資源簡介

土壤濕度報警裝置的設(shè)計與制作
——《開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程》教學(xué)設(shè)計
【課標(biāo)內(nèi)容要求】
理解控制、控制系統(tǒng)的含義及在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。
熟悉簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成與工作過程，理解其中的控制器、執(zhí)行器的作用。
【教學(xué)內(nèi)容分析】
本章位于通用技術(shù)學(xué)科蘇教版教材《技術(shù)與設(shè)計2》的第四章第二節(jié)，主要要求同學(xué)們能夠理解控制系統(tǒng)以及分析開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程。
【教學(xué)目標(biāo)】
1. 通過技術(shù)體驗活動，理解控制系統(tǒng)的含義，熟悉簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程，理解其中控制器、執(zhí)行器等的作用，辨析開環(huán)控制系統(tǒng)的特征。
2. 會用方框圖表達(dá)簡單開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程。
重點：簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程
難點：辨析開環(huán)控制系統(tǒng)的特征
【核心素養(yǎng)指向】
對于技術(shù)意識需要達(dá)到：
能夠運(yùn)用趨勢分析等評估技巧，對某一技術(shù)的未來發(fā)展作出判斷；
具有進(jìn)行技術(shù)決策和對技術(shù)的選擇能力；
對于工程思維需要達(dá)到：
理解系統(tǒng)的基本特性，考察并解釋輸入、過程、輸出及各種因素是如何影響系統(tǒng)的。
能確定影響系統(tǒng)的因素，嘗試通過改變輸入對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
【學(xué)情分析】
在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)完成了《技術(shù)與設(shè)計1》整本書和《技術(shù)與設(shè)計2》前三章的學(xué)習(xí)，能夠達(dá)到之前所學(xué)習(xí)內(nèi)容的知識目標(biāo)和能力要求。但是，本節(jié)課中還設(shè)計到了選修教材《電子控制技術(shù)》的電子知識，需要在課堂上把握好知識的深度和廣度，以免超出本堂課的知識內(nèi)容。
【設(shè)計構(gòu)想】
1．整體設(shè)想
1.經(jīng)歷土壤濕度報警裝置的造作，理解開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成與工作過程，理解控制器、執(zhí)行器在控制系統(tǒng)工作過程中的作用。
2.經(jīng)歷操作具體控制系統(tǒng)的過程,學(xué)會根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求,確定被控量、控制量,會設(shè)計簡單的控制系統(tǒng)方案,初步掌握簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計過程與分析方法。
3.通過操作簡易的土壤濕度報警裝置,學(xué)會根據(jù)方案搭建簡單控制系統(tǒng),并進(jìn)行技術(shù)試驗與調(diào)試,感悟技術(shù)試驗在控制系統(tǒng)設(shè)計中的重要性,學(xué)會通過技術(shù)試驗發(fā)現(xiàn)問題,并進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新,形成創(chuàng)新設(shè)計素養(yǎng)等。
2.教法學(xué)法
教法：任務(wù)驅(qū)動法、項目教學(xué)法
學(xué)法：動手實踐法
3．情境與任務(wù)
任務(wù)一 畫出濕度控制系統(tǒng)的“輸入——輸出模型”
任務(wù)二 寫出開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖
任務(wù)三 土壤濕度報警裝置的操作
4．學(xué)生活動
土壤濕度報警裝置的制作和改進(jìn)
5．核心素養(yǎng)的落實
對于技術(shù)意識需要達(dá)到：
能夠運(yùn)用趨勢分析等評估技巧，對某一技術(shù)的未來發(fā)展作出判斷；
具有進(jìn)行技術(shù)決策和對技術(shù)的選擇能力；
對于工程思維需要達(dá)到：
理解系統(tǒng)的基本特性，考察并解釋輸入、過程、輸出及各種因素是如何影響系統(tǒng)的。
能確定影響系統(tǒng)的因素，嘗試通過改變輸入對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
6.評價設(shè)計
過程性評價：通過課堂中層層設(shè)疑來完成階段性的評價以便更好的進(jìn)行下一步教學(xué)。
終結(jié)性評價：通過動手實踐項目檢驗教學(xué)目標(biāo)的完成度
【教學(xué)活動設(shè)計】
教學(xué)環(huán)節(jié) 教學(xué)過程 設(shè)計意圖（寫出一個環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖，包括：本環(huán)節(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的檢測，核心素養(yǎng)的滲透，重難點的落實）
教師活動 學(xué)生活動
活動情景導(dǎo)入 1.講臺的桌子上有三杯土壤，請一位同學(xué)上來，按照這三杯土壤的濕度從高到低進(jìn)行排序。 2.詢問這位學(xué)生，剛才是如何對土壤濕度進(jìn)行判斷的？ 3.判斷土壤濕度的方法非?？焖俸秃唵危侨绻竽忝扛魩滋?、不定時地檢查土壤的濕度，將整個過程長期進(jìn)行下去，請問還可以保證做到而不會忘記嗎？ 4.我們來看看小明同學(xué)有沒有做到，為了給家里增添一些自然的氣息，小明同學(xué)買了一盆綠植，剛開始小明同學(xué)把綠植照顧得非常好，枝繁葉茂的，但是過了一段時間，由于平時自己忙于學(xué)業(yè)而父母又忙于工作，經(jīng)常忘記澆水，綠植逐漸枯萎了。現(xiàn)在再去補(bǔ)救也于事無補(bǔ)了。 既然不能讓枯死的植物起死回生，那能不能避免此類情況地再次發(fā)生。 請問各位，可以怎么做？ 設(shè)計一款“土壤濕度報警控制裝置” 學(xué)生通過觀察土壤的顏色或用手觸摸土壤的方法，按照這三杯土壤的濕度從高到低進(jìn)行排序，并回答問題 從情境導(dǎo)入，帶入日常生活中會遇到的問題，根據(jù)問題走進(jìn)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生用技術(shù)知識解決問題。
新授內(nèi)容 1.這款裝置本質(zhì)上就是一個系統(tǒng)。 在第三章學(xué)習(xí)“系統(tǒng)與設(shè)計”的時候，我們知道可以用“框圖模型”來表示系統(tǒng)。用方框表示系統(tǒng)的組成部分，箭頭線代表輸入、輸出，現(xiàn)在請你完善該系統(tǒng)的最簡框圖模型。 完善土壤報警控制系統(tǒng)的最簡框圖模型。 通過最簡框圖模型的完善，明確土壤濕度報警控制系統(tǒng)的輸入和輸出
2.既然要設(shè)計系統(tǒng)，那么需要對“土壤濕度報警控制系統(tǒng)”進(jìn)行擴(kuò)展，寫出具體的系統(tǒng)內(nèi)部組成部分，參照剛才那位同學(xué)判斷土壤濕度的過程，將四個選項填入圖當(dāng)中的序號處。（請一位同學(xué)上來把結(jié)果呈現(xiàn)在黑板上） 在剛才那位同學(xué)判斷土壤濕度的活動中，感受到土壤濕度后需要由大腦做出決策判斷，濕度偏低時，大腦發(fā)出指令讓人手按下開關(guān)，做出相應(yīng)動作，接下來燈光被點亮。 這就是一個簡單的土壤報警控制系統(tǒng)的人工控制過程。 像這種，通過若干環(huán)節(jié)來實現(xiàn)控制功能構(gòu)成的裝置稱之為控制系統(tǒng)。 看一下這個系統(tǒng)的輸入量和輸出量，一個是土壤濕度，另一個是LED燈發(fā)光，這兩者有沒有關(guān)聯(lián)，是不是同一性質(zhì)的物理量。 該控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響。這種系統(tǒng)就叫做開環(huán)控制系統(tǒng)。 思考并完善表格 由人工控制感受簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的組成部分
在開環(huán)控制系統(tǒng)中，我們把土壤濕度偏低看作是輸入量，大腦看作是控制器，人手、開關(guān)看作是執(zhí)行器、人手動作按下開關(guān)看作是控制量、LED燈看作是被控對象、LED燈發(fā)光的狀態(tài)看作是輸出量。將這些紅字部分連在一起，就構(gòu)成了開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖。 實物部分用方框框起來與物理量部分以示區(qū)別。 為了簡單的表示控制系統(tǒng)，我們采用的是畫方框圖的方法。 輸入量是外界給系統(tǒng)的一個物理量，控制器是一個具備決策、判斷、指揮的元器件，執(zhí)行器是執(zhí)行相應(yīng)動作的元器件，控制量是執(zhí)行器輸出的信號，被控對象是所要控制的裝置和生產(chǎn)過程，輸出量是控制系統(tǒng)所要控制的量。 思考并理解 明確控制系統(tǒng)的組成部分及其作用
現(xiàn)在要求用自動控制來代替人工控制，把大腦用濕度傳感器和三極管組合在一起的控制電路來代替，同時用三極管來代替執(zhí)行器。 思考并理解 通過人工控制到自動控制的過渡，讓學(xué)生更加深刻理解控制器和執(zhí)行器的作用
活動一：3分鐘 兩位同學(xué)一組，在每組的桌子上有一個用電子元器件搭建好的土壤濕度報警控制裝置。請每一組的同學(xué)把電源接上，分別比較土壤濕度傳感器在空氣中和浸入水中兩種情形下，LED燈發(fā)光的狀態(tài)。請一組同學(xué)來展示 結(jié)論： 傳感器在空氣中，周圍環(huán)境比較干燥時，LED燈發(fā)光；傳感器浸入水中，周圍環(huán)境比較濕潤時，LED燈熄滅。 看起來試驗的結(jié)果符合我們的要求，干燥時亮燈；濕潤時滅燈。 按照要求測試濕度傳感器分別在空氣中和在水中LED燈的發(fā)光情況。 通過動手實踐，完成體驗操作，深刻理解開環(huán)控制系統(tǒng)
活動二：5分鐘 1.接下來，將濕度傳感器擦干后，插入裝了沙土的杯子中，用滴管吸取適量的水，滴加至土壤中，利用滴管上的刻度，記錄到LED燈完全熄滅時，滴入水的總量，以毫升為計量單位,并將數(shù)據(jù)填入表格，同時觀察滴加水的過程中LED燈的現(xiàn)象。 在沙土中滴入水，記錄LED燈熄滅時滴入水的總量 培養(yǎng)學(xué)生的探究精神
請一兩位同學(xué)描述觀察到的現(xiàn)象。 思考：為什么不同組在燈光熄滅時滴入水的總量不同； 2.將濕度傳感器插入土壤中保持不變，電路中有一個可變電阻Rp1,可以通過螺絲刀插入到白色部分的十字凹槽中，旋轉(zhuǎn)旋鈕，嘗試調(diào)節(jié)可變電阻Rp1，觀察LED產(chǎn)生的現(xiàn)象。 請一位同學(xué)描述觀察到的現(xiàn)象。 LED燈隨著可變電阻的調(diào)節(jié)亮暗程度變化 3.調(diào)節(jié)Rp1對于土壤濕度報警控制系統(tǒng)來說有什么實際的作用？ 請同學(xué)嘗試回答 可以改變報警時的設(shè)定濕度值。 操作、思考并回答 培養(yǎng)學(xué)生思考能力和探究精神
通過對控制器的調(diào)節(jié)可以滿足不同控制目標(biāo)和控制條件的要求 小結(jié) 對控制器進(jìn)行探究
1.采用燈光報警有沒有什么問題？ 不易引起注意 2.除了燈光報警以外，還有什么樣的報警方式？ 3. (2分鐘)嘗試搭建一個包含聲音報警的電路 思考并回答 對被控對象進(jìn)行探究
討論交流 1.思考討論：在日常生活中有沒有常見的開環(huán)控制系統(tǒng)？ 2.選取一兩個同學(xué)，將控制方框圖在磁性貼紙寫下，排布到黑板上。 思考并回答 培養(yǎng)學(xué)生思考能力和探究精神
課堂總結(jié) 總結(jié)開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程 思考并回答 回顧知識點
板書設(shè)計
開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程
定義：輸出量不影響系統(tǒng)控制
特點：輸出量與輸入量不一樣
方框圖
案例啟示
通過情景教學(xué)法，在操作土壤濕度報警裝置的過程中，完成對開環(huán)控制系統(tǒng)基本組成和工作過程的認(rèn)識和理解，同時注重對學(xué)生動手實踐能力、獨立思考精神、團(tuán)隊協(xié)作意識和探究精神的培養(yǎng)

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