資源簡介

(共17張PPT)
控制系統的三個環節
01
輸入
02
計算
03
輸出
獲得數據或指令
干預環節（人工干預或自動運算干預）
運行之后的結果（事物發展的預期結果）
控制系統的計算環節
自動運行干預
人為干預
傳統水壺燒水
電熱水壺燒水
在控制系統的輸入、計算、輸出環節，有些需要人工干預才能完成控制，有些可以自動控制。
人工控制與自動控制
一
這一類控制都需要人工干預（根據觀察或者感受來進行判斷）進行控制。
人工控制
這些控制系統會測量輸出值，輸出值的變化影響到輸入端，再與預設的目標值進行比較，從而實現自動控制。
自動控制
距離
光線
人工控制與自動控制
一
比如：在聽音樂時，如果音量不合適，需要人為操作來調節音量；
人工控制
比如：早上洗臉放水時，臉盆里的水到達一定量后，需要人為觀察后，關閉水龍頭閥門。
人工控制與自動控制
一
比如：熱保溫控制系統的水壺會根據加水容量、水溫等信息自動控制燒水的時間；
自動控制
比如：空調系統通過溫度傳感器測量室內溫度，將室內溫度與預設溫度比較，調節出風口的風速和壓縮機的功率。
人工控制
自動控制
任務一：人工控制與自動控制
下面哪些是人工控制，哪些是自動控制，把圖片拖動到相應的區域內。
空調吹風，為什么會吹一會，停一會呢？
人工控制與自動控制
一
人工控制與自動控制
一
恒溫控制系統
生活中，還有哪些恒溫控制系統呢？
電冰箱
熱水器
智能恒溫魚缸
恒溫水壺
像空調這樣，當室溫已經降到了我們設定的溫度，空調就會停止吹冷風；當室溫再次高于我們設定的溫度，空調就會重新吹冷風，直到達到設定溫度。
這樣的控制系統，我們稱為恒溫控制系統。
恒溫槽實驗
二
可以通過簡易的恒溫槽實驗，模擬恒溫控制過程，觀察輸入、計算、輸出三個環節，來分析這個控制系統的運行過程。
恒溫槽實驗
二
設定：預設恒溫溫度值。（你希望這個恒溫槽保持怎樣的一個恒溫，如35℃）
檢測：溫度傳感器檢測槽內溫度，并顯示在控制板顯示模塊。
調節：檢測到的槽內溫度與預設的恒溫溫度進行比較，當槽內溫度低于預設溫度時，啟動加熱電阻進行加熱，當槽內溫度等于預設溫度時，關閉加熱電阻。
輸入
計算
輸出
設定的溫度值
傳感器獲取的溫度值
控制模塊的判斷與調節
反復判斷
實際的溫度
任務二：恒溫槽控制系統的運行實驗
打開桌面上的“恒溫槽實驗”，啟動恒溫槽控制系統，設定一個恒溫溫度數值，如30℃，然后觀察系統的運行狀態，分析該系統的輸入、計算、輸出，完成恒溫槽實驗記錄表。
時間/分 顯示溫度/℃ 輸入 計算 輸出
1 28 溫度傳感器檢測數值（28） 檢測值小于預設值（28<30） （啟動）加熱電阻
2 溫度傳感器檢測數值（ ） 檢測值（ ）預設值（ ） （ ）加熱電阻
溫度傳感器檢測數值（ ） 檢測值（ ）預設值（ ） （ ）加熱電阻
溫度傳感器檢測數值（ ） 檢測值（ ）預設值（ ） （ ）加熱電阻
設定溫度：（30）℃【在30-40之間】
恒溫槽實驗記錄表
恒溫槽實驗
二
時間/分 顯示溫度/℃ 輸入 計算 輸出
1 28 溫度傳感器檢測數值（28） 檢測值小于預設值[28<30] （啟動）加熱電阻
2 29 溫度傳感器檢測數值（29 ） 檢測值（小于 ）預設值[ 28<30] （ 啟動）加熱電阻
3 30 溫度傳感器檢測數值（30 ） 檢測值（ 等于）預設值[30=30] （關閉 ）加熱電阻
4 31 溫度傳感器檢測數值（31 ） 檢測值（大于 ）預設值[31>30] （關閉 ）加熱電阻
設定溫度：（30）℃【建議在30-40之間】
恒溫槽實驗記錄表
通過實驗數據，可以發現這個控制系統屬于 系統[人工控制/自動控制]。
恒溫槽加熱電阻是否啟動，跟 和 有關。
溫度傳感器檢測數值
自動控制
預設恒溫溫度
恒溫槽實驗
二
一般來說，在設計控制程序時，一般會設置一個溫度區間來控制是否執行加熱。
例如，預設值為37℃，恒溫槽控制溫度在36℃-38℃的區間內，當溫度低于下限36℃時啟動加熱，當溫度達到上限38℃時停止加熱。
你知道為什么嗎？
任務三：探究設置溫度區間實驗
打開桌面上的“恒溫槽實驗（無區間溫度）”，啟動恒溫槽控制系統，設定一個恒溫溫度數值，如32℃，然后觀察系統的運行狀態，回答下面問題。
通過觀察系統運行狀態，你發現了什么？
根據實驗數據，我明白了恒溫槽實驗控制時設置溫度區間的原因是：
。
加熱電阻頻繁啟停
可以減少加熱電阻頻繁啟停的情況，有利于精準控制恒溫槽的溫度。
執教者：
人工
控制
恒溫槽
實驗
輸入
計算
輸出
自動
控制
設定的溫度
根據設定溫度與實際溫度進行判斷，是否啟動加熱電阻
實際的溫度中小學教育資源及組卷應用平臺
第8課　體現控制系統
教材分析：
本課內容作為控制系統典型三個環節的綜合應用，充分體現了控制系統的影響與應用場景，既是對六年級深人學習控制系統所做的鋪墊，也承接五年級上冊第三單元的學習。本課引入了自動控制與人工控制兩種控制形式，再以簡易恒溫槽作為典型的自動控制系統，進行分析與實驗，初步認識自主可控對控制系統的重要性。
本課通過仿真模擬恒溫控制過程，觀察輸入、計、輸出三個環節，分析這個控制系統的運行過程，在教學中，采用記錄、觀察等方法發現自動恒溫的原理，并對恒溫槽進行改進。
預設教學目標：
1. 通過生活中的實例分析，理解人工控制與自動控制的特點。
2. 通過實例研究，理解不同控制方式下的輸入、輸出形式。
3. 通過恒溫槽實驗，學會自動控制的基本算法。
預設教學重點：
理解不同控制方式下的輸入、輸出形式。
預設教學難點：
理解不同控制方式下的輸入、輸出形式。
預設教學課時：
1課時
預設教學準備：
學習任務單、極域電子教室、教學課件、恒溫槽實驗仿真系統等
預設教學過程：
一、溫故知新
1.通過前面三節課的學習，我們對控制系統的三個環節已經有了比較深入的了解，輸入-計算-輸出三個環節。在探究計算環節時，當時我們使用了傳統水壺燒水和電熱水壺燒水兩種不同的控制系統進行了對比，還記得他們之間的區別是什么嗎？
是的 ，一種是人工干預，一種是系統自動運行干預，在控制系統的輸入、計算、輸出環節，有些需要人工干預才能完成控制，有些可以自動控制。
二、新知建構
【人工控制與自動控制】
1.人工控制：這一類控制都需要人根據觀察或者感受來進行判斷并干預。
在探究電燈的不同輸入形式時，想一想，這里的頂燈和臺燈，哪一種是人工控制？
是的，頂燈是通過開關來控制的，屬于人工控制。
2.自動控制：這些控制系統會測量輸出值，輸出值的變化影響到輸入端，再與預設的目標值進行比較，從而實現自動控制。
臺燈控制系統就屬于自動控制，它會測量距離值和光線值，距離值和光線值的變化影響到輸入端，再與預設的目標值進行比較，從而打開或關閉臺燈。
3.舉例說明
比如：在聽音樂時，如果音量不合適，需要人為操作來調節音量；
比如：早上洗臉放水時，臉盆里的水到達一定量后，需要人為觀察后，關閉水龍頭閥門。
這些需要人為觀察或人為操作來調整的就是人工控制。
比如：熱保溫控制系統的水壺會根據加水容量、水溫等信息自動控制燒水的時間；
比如：空調系統通過溫度傳感器測量室內溫度，將室內溫度與預設溫度比較，調節出風口的風速和壓縮機的功率。
這些就是屬于自動控制系統。
4.任務一：人工控制與自動控制
下面哪些是人工控制，哪些是自動控制，把圖片拖動到相應的區域內。
【恒溫槽實驗】
1. 空調吹風，為什么會吹一會，停一會呢？
2.觀看視頻，再來說一說。
像空調這樣，當室溫已經降到了我們設定的溫度，空調就會停止吹冷風；當室溫再次高于我們設定的溫度，空調就會重新吹冷風，直到達到設定溫度。
這樣的控制系統，我們稱為恒溫控制系統。
3. 生活中，還有哪些恒溫控制系統呢？
學生回答，教師補充。
電冰箱、熱水器、智能恒溫魚缸、恒溫水壺等
4. 可以通過簡易的恒溫槽實驗，模擬恒溫控制過程，觀察輸入、計算、輸出三個環節，來分析這個控制系統的運行過程。
介紹簡易恒溫槽實驗。
設定：預設恒溫溫度值。（你希望這個恒溫槽保持怎樣的一個恒溫，如35℃）
檢測：溫度傳感器檢測槽內溫度，并顯示在控制板顯示模塊。
調節：檢測到的槽內溫度與預設的恒溫溫度進行比較，當槽內溫度低于預設溫度時，啟動加熱電阻進行加熱，當槽內溫度等于預設溫度時，關閉加熱電阻。
想一想，這個恒溫槽實驗的輸入、計算、輸出環節分別是什么？
5. 任務二：恒溫槽控制系統的運行實驗
打開桌面上的“恒溫槽實驗”，啟動恒溫槽控制系統，設定一個恒溫溫度數值，如35℃，然后觀察系統的運行狀態，分析該系統的輸入、計算、輸出，完成恒溫槽實驗記錄表。
學生練習，填寫實驗記錄表。
反饋交流。
通過實驗數據，可以發現這個控制系統屬于自動控制系統。
恒溫槽加熱電阻是否啟動，跟溫度傳感器的檢測溫度和預設恒溫溫度有關。
除此之外，你有沒有發現，當你預設的恒溫溫度值是30℃時，它保持的溫度在哪個區間變化？（學生回答 29℃-31℃）
6. 一般來說，在設計控制程序時，一般會設置一個溫度區間來控制是否執行加熱。
例如，預設值為30℃，恒溫槽控制溫度在29℃-31℃的區間內，當溫度低于下限29℃時啟動加熱，當溫度達到上限31℃時停止加熱。
你知道為什么嗎？
7.我們通過沒有設置區間溫度的恒溫槽系統來進行探究。
任務三：探究設置溫度區間實驗
打開桌面上的“恒溫槽實驗（無區間溫度）”，啟動恒溫槽控制系統，設定一個恒溫溫度數值，如32℃，然后觀察系統的運行狀態，回答下面問題。
通過觀察系統運行狀態，你發現了什么？【加熱電阻頻繁啟停】
根據實驗數據，我明白了恒溫槽實驗控制時設置溫度區間的原因是： 可以減少加熱電阻頻繁啟停的情況，有利于精準控制恒溫槽的溫度 。
三、揭題并總結
1.今天我們通過簡單的恒溫槽實驗模擬了恒溫控制系統，體驗了控制系統的輸入、計算、輸出的三個不同環節，了解了輸入和輸出在不同控制方式下的不同形式。
2.通過體驗控制系統，我們進一步知道了有些需要控制系統需要人工干預才能完成控制，有些可以自己控制。恒溫槽實驗就是一個自動控制系統。誰再來說一說它的運行過程，講出它的三個環節。
3.登錄學科學習平臺，將完成的課堂練習上傳到平臺，并完成平臺上的測評。
【課后反思】
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共4張PPT)
班級： 學號： 姓名：
任務一：人工控制與自動控制
下面哪些是人工控制，哪些是自動控制，把圖片拖動到相應的區域內。
任務二：恒溫槽控制系統的運行實驗
打開桌面上的“恒溫槽實驗”，啟動恒溫槽控制系統，設定一個恒溫溫度數值，如30℃，然后觀察系統的運行狀態，分析該系統的輸入、計算、輸出，完成恒溫槽實驗記錄表。
時間/分 顯示溫度/℃ 輸入 計算 輸出
1 28 溫度傳感器檢測數值（28） 檢測值小于預設值（28<） （啟動）加熱電阻
2 溫度傳感器檢測數值（ ） 檢測值（ ）預設值（ ） （ ）加熱電阻
溫度傳感器檢測數值（ ） 檢測值（ ）預設值（ ） （ ）加熱電阻
溫度傳感器檢測數值（ ） 檢測值（ ）預設值（ ） （ ）加熱電阻
設定溫度：（ ）℃【在30-40之間】
恒溫槽實驗記錄表
任務三：探究設置溫度區間實驗
打開桌面上的“恒溫槽實驗（無區間溫度）”，啟動恒溫槽控制系統，設定一個恒溫溫度數值，如32℃，然后觀察系統的運行狀態，回答下面問題。
通過觀察系統運行狀態，你發現了什么？
根據實驗數據，我明白了恒溫槽實驗控制時設置溫度區間的原因是：
。
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