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 第三節 簡單控制系統的設計(第 1 課時)
課型 新授課 執教人
1. 教學內容分析 本節是粵科版通用技術必修二《技術與設計 2》第四章控制及其設計第三節簡單控制 系統的設計。本節課是本章的核心知識之一，內容包括控制系統設計概論、根據控制系 統的控制要求， 確定被控量、控制量， 根據《普通高中通用技術課程標準（2017 年版 2020 年修訂）》要求， 學生應學會進行簡單的控制系統的方案設計， 能根據方案設計要求搭建 一個簡易的控制系統裝置，并調試運行和綜合評價，提出改進方案。 結合教材內容，本課的教學重點放在系統設計的步驟、簡單控制系統的模型搭建和 系統測試上。
2. 學習者分析 通過第一節了解控制和第二節控制系統的組成與描述的學習，學生對控制系統的概 念和基礎知識以及描述已經有了一定的認識和理解，但是還不具備使用控制系統的知識 解決實際問題的能力。本節課通過生活中常見的產品-感應水龍頭控制系統的分析與實 踐，讓學生掌握簡單控制系統的設計步驟和方法，學會制訂控制系統的設計方案，運用 控制系統設計的知識解決實際問題，達到學以致用的目的。
3. 學習目標確定 技術意識：能夠結合具體案例進行分析，養成撰寫簡單控制系統設計方案的意識和 能力。 工程思維：通過本組控制系統設計案例的分析，理解簡單控制系統設計的基本流程， 領悟控制思想和方法在具體技術實踐活動中的運用。能基于控制原理和系統分析方法將 案例中各部件之間的關系通過控制系統框圖表達出來，形成實際的工程意識和思維。 創新設計：能根據案例情境要求和現有條件限制，提出一個或多個設計方案，進行 簡單的技術實踐活動。 圖樣表達：能閱讀常見的技術圖樣，繪制簡單的控制框圖表達與交流控制系統的組 成和控制過程。 物化能力：能根據方案設計要求，選擇合適的材料和工具，并將方案轉化為模型或 原型，且根據實際需要對已有模型或原型進行改進和優化。逐漸形成物化過程中嚴謹細 致、精益求精的工作態度。
4. 學習重點難點 重點： （1）掌握簡單控制系統設計的一般方法和步驟； （2）制訂控制系統的設計方案； （3）開環控制系統、閉環控制系統的模型搭建和系統測試。 難點： （1）引導學生使用控制系統設計的知識解決生活實際問題； （2）模型中電路的理解和連接。
5. 學習評價設計 （1）過程性評價 學生自評：學生通過雷達圖對本組作品進行自我評價賦分。 學生互評：學生在探究學習過程中，利用智慧教學平臺，記錄學習過程和階段性成果； 其他同學可以在學習任務單和課堂上，對其他組的作品進行點贊、賦分或發表評論。 教師評價：整個學習過程中，通過利用智慧教學平臺，實時對學生的作品進行點評，幫 助學生完成高質量的作品。 （2）總結性評價 學生自評：學生通過雷達圖對本組作品進行自我評價賦分。 學生互評：其他小組展示作品后，對同學的作品進行點贊、賦分或點評。 （3）教師評價：對學生完成的學習成果進行有效點評；通過 UMU 平臺對學生進行學業評 價，可以把考評結果從后臺導出，查看學生學習效果。
6. 學習活動設計
教師活動 學生 活動
環節一：（發現問題）
發現問題： 從這組通用技術興趣小組收集的圖片資料中，你能發現什么問題？ 生：易于產生交叉感染！ 師：發現了這么重要的問題，我們應該如何解決呢？ 學生 積極 思考 踴躍 發言
設計意圖說明： 激發學生關心生活和社會熱點，激發其學習控制與設計的興趣，回顧紅外感應水龍頭的 制作過程，為動手制作做鋪墊。培養學生自主探究學習和小組合作學習的習慣。
環節二： （分析問題）
【項目活動 1】 金點子 PK 賽： 請組內討論， 利用上節課學到的電子元器件， 設計一種方案， 實現無接觸給手消 毒（分組匯報）。 學 生 活動： 學 生 思考， 展 開 激 烈 的 討 論。
生 1：由紅外感應水龍頭得到啟示，設計紅外自動感應手部消毒設備…… 生 2：受腳踩垃圾箱或腳踩沖水馬桶的啟發，設計一種機械的以腳踩代替手按壓 的方式實現手非接觸地消毒…… 生 3：使用超聲波傳感器設計…… 生 4：使用壓力傳感器設計…… 生 5：使用夜語音識別傳感器設計…… 等等。 2. 玩火箭對接游戲，確定控制方框圖： 無接觸手部消毒控制系統的控制方框圖如下： 學 生 踴 躍 發言。 學 生 積 極 參與
通過西沃白板 5“拖動 ”的課堂活動，檢查知識點“控制系統設計的基本流 程”的預習情況： 學 生 積 極 參與 學 生 積 極 參與
回到分析問題環節， 提問的方式找出控制目的、被控量和控制要求（即設計指標） ： 【項目活動 2】請完善無接觸手部消毒控制系統的設計方案表格對應的內容（第 一步---第三步），展示，評價各小組的設計方案表格作品。 (2)紅外傳感器工作原理（觀察學具“紅外傳感器 ”，并展開組內討論）： 以自動水龍頭為例， 當傳感器檢測到手來， 就發送高電平給電磁閥， 讓電路接通， 閥門打開，水龍頭出水；當傳感器檢測到手離開，就停止發送信號，電路斷開， 閥門關閉，水龍頭停止出水。 (3)繼電器工作原理： 觀看微課，用自己的話說一說繼電器的工作原理。 學 生 踴 躍 發言 各 組 積 極 完 成 方 案 作品 自評、 互評、 師評 學 生 積 極 參與， 踴 躍 發言 紅 外 傳 感 器 工 作 原 理 掌 握 很 好 邊 看 視 頻 邊 觀 察 學 具，并 展 開 組 內 討論 踴 躍 發言
設計意圖說明： 培養學生自主探究學習和小組合作學習的習慣和能力，逐步形成工程思維和圖樣表 達的能力，進而內化為分析問題、解決問題的能力。
環節三： （設計方案,解決問題） 問：討論一下，無接觸手部消毒控制系統的控制方框圖， 分析傳感器、 繼電呂和水泵三者之間有著怎樣的邏輯控制關系？ 生：繼電器作為智能開關控制水泵，二者應為串聯；傳感器應控制 繼電器的連通或斷開，與前二者并聯。 【項目活動 3】根據以上分析，繪制電路圖。 展示，評價各小組的電路圖作品。學生活動： 學 生 小 組 組 員 通 力 合作， 討論 交流， 繪制 電路圖。 自評 、 互 評、師評。設計意圖說明： 學生在完成方案設計的過程中，培養其技術意識、工程思維和圖樣表達的能力， 激發其創新設計的興趣。
環節四： （小結）
今天，你學到了什么？ 學生積極發言。 教師適當補充。
設計意圖說明： 學生逐漸形成總結梳理的習慣，培養其工程思維和圖樣表達的能力。
7. 板書設計
8. 拓展活動設計 請各小組討論，連線時的注意事項有哪些？
9. 特色教學設計說明 1、 本節課思路清晰，有兩條主線貫穿始終：（1）確定控制目的---確定被控量---給定控制 要求---確定系統結構（控制系統設計的基本流程的前四步，體現在學習任務單上）；（2） 發現問題---分析問題---解決問題（體現在課件上）。 2、 本節圍繞新冠疫情肆虐的真實生活情境中， 疫情防控中， 按壓式手部消毒容易產生交叉感 染的真實問題作為切入點， 展開本節教學活動， 培養學生關心生活實際和社會熱點問題的 社會責任感。 3、 在課前準備階段， 布置讓學生預習本節內容， 把相關文字和視頻資料上傳至 UMU 教學平臺， 讓學生自主探究學習， 同時， 布置學生深入疫情防控真實情境中， 收集手部消毒的圖片資 料。 4、 上課時展示大家收集到的圖片，讓學生觀察，同學們很快就會發現問題：按壓式手部消毒 方式易于產生交叉感染， 為解決這一生活真實問題， 開啟了本節兩個課時的項目探究活動， 從而培養學生關心生活實際問題， 關心社會熱點問題， 通過教學活動力爭達到學以致用的 技術意識和能力。 5、 以頭腦風暴的形式對該問題進行組內分析， 第個小組都展開激烈的討論， 充分發揮想象力， 第個小組都設計出自己的無接觸手部消毒的解決方案， 權衡利弊， 最終選擇了常用的紅外 傳感器的設計方案， 培養學生自主探究學習和小組合作學習的習慣和能力， 逐步形成工程 思維和圖樣表達的能力，進而內化為分析問題、解決問題的能力。 6、 利用本節所學和物理知識分析，得到無接觸手部消毒控制系統的結構：控制方框圖和電路 圖；并分析接線時的注意事項，為下一節課的動手實踐學習做鋪墊，培養學生的邏輯思維
能力和知識的綜合應用能力。 7、 本節教學設計以人本主義理論和 STEM 教育理論為支撐，以項目式學習開展教學，以學生 為主體， 把課堂還給學生， 引導學生獨立思考、深度學習， 喚醒學生的社會責任感和學以 致用的意識和知識的綜合應用能力， 培養學生的自主探究學習能力和小組協作共克難關的 意識。
10. 教學反思與改進 本節課思路清晰，有兩條主線貫穿始終：（1）確定控制目的---確定被控量---給定 控制要求---確定系統結構（控制系統設計的基本流程的前四步，體現在學習任務單上）； （2）發現問題---分析問題---解決問題（體現在課件上）。本節圍繞新冠疫情肆虐的真實 生活情境中， 疫情防控中， 按壓式手部消毒容易產生交叉感染的真實問題作為切入點， 展 開本節教學活動， 培養學生關心生活實際和社會熱點問題的社會責任感。在課前準備階段， 布置讓學生預習本節內容， 把相關文字和視頻資料上傳至 UMU 教學平臺， 讓學生自主探究 學習， 同時， 布置學生深入疫情防控真實情境中， 收集手部消毒的圖片資料。上課時展示 大家收集到的圖片，讓學生觀察，同學們很快就會發現問題：按壓式手部消毒方式易于產 生交叉感染， 為解決這一生活真實問題， 開啟了本節兩個課時的項目探究活動， 從而培養 學生關心生活實際問題， 關心社會熱點問題， 通過教學活動力爭達到學以致用的技術意識 和能力。以頭腦風暴的形式對該問題進行組內分析， 第個小組都展開激烈的討論， 充分發 揮想象力， 第個小組都設計出自己的無接觸手部消毒的解決方案， 權衡利弊， 最終選擇了 常用的紅外傳感器的設計方案， 培養學生自主探究學習和小組合作學習的習慣和能力， 逐 步形成工程思維和圖樣表達的能力， 進而內化為分析問題、解決問題的能力。利用本節所 學和物理知識分析，得到無接觸手部消毒控制系統的結構：控制方框圖和電路圖；并分析 接線時的注意事項， 為下一節課的動手實踐學習做鋪墊， 培養學生的邏輯思維能力和知識 的綜合應用能力。 本節教學設計以人本主義理論和 STEM 教育理論為支撐，以項目式學習開展教學，以學生 為主體， 把課堂還給學生， 引導學生獨立思考、深度學習， 喚醒學生的社會責任感和學以 致用的意識和知識的綜合應用能力， 培養學生的自主探究學習能力和小組協作共克難關的 意識。本節教學效果良好，只是在金點子 PK 賽的設計環節之后，由于課堂時間、學生基 礎知識水平和教師能力所限， 沒能讓每個小組全部展開按照自己的思路進行深入設計控制 系統的方案，感覺有些美中不足；課堂的把握和語言表達尚有欠缺，需要加強專業知識的 修煉提升。
附件: 學習任務單
班級： 姓名： 時間： 月 日 星期 第 節
學習 內容 廣東科技出版社 高中通用技術必修二《技術與設計 2》第四章 第 3 節《簡單控制系統的設計》第一課時
學習 目標 技術意識：能夠結合具體案例進行分析，養成撰寫簡單控制系 統設計方案的意識和能力。 工程思維：通過本組控制系統設計案例的分析，理解簡單控制 系統設計的基本流程，領悟控制思想和方法在具體技術實踐活動中 的運用。能基于控制原理和系統分析方法將案例中各部件之間的關 系通過控制系統框圖表達出來，形成實際的工程思維。 創新設計：能根據案例情境要求和現有條件限制，提出一個或 多個設計方案，進行簡單的技術實踐活動。 圖樣表達：能閱讀常見的技術圖樣，繪制簡單的控制框圖表達 與交流控制系統的組成和控制過程。 物化能力：能根據方案設計要求，選擇合適的材料和工具，并 將方案轉化為模型或原型，且根據實際需要對已有模型或原型進行 改進和優化。逐漸形成物化過程中嚴謹細致、精益求精的工作態度。
學習 任務 課前任務：預習本節課本內容并通過 UMU 學習平臺自主探究傳感器 和繼電器的原理方面的知識。 課上任務： 一：請組內討論，設計一種方案，實現無接觸給手消毒。 二：完善控制系統的基本流程，嘗試填寫方案表格。 三：依據無接觸手部手部消毒控制方框圖，分析其內部的邏輯控制 關系，繪制電路圖。 四： 請各小組討論，連線時的注意事項有哪些？
知識 回顧 開環控制方框圖一般形式： 閉環控制方框圖一般形式：
簡單控制系統設計方案
學 校 班 級
小組 分工 發言人 記錄人 材料員 操作員
控制系統名稱 無接觸感應手部消毒控制系統
1 控制目的
2 確定被控 量
3 給定控制 要求（設計 指標） 系統造價 適應性要求 控制精度 其他
□20-40 元□40-60 元 □60-80 元□80 元以上 □手動控制 □自動控制 □高 □中 □低
4 確定系統 結構 □開環控制 □閉環控制
控 制 方 框 圖
設計電路圖（請在背面完成）：
序號 實驗器材 數量 單價 小計
1
2
3
4
5
6
7
總計
附：采購價格表 序號實驗器材單價序號實驗器材單價1紅外傳感器87電池22壓力傳感器108導線0.13超聲波傳感器99電池盒24語音識別傳感器5410絕緣膠布15繼電器911雙面膠36水泵6.5
請繪制電路圖：

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