统，特别是要对开环控制系统和闭环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。本节要突出的重点是：对控制系统和开环控制系统以及闭环控制系统的理解以及用方框图描述开环和闭环控制系统的工作过程。本课要突破的难点是开环控制系统和闭环控制系统的工作过程分析。二、学情分析学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究欲望的。本节课的教学除了继续加深技术与设计的知识深度和技能程度外，更是培养技术思想和方法的很好的平台和载体。因此，应多从贴近学生生活的经验出发，从实例分析入手，逐步归纳出对控制系统的一般认识，并能对开环控制系统和闭环控制系统的工作过程与方式进行分析。提高学生认知主要从以下几个方面：一是系统分析方法的运用，就是用系统的方法分析、建构控制部分；二是控制过程思维的培养，只有对控制有过程的思想，才能用多个各自能独立，又能有效配合，组成一个有机整体，起控制作用的功能。生活中不乏简单控制系统的应用，学生对此往往习以为常。本部分内容学习，正是要引导学生从技术的角度、用控制的思维看周围世界，分析其道理。教学就是要对针对学生认识的特点，运用多种教学手段和媒体，设置多种情景帮助学生分析、归纳和提升。—2—三、教学目标【知识与技能】1.了解控制系统及开环与闭环控制系统的含义，知道控制系统中每个环节的作用及它们之间的关系。2.分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。3.能分析生活中典型的控制案例。了解开环控制系统的特征并能预测可能的控制结果。4.熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图。理解闭环控制系统中的控制器、执行器及检测装置的作用。5.掌握常用开环与闭环控制系统的建构方法，并对生活中遇到的案例进行分析。6.初步掌握开环与闭环控制系统的区别与联系。【过程与方法】鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、思考、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是理解闭环控制的工作过程以及其构成的作用。1、通过师生的共同交流和探究，引导学生通过自主观察、思考、总结，在与他人的交流中领悟控制的一些思想和方法。2、感受开环与闭环控制的过程，学习常见的控制方式和方法，并能进行较为系统的分析。【情感、态度、价值观】形成对控制方法及应用的积极态度和认识，增强对产品控制方面的技术感悟，提高探究欲望，保持积极进取的信心。通过领略一些控制系统的奇妙，激发学生探索生活中喜闻乐见的控制系统的兴趣，在体验性学习过程中，培养细心观察和相互交流的学习习惯与合作精神。提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望，并能保持积极审慎的态度。四、教学重点与难点【教学重点】对控制系统和开环及闭环控制系统的理解以及用方框图描述开环和闭环控制系统的工作过程；对生活中的典型案例进行分析。【教学难点】开环控制系统和闭环控制系统的工作过程分析。五、教具资源准备多媒体课件，自制教具，教学辅助教具六、教学流程游戏互动导入新课→问题引导道出新知→案例分析共探新知→案例呈现巩固新知→亲历亲为感悟新知→课堂总结布置作业—3—教学过程共计2课时教学流程学与教设计意图第1课时游戏互动,导入新课引入：控制并不是人类的天外来客，它渗透在我们生产和生活的方方面面。理解控制、善于控制，已经成为我们每个人日常生活中不可缺少的基本能力。知道控制就是人们按照自己的愿望或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。那任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，我们把它称为控制系统。在学习控制系统前大家一起来玩一个我们儿时的游戏：蒙眼睛画眼睛的游戏。教师：我们同学刚才在控制手去画眼睛的时候如果蒙着眼睛去画，把这个本来貌似很帅的小帅哥画的很对不起观众，而睁开眼睛看着人脸控制手去画就把这本来很美的女孩画得更是楚楚动人了，起到画龙点睛的作用。这是为什么呢？为什么同样一个人去画眼睛会产生不同的效果呢？他的这个控制过程中涉及到哪些关键性的环节呢？带着这些疑惑我们来共同学习这一节的内容。开门见山首先提出控制的概念和控制的类型，帮助学生形成认知体系。在正式学习新的知识之前，用一个学生儿时玩过的的游戏来自然过渡到本节的学习内容：控制系统的工作过程与方式。这样可以激发学生的参与积极性，使其能把注意力集中到课堂上来，并由此向学生抛出一系列问题，让其体会并思考这些问题，带着这些疑惑进入新的知识的学习，这样可以避免通用技术教学以往的教学误区，真正做到学与教得同步，教师轻松的教，学生快乐的学，让学生喜欢上这门学科，这样方可达到课堂的有效教学。也体现了通用技术学科的课程性质。—4—问题引导,道出新知一、控制系统1.自行车传动系统由哪些部件构成？脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮等教师：踩动脚蹬的力是该控制系统的输入，车轮的转速是该控制系统的输出，踩动脚蹬的力越大，车轮的转速就越快。2.电风扇的风速控制电风扇风速的档位风速（输入）（输出）教师:给电风扇设定风速档位，电机就以一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。风速档位是该控制系统的输入，扇叶转动的风速是该控制系统的输出，一个档位对应着一个风速。小结:任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。开环控制系统控（openloopcontrolsystem）制系统闭环控制系统(closedloopcontrolsystem)二、开环控制系统在水箱注水控制系统中，如果进水管单位时间的水流量一定，那么水箱水位的高度与进水时间是一一对应的。水箱定时注水控制系统：教师：我们可以通过设定注水时间，使水箱的水位达到希望的高度。将注水的时间值（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，停止向水箱注水。水箱的水位只受设定的注水的时间控制。这里，输入为设定的注水时间，输出是水箱的水位。用学生比较熟悉的例子去帮助他们分析要学习的知识，这样可以让学生能更有体会地去接受新的知识。通过两个例子把控制系统这个概念呈现出来，在例子中已经较清楚地道出了系统的每个环节，要是实现一个控制就需要把这些环节放在一起构成一个有机整体，这个整体就是控制系统。并简要提了一下控制系统的分类，为接下来的内容做一个铺垫。用自制的水箱注水的控制模型来学习开环控制系统，这课堂上找两个学生来操作这个控制系统，其他同学认真观察，发现其控制的过程和有哪些控制的环节。并由此引出闭环控制系统的概念。用自制教具来实现开环控制系统的学习可以激发学生的创造欲望，可能使其爱上发明创造，这样也体现了通用技术学科的课程价值。脚脚踩踩的的力力（（输输入入））脚脚蹬蹬、、曲曲柄柄、、链链轮轮中中轴轴、、链链条条、、飞飞轮轮自自行行车车行行驶驶的的速速度度（（输输出出））水箱进水阀门定时器水流量电机、扇叶水箱的水位（输出）设定时间（输入）—5—案例分析,共探新知小结：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。教师：开环控制系统在日常生活中的用途很广，如十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。大家一起来欣赏一下一段有关自动门的搞笑视频。【案例分析】自动门的控制系统。视频播放教师：为了方便人们的出入，一些医院手术室、现代化的宾馆和银行等都安装了自动门。当有人走近大门时，大门就会自动打开。这是为什么呢？控制分析：当人走近自动门时，门上方的红外装置检测到人体热辐射发出的红外信息，控制电路接收到该信号后，便会发出相应的指令，启动电机运转，从而带动门自动开启（或者控制气动装置，使门向两边打开）。当门开启之后，控制电路将作出判断，如果没有人在门四周，就通知电机做反向运转，使门关闭。自动门控制系统教师：如果把红外装置是否检测到人体热辐射发出的信号看做输入量，门的开启或关闭看做输出量，那么自动门的工作原理可用下面的方框图来描述：红外装置是否检测到门开启人体热辐射与关闭发出的信号（输出）（输入）小结：在控制系统中，为了分析的方便，常采用方框图来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图，它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。举出生活中常见的开环控制系统的例子，让学生能对开环控制有一个较清晰的了解。并用自动门这个案例来更加具体和形象的去阐述开环控制系统。学生：观看搞笑视频，在愉快轻松的环境中看完这个视频案例。这个搞笑视频看完后，让学生思考自动门的控制过程，找几个学生起来和大家分享自己的认知，教师此时开始肯定和否定一些学生的认识，并由此而引发学生的认知冲突，借此契机，教师帮助学生共同分析控制门的工作原理和控制过程。建构起控制系统的工作过程与方式这个新的知识体系。红外传感器电机控制电路控制电路电机自动门—6—案例呈现,巩固新知对于开环控制系统，通常可以用以下的方框图来描述：控制量输入量（（输出量）单次投掷篮球的控制过程角度与力的大小期望值（落点）【案例呈现】霓虹灯控制系统到了晚上，大街上五彩缤纷的霓虹灯不停地闪烁，吸引着顾客的眼球。如果让灯泡按照我们预想的方式去闪烁，应该怎样去控制？任务描述：制作一个简单的霓虹灯，霓虹灯共有九个发光二极管组成，从第一个发光二极管开始，依此轮流发光，不断循环往复。设计构思：引入十制计数器后，手动控制的问题解决，即以不断按键的方法改变ＣＰ端的电压，发光二极管就可以依此发光了。如果有一个脉冲发生电路，能够自动不断地改变ＣＰ端的电压，我们可以用５５５电路来实现。结合具体控制系统，师生共同分析。在过程中让学生掌握概念和知识，理解控制系统方框图的表示和意义，对控制系统的每个环节有一个具体直观的认识。学生对概念和控制系统的工作过程和方式的理解深度将在下面的学习中得到验证。教师道出为了易于表达，我们用方框图来表示一个控制的过程和方式。这个方框图能够表示系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。此处把开环控制系统的方框图用