資源簡介

通用技術教學設計
年級 高二年級 教科書版本 及章節 廣東教育出版社 廣東科技出版社 必修二《技術與設計 2》第四章
課題 第二節 控制系統的組成和描述
課型 新授課 執教人
一、教學內容分析 “控制系統的組成和描述 ”是《通用技術》必修 2 第四章第二節的內容。在本章第一節“了 解控制 ”中， 已經講述了手動控制、自動控制、智能控制、開環控制和閉環控制的基本概念， 本節在上一節的基礎上進一步分析控制系統的組成和描述， 內容主要由兩部分構成， 第一部 分是控制系統的組成， 第二部分為控制系統的框圖表示。第一部分內容， 從學生較為熟悉的 控制系統組成分析入手， 讓學生了解期望值、控制器、執行器、被控對象、被控量、反饋環 節等概念， 同時認識到用一般的定式描述控制系統的必要性。第二部分內容， 是用框圖定式 描述開環控制系統和閉環控制系統，從而把復雜多樣的技術問題變成有章可循的技術問題。 為了貫徹大項目、大單元教學的教學理念， 本課圍繞“通用技術助力疫情防控 ”這一情 境設置了八個教學環節、四個學習任務。第一個教學環節是設置真實情境、引入課題， 在激 發學生學習興趣的同時讓學生明確要設計的項目內容。在這個教學環節中設置了任務一，讓 學生討論傳統疫情防控技術的優缺點， 并提出改進意見。第二個教學環節設置了一個任務二， 學生通過課前預習， 在完成任務二的過程中熟悉控制系統的組成和若干相關的概念。第三個 教學環節是從具體的控制系統案例分析中， 抽象出控制器、執行器等概念， 并用這些概念定 式描述開環控制系統和閉環控制系統。在此過程中， 培養學生的圖樣表達這一學科核心素養。 第四個教學環節是“學以致用 ”，用定式描述框圖描述和分析“體溫測量子系統 ”、“室內溫 濕度測量子系統 ”和“室內消毒子系統 ”。這里設置了一個任務三。考慮到學生的電路知識 的局限性，任務三是在課堂上師生共同分析的基礎上來完成的。第五個教學環節是課堂小結， 及時幫助學生梳理知識，鞏固所學。第六個教學環節設置一個拓展任務，讓學生利用所學， 嘗試著設計一個手部消毒控制系統， 并用框圖表示出來。此過程中， 旨在培養學生的創新意 識、工程思維能力和圖樣表達能力。第七個環節是布置作業。通過課后作業進一步優化和完 善本組設計， 并培養學生的創新意識。第六和第七個環節也為下一節課─“簡單控制系統的 設計和制作 ”作了鋪墊。最后一個環節是結束寄語。通過觀看習近平總書記在第七十五屆聯 合國大會上關于抗擊疫情的講話視頻， 讓學生增強戰勝疫情的信心， 激發學生愛黨、愛國的 熱情，樹立“為中華民族的偉大復興而讀書 ”、“為人類的解放事業”而奮斗的遠大理想。
二、 學習者分析 通過第一節課的學習，學生理解了控制、控制系統的含義及其在生產、生活中的應用； 了解了手動控制、自動控制和智能控制的特點；并初步了解了開環控制和閉環控制及其特點； 對于控制在技術生活中的重要性及控制對社會生活的影響有了初步的認識， 但是對于控制系 統的組成、工作過程和規范、統一的定式描述還缺乏足夠的認識和了解。
三、 學習目標確定 依據課程標準、學業要求和學科核心素養要求， 結合本校學情和實際教學條件， 設定本 節課教學目標如下： （1）技術意識：掌握控制系統的控制器、執行器、控制量、被控對象、被控量、反饋 環節等概念。 （2）工程思維：結合具體案例，分析開環控制系統和閉環控制系統的基本組成和工作 過程。
（3）圖樣表達：熟悉閉環控制系統的基本組成，能畫出簡單的閉環控制系統的方框圖。 （4）創新設計：根據一個技術需求，能設計出一個簡單的控制系統的技術方案。 （5）物化能力：能根據一個具體的控制系統實例，進行控制操作和剖析其工作過程并 畫出控制方框圖。
四、 學習重點難點 （1）教學重點： 理解期望值、比較器、控制器、執行器、被控對象、被控量、反饋環 節等概念。 （2）教學難點：對于具體的控制系統，尤其是電路控制系統，很難準確劃分出控制器、 執行器、比較器、被控對象等環節。
五、教學策略、教學方法設計及課時安排 1.教學策略： （1）項目學習策略：設定真實情境下的真實問題，圍繞解決這個真實問題進行項目設計， 通過學習本節相關知識以及大項目的分析、設計， 鍛煉和提升學生的技術意識、創新設計和 物化能力等核心素養。 （2）多任務驅動策略：在解決問題的過程中，將項目設計細分成若干任務，從而降低難度， 學生通過完成一個個任務最終完成項目學習的目標。 2.教學方法： （1）教法 真實情境下項目引領，多任務驅動：通過真實情境下的項目設計展開教學，通過讓學生自主 學習和分組完成若干任務從而達成教學目標。 （2）學法 學生通過課前預習并完成“預習單 ”，初步了解所學內容；課中在分組完成任務和教師的講 評過程中加深對所學內容的理解， 并在學生活動中鍛煉自己的各方面能力， 提高自己的學科 素養。 3.課時安排： 1 課時
六、 學習評價設計 本課采用過程性評價與總結性評價相結合的評價方式。 （1）過程性評價 在學生活動過程中， 以及學生作品展評時， 及時對學生的表現和作品進行點評。對學生表現 主要從積極因素方面評價， 從而不斷激發學生的學習熱情；對學生的作品要給出客觀的評價， 這樣有利于學生認清自己對知識和技能的掌握情況，幫助學生完善作品。 （2）總結性評價 教師將總結性評價量表預先發送到 UMU 學習平臺上， 供大家總結性評價使用。該表分為三項： 自評、互評和教師評價。 每節課子項目以及單元項目完成后， 學生登錄 UMU 學習平臺， 根據作品評價量規對自己組的 作品及表現賦分， 同時也要對其他小組的作品及表現賦分。教師根據各組的表現， 給出評價 并賦分。
七、 課前準備 1.分組：把學生按 5～6 人一組分成若干學習小組，各小組選出一位組長； 2.布置預習任務：分發“課前預習單 ”，讓學生結合“課前預習單”預習教材 P132-137 的內 容。 3. 教師將總結性評價量表預先發送到 UMU 學習平臺上，供大家總結性評價使用。
八、 學習活動設計
教師活動 學生
活動一、創設情境，引入新課學 生 活 動 1 學生 參與 活動： 分組 討論， 完成 任務 一，并 將結 果填 入學 習任 務單 中相 應欄 中1.展示圖片：自從 2020 年春節前后新冠疫情爆發以來，我們的黨和政府把 人民生命安全和身體健康放在第一位， 以堅定果敢的勇氣和決心， 采取最全面最 嚴格最徹底的防控措施， 有效阻斷病毒的快速傳播鏈條。以上圖片展示的場景大 家應該不會陌生。我們高中生除了響應國家號召， 做好個人防護以外， 是否可以 應用自己所學習的通用技術知識和技能為疫情防控出把力呢？為此，我們提出 “控制技術助力疫情防控”這個項目計劃。 任務一： 仔細觀察上面的圖片， 每個小組選取一個系統進行討論并完成學習任務單中 任務一的相關內容。 2.分組展示學生活動結果 師：上一節課我們學習了控制的基本概念，了解了控制的方式和控制類型及 其特點， 但是要想改進上述的控制系統， 我們僅僅掌握這些知識還遠遠不夠， 比 如：我們還要了解控制系統的組成和控制過程，并能用一定的技術圖樣將其表達 出來。因此， 課前我讓大家預習了“4.2 控制系統的組成和描述 ”的內容， 接下 來我們一起來看看大家預習的效果。設計意圖說明： 創設學生身邊的真實情境， 一方面可以引發學生的學習興趣， 自然而然地引入新課， 另一方面， 通過引導學生關注社會熱點問題， 也可以培養學生“技術服務于社會 ”的意識。二：控制系統的組成教師活動 2 1. 請學生簡述射箭的控制過程，并選擇合適的選項完成下圖。學 生 活動 2
2.知識配對游戲 3. 請學生簡述騎自行車的控制過程，并選擇合適的選項完成下圖。 1 .學生 參與 活動 2
4. 知識配對游戲
（師：對于學生活動及時給予評價和點撥，在學生活動結束后幫助學生從控制系 統的具體組成部件中提取出控制器、執行器、被控對象、反饋環節等這些抽象的 概念。）
.認 真 聽講
設計意圖說明： 通過課前預習讓學生了解控制系統的組成，課中采用游戲活動的方式檢測學生的預 習效果，教師及時給與點撥的總結。這樣設計既避免了教師對于理論概念的枯燥講述， 又符合“先學后教 ”、“不悱不發”的教學理念。
三：控制系統的框圖表達
教師活動 3 師：我們知道， 現實生活、生產中控制系統是多種多樣的， 它們的組成不同， 結構和控制過程各異， 這給我們描述控制系統提出了不小的挑戰。現在， 我們抽 象出了控制器、執行器、被控對象、反饋環節等概念后， 能否用這些概念對控制 系統進行統一的、規范化的描述呢？ 展示開環控制系統和閉環控制系統的框圖： 學 生 活 動 3 學生 聽講
設計意圖說明： 由具體到抽象，用歸納出的概念對開環控制系統和閉環控制系統給出一般性的定式 描述方式——控制系統的框圖表示。
四：學以致用
師：至此，我們學習了控制系統的組成與描述的相關知識，我們能否用我們掌握 學 生
的知識設計出前面提到的體溫測試、室內消毒和手部消毒系統，并把它們用框圖表 示出來呢？為了拋磚引玉，老師今天帶來 了一個自己設計制作的“ 自動體溫測試與 室內消毒系統 ” 模型，大家可以體驗一 下。 1.控制系統模型展示，學生體驗。 提問： 根據你的體驗，該模型目前包含哪幾個子 系統？ 2. 系統分析 2.1 自動體溫測量子系統 （1）組成及工作過程簡述 活 動 4 各 組 選 取 學 生 代 表 參 與 體驗、 討 論 老 師 提 出 的 問 題 認 真 聽講， 積 極 回 答 問題
紅外溫度傳感器 控制電路板 液晶顯示模塊
提問：該控制系統是開環控制還是閉環控制？ 學生回答“開環控制系統”后，動畫顯示如下框圖 （2）自動體溫測量子系統框圖 提問：請從選項欄中選取合適的選項填入上圖中。 2.2 室內溫濕度測量子系統 （1）組成及工作過程簡述
溫、濕度 控制電路板 電流 溫、濕度 液晶顯示器
溫、濕度傳感器
問題：該控制系統是開環控制系統還是閉環控制系統？ （2）室內溫濕度測量子系統框圖 提問：請從組成圖中選擇相應的選項填入框圖中。
2.3 室內環境消毒子系統 （1）組成及工作過程簡述 問題：該控制系統是開環控制系統還是閉環控制系統？ （2）室內環境消毒子系統框圖 提問：請從選項欄里選取合適的選項填入框圖對應的括號中。設計意圖說明： 通過對大項目中“ 自動體溫測試與室內消毒系統 ”的分析， 使學生熟悉電子控制系 統的組成及控制過程，學會用定式描述框圖分析控制系統的基本方法，加深對控制器、 執行器、被控對象、反饋環節、給定量、控制量、被控量等概念的理解。
五：課堂小結
教師活動 5 課堂小結 學 生 活動5 學 生 聽講
設計意圖說明： 通過課堂小結，幫助學生理清思路、加深理解、鞏固所學。
六、拓展任務
通過前面內容的學習，現在你已經是一個“有經驗的工程師 ”了，你能否運用你所學習 的知識設計一個“非接觸式手部消毒系統 ”呢？請小組成員相互配合，協作完成學習任 務單上的相關內容。 （1） 討論：你想設計的手部消毒子系統是開環控制還是閉環控制？ （2） 畫出該控制系統的框圖。 （3） 嘗試著從老師給出的元件列表中選擇合適的元件作為該系統的組成部件，或者自 己選取其它元件完成設計（連接成系統組成圖）。
參考元器件列表： 設計意圖說明： 讓學生嘗試設計“非接觸式自動手部消毒子系統 ”，綜合運用所學， 既鍛煉了學生的 工程思維能力，提高了學生的創新意識和圖樣表達能力，同時也為下一節“簡單控制系 統的設計”作了鋪墊。七、課后作業1.查閱資料，繼續完善各控制子系統的設計。 2.登錄 UMU 平臺，完成學習評價量表。設計意圖說明： 通過查閱資料，豐富學生的電路知識，尤其是 Arduino 電路模塊方面的知識，開闊 思路，在完善各控制系統設計的過程中，培養學生的技術意識、創新意識、工程思維、 圖樣表達等核心技術素養。通過完成評價量表，幫助學生認識自我，建立自信，學習他 人的長處，取長補短。八、結束寄語播放習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上的一段關于抗疫的講話視頻作為結束寄 語。設計意圖說明： 首尾呼應， 讓學生增強“人類終將戰勝疫情 ”的信心， 激發學生愛黨、愛國的熱情， 樹立“為中華民族的偉大復興而讀書 ”、“為人類的解放事業而奮斗”的遠大理想。
九、 板書設計
十、 特色學習資源分析、技術手段應用說明 自制教具“ 自動人體測溫與消毒系統 ”模型，激 發學生學習興趣， 讓學生在該大項目設計與制作的引 領下，完成相關學科知識的學習與應用，增強了技 術意識，培養了創新能力、工程思維、圖樣表達和物 化能力。
十一、教學反思與改進 1.抓住社會熱點問題， 創設真實情境導入， 不僅能迅速吸引學生的注意力， 自然引 入新課，而且在潛移默化中讓學生產生技術服務于社會的意識。 2.由于本課概念較多， 如果教師針對概念進行講解極有可能讓學生產生枯燥乏味之 感， 所以我根據“先學后教 ”的教學理念， 讓學生課前根據預習單自學相關內容， 課中 采用做游戲的方式檢測學生的學習效果， 并及時幫助學生糾錯補缺， 加深對相關概念的 理解，收到了較好的學習效果。 3.自制教具，引導學生體驗和感受控制系統，能極大地激發學生的探究欲望。 4.以習近平總書記關于抗疫的講話作為本課的結束寄語， 讓學生堅定“人類一定能 戰勝疫情 ”的信心， 激發學生愛黨、愛國的熱情， 樹立自己的責任感和使命感， 讓技術 課也閃爍人文的光輝。 本課任務多，活動多，案例也多，如何引導學生在“玩中做 ”、“做中學 ”，并且在 有限的時間內玩出名堂， 做出東西， 學到知識， 我覺得這是值得我今后繼續研究和改進 的地方。
第二節 控制系統的組成和描述課前預習單
班級： 姓名： 組別：
課題 4.2 控制系統的組成和描述
預習目標 1. 通過案例，熟悉開環控制系統和閉環控制系統的基本組成 2. 理解簡單開環控制系統和閉環控制系統的工作過程 3. 學會用方框圖描述開環控制系統和閉環控制系統的工作過程， 并能用框 圖表示自己的控制設計想法
預習重點 1. 開環控制系統和閉環控制系統的基本組成和工作過程 2. 開環控制系統和閉環控制系統的基本特征
預習難點 1.正確劃分控制系統中的各個環節 2.理解期望值、控制器、比較器、執行器、被控對象、控制量、被控量、反 饋環節這些概念
一、預習要點 （1）開環控制系統概念 控制系統的 不對 系統的控制產生任何影響， 這種控制系統 稱為開環控制系統。如游泳池定時注水控制系統、紅綠燈定時控制系統、 走廊聲控燈控制系統等。 （2）開環控制系統的控制過程： 控制器接受輸入信號，并對輸入信號進行分析與計算，然后對 下達相應的指令， 執行器執行控制器下達的指令， 通過改變控制量來 改變 的輸出量，使輸入與輸出之間達到某種對應關系。 （3）閉環控制系統概念 反饋環節把系統的輸出量 到輸入端，與 進行比較， 并對被控對象的狀態產生影響的控制系統稱為閉環控制系統。 （4）控制系統的各部分結構中的基本概念 ① 給定量：控制者設定的基準值，又叫期望值。 ②被 控對象：控制者實施控制的物體，被控制時一定會改變它的某一狀態， 如方向、角度、速度、高度、溫度等。 ③反饋環節：它包括檢測器和傳輸器（傳輸回路） ，它將測量出的 量 到系統的輸入端。 ④ （比較器） ：將給定量與所檢測的被控量進行 ， 求 出 。 ⑤控制器：將比較器 計算出的偏差值進行運算處理， 并向 器下 達控制指令。 ⑥ 執行器：根據指令對被控對象進行控制，從而使被控量穩定在 內。 ⑦ 被控量：控制者最終的控制目標量。 ⑧控制量：能對 產生作用，從而使被控量發生變化的量。
二、了解常用 元器件模塊 序號 名稱 圖片 功能簡介
1 紅外溫度 傳感器 通過感應物體發出 的紅外線從而測量 物體的溫度
2 控制電路 板 可編程對各種顯示 器、繼電器、水泵等 物體實施控制
3 繼電器 類似于電子開關， 通 過弱電控制強電
4 紅外線感 應模塊 能感應物體發出的 紅外線， 一般作為紅 外感應開關用
5 水泵 電動抽水機
6 溫、濕度 傳感器 能夠感應出環境的 溫度和濕度
7 高頻振蕩 電路模塊 能產生一個高頻振 蕩電信號
8 超聲波霧 化器 在高頻振蕩電信號 的驅動下產生超聲 波激發液體霧化
9 液晶顯示 器 可顯示文字、數字、 字母， 有的型號可以 顯示圖像等
(
務
二
：
)第二節 控制系統的組成和描述學習任務單
課題 4.2 控制系統的組成和描述
組別 成員
學習 目標 1.熟悉簡單的開環控制系統和閉環控制系統的基本組成與工作過程，理解其中控制 器、執行器的作用，了解反饋原理，培養工程思維。
2. 能用框圖表達控制系統的工作過程，培養圖樣表達能力。
3.嘗試進行相關項目設計，培養創新能力、工程思維。
學 習 任 務 一 學生活動 1 ： 1. 體溫槍測體溫2.傳統噴霧器進行環境消 毒3.噴霧消毒液進行手部消 毒
仔細觀察上面的圖片，分小組先選擇某一個子系統，討論并完成下表。 1．你們組選擇討論的子系統是 。 2.將討論結果填入下表相應單元格。 系統名稱人工/自動最大優點最大缺點改進意見1.體溫槍2.傳統噴霧 器3.噴霧消毒 液
學 習 任 學生活動 2 ： 1.請簡述射箭的控制過程，選擇相應選項填到圖 1 的矩形框中。
3 請簡述騎車的控制過程，選擇相應選項拖動到圖 1 的矩形框中。
課 外 拓 展 任 務 學生活動： 分組討論自動非接觸手部消毒系統的控制類型，畫出控制系統框圖，并嘗試確定每 一個環節該如何實現。 1. 控制類型： 2.畫出系統框圖： 3.各環節如何實現？（可從參考器件中選取器件，也可自選其它器件） 參考器件： 序 號名稱圖片序 號名稱圖片1紅外線 感應模 塊5繼電器2超聲波 探測器6電磁閥3單片機 控制電 路板7比較、 控制電 路模塊4濕度傳 感器8水泵
學習評價量表
班級 組別 姓名 日期
評價項目 評價等級 評價方式
A B C 自評 互評 教師評價
課前預習 預習充分 預習一般 沒有好好預 習
知識技能掌 握情況 真正理解 掌握 基本理解 掌握 部分理解掌 握
學習態度 認真 還可以 不太認真
與同學合作 善于合作 一般 很少
活動的參與 度 積極參與 一般 很少
思維的條理 性 條理清晰 一般 條理不夠清 晰
思維的創造 性 能經常提 出不同于 別人的想 法、解決問 題的方法 偶爾提出 不同于別 人的想法、 解決問題 的方法 很少提出不 同于別人的 想法、解決 問題的方法
總評

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