資源簡介

技術與設計2
第四單元 控制與設計
本章教材分析：能結合一定的事例，理解控制的含義及其在生活和生產中的應用。
2、能夠分析典型的案例，了解手動控制和自動控制，熟悉
第一節 系統的結構（1課時）
一、教材分析
[教材給出的學習目標]
理解控制的含義。
了解控制的手段。
理解控制在生活和生產中的應用。
[教材分析]
本節教材由1.控制的手段，2.控制的應用，等2小節組成。
本節的關鍵詞是：控制、控制現象、控制目的和控制手段、人工控制和自動控制。
本節以自然界事物的發展與變化的多種多樣引入，通過大禹治水、射手射擊等控制的事例，說明人們要實現自己的意愿或目的，就要通過一定的控制手段。在教學控制的手段和控制的應用等內容時，應注意從身邊的事例和現象入手，讓學生了解控制的對象，控制的目的，采取怎樣的手段實現控制，以及控制在生活和生產中得到 的廣泛應用。通過控制在人們日常生活和生產中運用的實例分析，使學生進一步理解控制在生活和生產中應用的廣泛性和重要性。
二、學情分析
本學期，高二學生對技術的一些基本特性有所了解和掌握，他們對控制知道一些，但是對于控制對象、目的、手段知道的有所限制，對于控制的理解不夠深入。
三、教學目標
1、知識與技能：知道事物發展與變化的多樣性；理解控制的含義；明確控制更象中的控制對象、控制目的和控制手段；了解控制有人工控制和自動控制。
2、過程與方法：通過分析典型的案例，理解控制和控制現象；了解控制在生活和生產中的應用。
3、情感態度與價值觀：對控制技術產生強烈的興趣和好奇心，并把它轉化為對后續知識學習的動力?？偟哪繕耸鞘箤W生具有初步的理解、使用和評價控制技術的能力，其技術素養得到相應的提高。
四、教學重難點
教學重點：控制的含義；控制現象的要點；控制對象、控制目的和控制手段。
教學難點：控制在生產和生活中的應用；列舉控制應用的例子，并說明自己對它們的理解。
五、教學方法
　　講授法、討論法、案例分析法、對比分析法。
六、教學準備
1、教具：臺燈、自制投影片
2、教學設備：電腦，投影儀
七、教學過程：
1、導入
【師：】：提線木偶、皮影戲是我們中國傳統的民間文藝項目，現在我們大家一起來欣賞一段“提線木偶戲”視頻的欣賞。
【師：】小猴子如何表演各種動作呢？（生：表演者的控制）在我們日常生活中經常會聽到“控制”這個詞，那同學們你們能說出幾個來嗎？
生：（略）
【師：】 控制在社會生活中無不存在。是普遍存在。玩飛鏢時要控制手的方向、騎自行車、使用電風扇、空調、農田灌溉……（用一些典型的、生活中的例子讓學生了解控制是普遍存在，對控制有初步的認識，打破其神秘感。）
【師：】我們可以看到：控制并不是人類的天外來客，它從古至今都滲透在我們的生產和生活的方方面面。理解控制，善于控制，已經成為我們每個人日常生活中不可缺少的基本能力。
2、新課講授
【師：】那么在生活和生產中，人們為什么要研究和應用控制呢 事物的發展與變化具有多樣性。
生：P96 馬上行動
【師：】事物的發展結果可能是人們預先希望的，也可能與預期的目標不相符，甚至是不希望得到的。如果人們想達到某一特定的目的，就必須借助適當的手段來實現。
那么，運用什么手段來實現呢？下面大家閱讀一下書上P96的案例分析，看看大禹是借助怎樣的手段治水的？
【師：】閱讀P96案例分析，思考問題。
大禹和他父親的目標是什么？
這個時間的對象是什么？
他們分別采取了什么手段？
結果一樣嗎？
那么大禹治水這個事件叫控制現象嗎？他父親治水這個事件呢？
【師：】像大禹這樣，為了達到一定的目的，通過了適當的手段，使事物朝著自己期望的方向發展的過程就叫“控制”。
PPT 展示 “控制”的定義（引入控制的概念）
1）控制的涵義
控制是根據自己的目的，通過一定的手段使事物沿著某一確定方向發展的行為和過程。（在我們的生活中，存在著各種各樣的控制現象：比如很多同學每天都是騎著自行車來上學的，在行車過程中，我們通常要控制自行車的速度，方向，遇到紅燈等情況還需要控制剎車減速。）
*問：在自行車中存在哪些控制現象？
生：（略）剎車控制、速度控制、方向控制
【師：】從剛才大禹治水的事例我們知道，控制有它的目的，手段和對象。
舉例說明 （大禹治水、電風扇、人力車）
（自行車的方向控制問題，其控制的對象是自行車，控制的目的是為了改變方向，控制的手段是汽車人通過雙手轉動車把改變前輪的方向并帶動后輪。）
所以說，理解任何控制現象，都要明確控制的對象是什么，控制要達到什么目的和采用什么控制手段。
PPT 展示控制的“三要素”
那么同學們你們能不能例舉一下我們的生活中有哪些控制現象，能否找出它的“三要素”
生：尋找自己身邊的控制現象，明確它的目的，對象和手段.
P97 馬上行動
控制手段的分類
師：控制的實現需要通過一定的手段，那么到底有哪些類型的控制呢？
在過去或者是有些特定的時候，控制的過程是在人的直接干預和全程干預下進行的，我們稱之為人工控制。
PPT 展示有關人工控制的圖片
隨著科學技術的發展，控制手段得到了迅速發展，出現了自動控制。這種控制是在無人參與的情況下，使得事物的變化準確地按照期望的方向進行。
PPT 展示有關自動控制的圖片
師：那我們剛才例舉的控制現象中哪些是人工控制，哪些又是自動控制呢？
自動控制：洗衣機，冰箱，電風扇，電視機。
人工控制：拖地板，騎自行車。
隨著科技的進步，許多以前是手工控制的正在向自動控制演變。
PPT 展示一些有過去手工控制向現在自動控制演變的事物的圖片。
生：閱讀P98案例分析\
師：其實控制手段的分類并不是唯一的，我們還可以按照執行部件的不同分為機械控制，氣動控制，液壓控制，電子控制等。
舉例說明：PPT 展示圖片
機械控制：自行車的制動系統
氣動控制：公共汽車的自動門
液壓控制：三峽大壩的船閘控制系統
電子控制：學校的音樂鈴聲等。
控制的應用
師：控制的應用自古就有，在近代得到了迅速的發展，它涉及社會生產，生活的各個領域。我們可以用兩個詞來概括它：廣泛性，重要性。
PPT 展示 工業生產領域控制的應用（汽車自動裝配生產線，汽車噴漆房）
PPT展示 農業生產領域控制的應用
PPT 展示軍事國防領域控制的應用
PPT 展示社會生活領域控制的應用
PPT 展示日常生活領域控制的應用
3 小結：
1、控制是普遍存在。要求學生能列舉事例。
2、控制的涵義（對象，目的，手段）。要求學生在理解的基礎上掌握好其控制的涵義。
3、控制的廣泛應用。
本節課主要內容：系統的含義，構成系統的三要素。構成系統的三個要素與系統的含義的關系。
課后反思：
本節課在講授時，使用視頻進行引入，起始學生的興趣較高，但是本節課理論性的內容較多，在后面講授到控制分類時，學生反應平淡。因此，在后面補充此教案時，要重點放在教學內容的后半段。
第二節 控制系統的工作過程與方式（2課時）
教材分析
教材給出的學習目標
1）分析典型案例，熟悉簡單的開環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。
2）熟悉閉環控制系統的基本組成，能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖，理解其中的控制器、執行器的作用。
2、教材分析
本節由“1、控制系統”、“2、開環控制系統”、“3、閉環控制系統”等3小節組成。
控制目的的實現是控制系統直接作用的結果?？刂葡到y通過控制達到預期的目的。根據控制方式的不同，控制系統可分為開環控制系統、閉環控制系統和復合控制系統。
通過游泳池注水、自動門等案例的教學，學生可以理解開環控制系統的特點是輸出量直接受輸入量的控制；從游泳池的水位控制案例可以理解閉環控制系統的關鍵是增加了一個能對輸出量進行檢測的裝置，使輸出量能反饋到輸入端并與給定量比較，從而使輸出量穩定在給定的范圍之內。
二、學情分析
學生對生活中的控制了解的很多，但是對于控制中的給定量與輸出量上的認識有一些偏差。學生對于控制知道的多，但是卻不能很好的表達出來。因此對于本節的內容要選擇學生熟悉的安全進行分析，并注意形象直觀化，最好有實物或模型。
三、教學目標
1、知識與技能：熟悉簡單的開環控制系統的基本組成和簡單的工作過程；熟悉閉環控制系統的基本組成，能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖；理解閉環控制系統中的控制器、執行器的作用；初步理解開環與閉環系統的區別
2、過程與方法：經歷“回想—分析—聯想—猜想”的思維過程，與同學和老師充分溝通和交流，將前面所學的結構、流程、系統與控制的基本知識應用于具體問題的分析，發展創新精神。
3、情感態度與價值觀：提高對生活中技術問題的敏感度和引發出探究欲望，并能保持積極審慎的態度。
四、教學重難點
教學重點： 控制系統的構成；開環系統與閉環系統的構成與判斷。
教學難點： 開環系統與閉環系統的判別。
五、教學方法
　　講授法、討論法、案例分析法、對比分析法。
六、教學準備
1、教具：臺燈、自制投影片
2、教學設備：電腦，投影儀
七、教學過程：
1、導入
【師：】前面我們學習了控制的定義：控 制 是人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展。
那么在我們大家生活中遇到的控制現象，它們是如何工作的呢？今天我們一起來學習 第二節 控制系統的工作過程與方式 （板書）。
新授
A 控制系統
【師：】前面我們在了解有關自行車的控制時，知道自行車中有許多的控制現象。那么，如何控制自行車的行走呢？
（1）自行車行走的控制
（2）電風扇的風速控制
電風扇風速的擋位 電機 扇片 電風扇的風速
（輸入） （輸出）
***控制系統：任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節就構成了一個系統，稱為控制系統?？刂葡到y的輸入和輸出之間有一定的對應關系。
（3）例1：如：電子門鈴的控制系統
輸入：用手按動按鈕開關,輸入一個觸發信號
控制(處理): 音樂集成電路經過觸發后工作,產生一組載有”音樂”的電信號.
輸出: 揚聲器將電信號轉變為音樂聲.
***控制系統的基本特征：一個輸入信號（如手拔開關）對應著一個輸出信號（如燈亮或不亮）
（4）馬上行動：P102馬上行動
是否屬于控制系統 輸入 輸出
電飯煲 是 做飯指令 鍋內的溫度
脫粒機 是 啟動指令 脫粒機脫粒的量
紅外線自動水龍頭 是 人手的紅外信號 出水量
B開環控制系統
（1）觀看視頻“超級連環機關”，注意觀察視頻中有哪些控制裝置（控制系統），其輸入和輸出各是什么？
（2）控制系統分類
開環控制系統 閉環控制系統
（3）例1：游泳池注水（觀看視頻）
一般情況下，一池水需要很長的時間才能灌滿，如果由人工控制整個注水過程，很費時間 。如果進水管的進水量是均勻的，游泳池中的水位高度與進水的時間是一一對應的。我們可以在注水口處裝一個定時器，通過定時器來控制注水過程（時間）。
設定注水的時間-----定時器-----進水閥門-----游泳池-----游泳池的水位
（4）開環控制系統的定義：像這樣信息只從輸入端傳遞到輸出端，沒有信息反饋的控制系統，稱為開環控制系統。
（5）例2：自動門的控制系統（觀看視頻）
體會其工作過程。
（6）開環控制系統的表達：
在控制系統中，常用方框來表示系統的環節，用單向信號線來表示系統信號傳遞的方向，這種圖稱為控制系統的方框圖。
輸入量---控制器---執行器-(控制量)-被控對象----輸出量
開環控制特點：系統的輸出量受輸入量的控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞。（比如開燈）
（7）例3以聲控電燈為例寫出控制過程方框圖
（8）馬上行動： P104
音樂噴泉的控制：
輸入信號：隨著音樂節奏而改變的電信號
輸出信號：和著音樂節奏時起時伏、時緩時急的噴泉水流
公共汽車車門的開關控制：
開關信號
C學生活動：希羅的自動門
要求：閱讀材料，試著寫出該控制系統的工作方式
D體驗開環控制系統：要求學生完成P105頁的紙猴。1）. 說明紙猴的制作要求和制作步驟 2）. 指導學生觀察拉動線繩，紙猴表情的變化（圖略）
八、教學反思
本節課講授的內容是控制系統的工作過程與方式，學生對工作過程有些不理解，對于控制系統的表達方式容易出現的問題是：不使用方框，對于找控制器與執行器有些困難。
（二）第二課時
一、問題引入：
【師】：上節課，我們講到游泳池的注水，使用定時器，會有什么樣的缺陷呢？（演示）
【生】：無法控制具體的注水量。
【師】：現在我們再看看游泳池的注水控制的改進
（演示）
新授：閉環控制系統
1、定義：把系統的輸出量返回到輸入并對控制過程產生影響的控制系統稱為閉環控制系統。
（展示視頻曝殲-11導彈制導畫面 百公里外射入山洞）
2、學生活動：
1）找出身邊開環電子控制系統和閉環電子控制系統的例子。
開環控制系統：電熨斗、電子門鈴、電子調光臺燈、電子手表、程序控制洗衣機、帶遙控電視機
閉環控制系統：空調機、電冰箱、智能電飯煲、現代化農業溫室
（2）閉環電子控制系統與開環電子控制系統相比有什么優點？
閉環電子控制系統具有監測和反饋功能，可以提高控制的精度，而且實現控制的自動化。
根據開環電子控制系統和閉環控制系統的區別進行分析、判斷，在你認為正確的表格中打
㏒ 琰茞 開環電子控制系統 閉環電子控制系統
電子表
電取暖系統
空調
程序控制洗衣機
可調亮度的臺燈
智能洗衣機
電熱水器
分析以下是開環還是閉環，并寫出框圖
家用縫紉機的縫紉速度控制系統：
電冰箱的溫度控制系統
走道路燈的聲光控制系統
白天或夜晚光線較亮時，聲控部分不起作用。當光線較暗時，負載電路的通斷受控于聲控部分。電路是否接通，取決于聲音信號的強度。當聲強達到一定程度時，電路自動接通，點亮白熾燈，并開始延時，延時時間到，開關自動關斷，等待下一次聲音信號觸發。這樣，通過對環境聲光信號的檢測與處理，完成電路通斷的自動開關控制。
交通路口紅綠燈自動控制系統.
4、小結
本節課主要通過與開環的比較講授閉環控制系統，學生對于區別開環與閉環有點困難，對于什么情況下有反饋有些分不清楚，
三、教學反思
本節課的講授效果明顯比上一節課好。上課起始給學生放了一個視頻“郁悶的自動門”，讓學生提起精神。后面講解到閉環控制時，給學生放了視頻“曝殲-11導彈制導畫面 百公里外射入山洞”。對于理科班的學生而言，男生較多，他們對這個視頻比較感興趣。。

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