資源簡介

《控制及其設計》單元教學探究與設計
一、單元教學概述
單元教學設計就是從一章或者一單元的角度出發，根據章節或單元中不同知識 點的需要，綜合利用各種教學形式和教學策略，通過一個階段的學習讓學習者完成
對一個相對完整的知識單元的學習。
1.單元教學設計要有整體性。整體性主要體現在教學目標的設定和教學內容的
整合。
2.單元教學設計要有相關性。相關性主要體現在課型的選擇與教學目標和內容
相關；教學方法與教學目標和內容相關；教學活動與教學活動之間和教學目標相關。
3.單元教學設計要有階梯性。階梯性主要體現在教學活動的設計與教學內容相 結合，要從簡單到復雜，從單一到綜合，從基礎到提高，活動的要求體現循序漸進
的教學原則。
4.單元教學設計要有綜合性。綜合性主要體現整個單元教學能否培養學生綜合 運用語言的能力，包括單一目標與五維教學目標綜合，語言知識和語言技能綜合，
單一技能與多項技能綜合。
二、教材分析
《控制及其設計》單元教學選自蘇教版高中通用技術必修二第四章。本單元由 “控制方式與應用 ”“開環控制系統的工作過程 ”“閉環控制系統的工作過程 ”“控制
系統的工作過程四節內容構成。是《技術與設計 2》的最后一單元是全書的升華與
應用，既有結構流程的思想，又有系統權衡的思維，采用控制的不同方式實現綜合 項目設計。在本單元中一直以雨水收集和處理為事件主線展開，依據課程標準的大
項目式教學設計思路，每節課每個任務模塊都有各自的技術體驗項目，充分貼合了
通用技術“做中學，學中做”的課程理念。
第一節《控制的方式與應用》通過“理解控制的含義”和“感知控制的應用” 兩大塊內容，通過技術體驗制作自動澆水裝置，讓學生了解控制的含義及控制的工 作過程，為后續開環控制和閉環控制的學習奠定基礎。本節內容重在理解控制的含
義，辨析生活中各種控制裝置的特點與工作原理。
第二節的《開環控制系統的工作過程》，本節課通過搭建定時澆水控制系統模型 的技術體驗活動，使學生熟悉開環控制系統的工作過程，理解其中控制器、執行器 等的作用。通過若干典型案例的分析，讓學生學會用方框圖表達簡單開環控制系統
工作過程，并能根據開環控制系統的特征辨析常見的開環控制系統。
第三節的《閉環控制系統的工作過程》，在本節的學習中， 學生要經歷土壤濕度 控制系統的技術試驗和分析過程，要站在工程設計的高度，應用系統分析方法與控
制原理，解決生活中的實際問題，促使學生的系統思考和工程思維能力提升。
第四節的《控制系統的設計與實施》，是本書的最后一個章節。在前面的學習中， 學生已經了解了結構、流程、系統、控制與設計的關系。設計是技術的重要組成部
分之一，而且《技術與設計 2》大部分都是圍繞設計這個主題展開的。
本節課使學生了解控制系統設計的一般思路和步驟， 以定時澆水控制系統為例，
在學生動手實踐的同時對系統設計和實施有更深的印象。
三、課標內容要求
根據《普通高中通用技術課程標準（2017 版 2020 年修訂）》對控制及其設計課
程標準內容要求如下：
1. 理解控制、控制系統的含義及在生產和生活中的應用， 通過案例分析了解手
動控制、自動控制、智能控制的特點。
2. 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 的控制器、執行器等的作用，了解干擾現象和反饋原理，并用方框圖表達控制系統
的工作過程。
3. 根據控制系統的控制要求， 確定被控量、控制量， 進行簡單的控制系統的方
案設計，并搭建一個簡易的控制系統裝置，進行調試運行和綜合評價。。
四、單元教學目標
1.通過分析生活中常見案例，闡述控制的含義。
2.通過案例分析，辨析手動控制、自動控制、智能控制的特點。
3.觀察生活中的案例，概括控制在生活和生產中的應用。
4.通過技術體驗活動，理解控制系統的含義，熟悉簡單開環控制系統的基本組
成和工作過程，理解其中控制器、執行器等的作用，辨析開環控制系統的特征。
5.會用方框圖表達簡單開環控制系統工作過程。
6.通過實踐體驗，分析閉環控制系統的基本組成和工作過程，學會畫閉環控制
系統的方框圖。
7.結合閉環控制系統的工作過程，分析反饋和干擾現象及其基本原理。
8.根據控制系統的要求，確定被控量和控制量。
9.能夠設計控制系統的方案，并搭建一個控制系統裝置或模型。
10.對所搭建的控制系統進行調試運行以及綜合評價。
五、設計思路
第一節 ---《控制的方式與應用》
（一）、學科核心素養要求
1.技術意識：技術意識是對技術現象及技術問題的感知與體悟。學生能結合具
體案例的分析理解控制的演變和人們的選擇使用，形成對技術的理性態度。
2.圖樣表達：能通過書本技術體驗范例，表達簡單的控制系統的設計方案。
3.物化能力：掌握控制系統的設計要素，實踐控制系統的組裝，成品測試。
（二）、教學思路
1.通過摩登時代片段體驗控制系統的工作過程，初步了解控制系統的含義。
2.通過學生經歷“制作盆栽植物自動澆水裝置 ”的實踐活動， 體驗控制的含義，
理解控制是人類為了讓食物、自然朝向自己期望的方向發展而采取的手段。
3.通過身邊案例分析讓學生感受隨著社會的發展和技術進步，控制手段也更加 高明精準高效。緊接著借助“恒壓供水控制系統”案例分析，讓學生感受控制在生
活中的應用。
第二節 ---《開環控制系統的工作過程》
（一）、學科核心素養要求
1、技術意識：熟悉簡單開環控制系統的基本組成和工作過程， 理解其中控制器、
執行器等的作用，辨析開環控制系統的特征。
2、圖樣表達：會用方框圖表達簡單開環控制系統工作過程。
3、物化能力：能搭建簡單的水位報警裝置及簡單的定時澆水裝置。 （二）、教學思路
1.通過恰當的情境引入，激發學生控制系統的興趣。
2.小組協作，根據教材中的制作過程，搭建雨水收集池水位報警裝置，讓學生
體驗開環控制系統的工作過程，并總結開環控制系統的模型方框圖。
3.通過體驗定時澆水裝置，帶領學生分析開環控制系統工作過程，總結定是澆
水控制系統模型方框圖。
4.通過希羅的自動門案例，讓學生分析總結控制系統中的相關要素并畫出方框
圖，鞏固知識。
第三節 ---《閉環控制系統的工作過程》
（一）、學科核心素養要求
1.技術意識：理解閉環控制系統的含義，通過實踐體驗，能分析閉環控制系統 的基本組成和工作過程。
2.工程思維：能結合閉環控制系統的工作過程，分析反饋在控制系統中的作用 及其基本原理。能結合案例分析影響簡單控制系統運行的主要干擾因素。
4.圖樣表達：通過案例分析簡單的閉環控制系統，學會畫閉環控制系統的放款 圖。
（二）、教學思路
1.創設情境： 以技術體驗“土壤濕度控制系統 ”，引出課題。
2.引導學生分析案例，概括出閉環控制系統工作過程，學會用方框圖描述其控
制過程。
3.通過案例分析，認識反饋和干擾因素，能結合閉環控制系統的工作過程，分 析反饋和干擾現象及其基本原理。
4.通過鞏固練習，引導學生總結、梳理重點。
第四節 ---《控制系統的設計與實施》
（一）、學科核心素養要求
1. 技術意識：能在技術活動的過程中，從系統目的入手，準確切入，在明確控
制目的的同時對整個控制系統有全局意識。
2. 工程思維：能通過控制系統設計的過程，通盤考慮影響系統的各個干擾因素，
并養成日常思考的習慣。
3. 創新設計：發現用戶的多方面需求以及需求之間的關聯性，多角度分析需要
解決的技術問題；能根據設計對象和現有條件制定解決技術問題的一種或多種方案。
4. 圖樣表達：能準確判斷系統方框圖的各個組成部分。
（二）、教學思路
1.情境導入。 觀看視頻《松下智能家居控制系統》，感受多種控制系統，探究 控制系統的設計要素。
2.技術體驗。
學生根據書本圖例，利用提供的材料，設計定時澆水系統。體驗控制系統的工 作過程及其要素。
3. 案例分析。分析游泳館水池水位自動控制系統示意圖， 補充完整系統控制的 方框圖。鞏固知識
六、教學設計
第一節 ---《控制的方式與應用》
教學過程 教學內容 學生活動
一、創設情事 境導入 二、新課教 學 學生小組協 作，制作自 動 澆 水 裝 置。 微視頻欣賞：摩登時代片段。 思考：視頻中自動喂飯機控制是否成功 任務一 理解控制的含義 1.事物的發展與變化具有多樣性 一顆果樹，可能結不出果實，也可能碩果累累， 也可能結的果實較少。 降落的雨水，可以用來沖洗物品，也可用來灌 溉農田， 也可用來發電， 也可能流入江河， 增加洪澇 災害發生的可能性。 事物發展的結果具有多種可能性。如果人們想達 到某一特定的目的， 使事物按照預先期望的目標發展, 就必須運用適當的手段——控制來實現。 2.自動澆水裝置技術體驗 工作過程： （1)將兩根吸管插入接水盤， 當接水盤里的水面低于 進氣管口時， 空氣進入瓶子里， 瓶內氣壓減小， 水會 從出水管流人接水盤。 （2)直到水面與進氣管口平齊， 出水管不再流水， 使 接水盤中的水量保持在這個高度。 學生分小組協作， 根據教師提供的材料與工具， 參照 書中案例模仿制作自動澆水裝置并測試， 分享制作過 程。 3、控制的涵義 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，這就是控制。 例如，利用自動澆灌裝置給植物補水，并通過改 變進氣管在接水盤中的位置控制水位；調節電冰箱的 溫度，使食物能夠在低溫狀態下保存；使用計算機“指 揮”先進的生產流水線，實現自動化生產等。 理解任何控制現象，都要明確： 1）控制要達到什么目的； 2）控制的對象是什么； 激發興趣 觀看視頻
3）采取什么控制手段。 如汽車的轉向控制，其控制目的是改變汽車行駛 方向， 控制對象是汽車的車輪， 控制的手段是駕駛員 通過轉動方向盤帶動車輪轉向。 在夏天或冬天，人們會使用空氣自動調節機(簡稱空 調)來改變房間的氣溫。在這個控制里，控制對象是( ) A ．人 B ．空調 C ．房間 D ．室外空氣 例 2：如圖所示為自動火炮控制系統示意圖。當雷達 檢測到飛機后發出信號給跟蹤系統， 跟蹤系統操縱火 炮，調整火炮角度，該系統中被控對象是（A ） A ．火炮 B．跟蹤系統 C ．雷達 D ．飛機 例 3：如圖所示的十字路口汽車闖紅燈拍照系統，當 指示燈為紅燈時，傳感器檢測到有汽車從對面駛出， 該系統會驅動相應的攝像頭拍下汽車照片（包括車牌 號及駕駛員等信息）。則該系統中，被控對象是( C ） A.指示燈 B.汽車 C.攝像頭 D.駕駛員 馬上行動 找出自行車中存在的各種控制現象，并回答自行 車任一控制（如剎車或方向控制） 中控制對象、控制 目的和手段分別是什么？ 4.控制的方式或手段 A.從控制過程中人工干預的情形來分， 控制可分為人 工控制(又稱手動控制)和自動控制。 人工控制：控制的過程是在人的直接干預和 全程 干預下進行的。 自動控制：控制的過程在無人直接參與的情況下，使 事物的變化準確地按照期望的方向進行。 學生回答
人工控制的特點： ①全程干預； ②人為控制系統； ③人的部分器官與其他控制器件共同完成控制任務 自動控制的特點： ①無人直接參與； ②事物能達到期望的方向； ③需要對某些物理量控制 分析下列控制現象是自動控制還是人工控制： （1）搖動轱轆，提取井水；（人工控制） （2）電梯的上下運行控制；（自動控制） （3）農用灌溉抽水機抽水的控制。（自動控制） B.按照控制信號流和執行部件的不同， 自動控制可分 為： 氣動控制、液壓控制、電動控制、機械控制、電子控 制等。 C.智能控制是具有智能信息處理、智能信息反饋和智 能決策的控制方式， 它能在無人干預的情況下， 自主 地驅動智能機器實現控制目標。如：無人駕駛。 智能控制主要用于解決復雜系統的控制問題。 案例分析：從電風扇到空調再到智能空調 在很多控制的事例中，控制的手段是多樣、綜合的。 如機械手通常由控制系統、驅動系統和執行系統組 成， 就是由電子、氣動或液壓與機械控制的結合。機 器人是由機械、電子、智能等綜合控制。 典型題引領 1.用電視機遙控器選臺屬于( A ) A、人工控制 B、自動控制 C、氣動控制 D、液壓控制 2.屬于自動控制系統的是( C ) A、按鈕開關控制 B、普通水龍頭
案例分析 1 C、花房恒溫控制 D、汽車駕駛 任務二、感知控制的應用 控制的應用自古就有，并在近代得到了迅速發 展，它涉及到社會生活生產的各個領域。 如自動取款機、現代家電、汽車制造、農業生產、 軍事、國防、學校方面控制的應用。 案例分析：恒壓供水控制系統 學習反思 控制在社會生活中的應用越來越廣泛， 給人們的 生活生產帶來了極大便利。但在未來控制裝置能完全 取代人的作用嗎？ 在未來生活中，雖然智能控制會越來越廣泛， 但始終不能代轉人， 是因為自動控制、智能控制系統 都來自人的智慧。不僅如此， 因為機器控制沒有情感， 所以更無法完全取代人的作用。 本節小結 1、事物的發展與變化具有多樣性 2、控制的涵義 3、控制的方式或手段 學生回答
案例分析 2 三、小結及 練習 4、控制的應用 鞏固練習 1.分析下列控制現象是自動控制還是人工控制。 （P112） （1)用氣筒給自行車的輪胎充氣； （2)樓宇監控； （3)電視機自動組裝生產線。 2.觀察自行車的剎車控制裝置， 若使前輪剎車控 制更加靈敏， 應如何調節自行車前輪的剎車部件？請 試著調試。（P112） 調試方法：（1)調整剎車皮離輪圈更近；（2)將 剎車鋼絲調緊，將間隙調小。 教學反思： 本節所選案例注重從學生熟悉的事例入手， 激發 學生了解控制， 研究控制的興趣與熱情。由自動喂飯 機失去控制的視頻導入新課， 情境的創設提高了學習 興趣；以如何改進的問題引導學生探究控制與設計的 內容，激發了求知欲。 列舉實例、分析討論、實例分析經過環環相扣、 循序漸進的學習過程加深學生對控制涵義的理解， 突 出了重點。 學生回答 回 憶 本 節 所學內容
四、教學反 思 學生回答
第二節 ---《開環控制系統的工作過程》
1、 復習、情境導入
（1）什么是控制？
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。
（2）控制的三要素：
控制的對象、控制目的、控制手段
（3）控制的分類：
控制過程中人工干預的情形來分：
人工控制，自動控制
按執行部件的不同來劃分：
機械控制，氣動控制，液壓控制，電子控制
家中的植物，有的喜歡潮濕，有的喜歡干燥。對于蘆薈這類喜歡干燥的植物，若采用在花 盆下放置接水盤的方式， 易導致其根部腐爛， 蘆薈不能長時間浸在水中。因此， 當家人外出時，
就需要根據蘆薈的需水量定時給蘆薈澆水。需改用定時澆水的方式， 如何實現呢？
2、新課學習
（1）理解控制系統
學生分小組活動：根據教材中的制作過程， 搭建雨水收集池水位報警裝置。
學生分小組活動：對雨水收集池水位報警裝置進行技術體驗。
（2）分析開環控制系統工作過程
學生分小組活動：根據教材中的制作過程， 搭建定時澆水控制系統裝置。
學生分小組活動：：對定時澆水控制系統裝置進行技術體驗。
（1）通電，檢查各滴箭是否正常滴水。
（2）調節出水量：調節好每個滴箭的滴水量。
（3）設置電子定時器參數：澆水時長和間隔。
討論：定時器、水泵、回流管、滴箭分別起什么作用？是否滴水？什么時間滴水由什么決定？
總結：用定時器設定好澆水時間及時長， 到了設定時間就自動接通水泵， 開始往水管里抽水，
通過調節定時器時長，控制滴到植物土壤中的水量。
用方框圖表示該控制系統。
圖 1 定時澆水控制系統模型方框圖
總結：控制系統的輸出量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。
其工作過程可用方框圖表示如下：
圖 2 開環控制系統方框圖
輸入量：控制系統的給定量，如設定時間。
輸出量（被控量）：控制系統所要控制的量，也是控制系統的輸出信號，如澆灌的水量。
被控對象：控制系統中所要求控制的裝置或生產過程。
執行器：直接對被控對象進行控制的裝置或元件，如水泵。
控制器：對輸入信號進行處理并發出控制命令的裝置或元件，如控制電路。
控制量：執行器的輸出信號，如流過水管的水量。
常見開環控制系統：
自動烘手機， 防盜報警系統， 火災報警系統， 音樂噴泉控制系統， 鬧鐘定時控制系統， 紅
綠燈定時控制系統等。
案例分析（師生互動）：
1、希羅自動門。
問題：請根據希羅自動門的開、關工作過程， 將對應控制系統方框圖中的內容以及輸入信號、
輸出信號填寫完整。
2、 自動門的控制系統。
問題：請根據自動門的控制系統工作過程，將對應控制系統方框圖中的內容以及輸入信號、
輸出信號填寫完整
3、音樂噴泉的控制。
問題：請根據音樂噴泉的控制工作過程，將對應控制系統方框圖中的內容以及輸入信號、
輸出信號填寫完整。
4、 自動烘手機控制系統。
問題：請根據自動烘手機控制系統工作過程，將對應控制系統方框圖中的內容以及輸入信
號、輸出信號填寫完整。
課堂練習:
1、某學校鈴聲控制系統的工作過程是:電腦根據設定的時間順序,發出電信號給功率放大器,
使音箱發出鈴聲。關于該控制系統的說法中,不正確的是 ( D )
A、控制器是電腦
B、執行器是功率放大器
C、被控對象是音箱
D、輸出量是功率放大器發出的電信號
2、如圖所示為公共廁所人體感應自動供水系統示意圖。當探頭檢測到有人進入廁所,控制
器控制電磁閥打開,向水箱供水。該供水控制系統的執行器是 ( D )
A、水箱
B、進水閥
C、探頭
D、電磁閥
3、如圖所示的抽屜,每次拉開,抽屜內的 LED 燈會自動點亮 30 秒。該 LED 燈自動開關控制
系統的輸出量是 ( D )
A、房間的亮度
B、抽屜的開或關
C、設定的亮燈時間
D、燈的亮或滅
4、如圖所示為一款高鐵站自動取票機， 用戶點擊屏幕上“互聯網取票 ”菜單命令并將身份 證置于讀取器位置后，電腦(單片機)接收到信息，打印車票并驅動相關電機及機械裝置，將車
票從取票口送出。關于自動取票機的控制，下列說法正確的是( B )
A．該控制是閉環控制
B．被控對象是車票
C．輸出量是電機的驅動
D．執行器是電腦(單片機)
3、課堂小結
（1）控制系統的概念。
（2）開環控制系統的概念。
（3）控制系統的工作組成及工作過程（開環控制系統方框圖）。
4、布置作業 教材 118 頁練習 2
教學總結
由任務情境導入，通過活動體驗探究開環控制系統的基本概念，并通過若干典型案例的分
析，理解開環控制系統的組成及工作過程。
教學反思
活動作為任務的分解與落實必須具有一定的挑戰性，但也不能超出學生的能力范圍。特別
是在課堂上，對教學案例的選擇應該謹慎。
第三節 ---《閉環控制系統的工作過程》
序號 教學步驟 教師活動 學生活動
1 情景導入 走進情境：陳晨家住在北京，陽臺上種植了許多植物。冬 天室外寒冷，陳晨想要設計一款恒溫箱讓陽臺上的植物安 全過冬。觀看科普動畫。 創設情境，引出 課題
2 任務一：解 析閉環控 制 系 統 工 作過程 1. 搭建土壤濕度控制系統 技術體驗： 搭建土壤濕度控制系統 思考： 土壤濕度控制系統的工作狀態取決于來自什么裝 置的信號？ 用方框圖表示土壤濕度控制系統的工作過程： 在系統的輸入量和輸出量之間，除了從輸入端到輸出 端之間，除了有從設定濕度到實際濕度的信息傳遞，還有 一條從輸出端返回到輸入端的反饋環節，它們形成了一條 閉合回路。 我們把系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生 影響的控制系統稱為閉環控制系統。 2. 閉環控制系統 由恒溫箱控制系統的工作過程， 引出簡單閉環控制系統方 框圖： 輸入→傳感器 →控制器 →執行器 →被控對象 →輸出 檢測裝置
游戲時間； 馬上行動：判斷出開環與閉環系統，并畫出方框圖？ 3.學習用方框圖描述控制過程 （1）開環閉環判斷 （2）方框圖描述控制過程的步驟 用方框圖描述控制過程的步驟 引導學生分析 并得出恒溫箱 控制系統的工 作過程及控制 框圖。 由特殊到一般， 引導學生歸納 出閉環控制系 統的工作過程 的一般表達。
3 任務二：辨 析反饋在 控 制 系 統 中的作用 1.閉環控制系統中的反饋 反饋： 在自動控制系統中， 將輸出量通過適當的檢測裝置返 回到輸入端并與輸入量進行比較的過程. 反饋方法： 利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來 調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法。 分析濕度控制系統沒有反饋會怎樣？ 帶有反饋的控制系統就是前面所述的閉環控制系統。 在工程中，反饋控制是自動控制中不可缺少的形式。 馬上行動：完成花房恒溫自動控制系統的控制參數 2.干擾因素 在控制系統中， 除輸入量（給定值） 以外， 引起被控 制量變化的各種因素都可以視為干擾因素。 案例分析： 室內恒溫泳池的水溫控制系統為閉環控制。下列不屬 于該溫度控制系統干擾因素的是( )。 A.出水的溫度 B.進水的溫度 C.室內場館溫度 D.游泳者的數量 3. 閉環控制系統與開環控制系統的比較 4. 黑箱方法 黑箱方法;是通過對系統的輸入與輸出關系的研究推 斷系統內部結構和功能的方法。 案例：萬用表測量電池電量 學生分析思考， 得出反饋的作 用。 學生通過案例 分析， 進一步明 確概念。 通過生活中的 有趣案例， 幫助 學生理解技術 方法的同時， 更 體會到技術源 自于生活更要 用之于生活。
4 課堂總結 1. 閉環控制系統的組成及工作過程 2. 閉環控制系統的反饋。 3. 系統中的干擾因素。 4. 黑箱方法。 學生歸納、整理 本課內容， 學習 收獲
第四節 ---《控制系統的設計與實施》
情境導入：
觀看視頻《松下智能家居控制系統》，感受多種控制系統
【一】探究控制系統的設計要素
系統設計的一般思路
控制的目的？
被控對象是？
被控對象的特性？
控制量和被控量？
外界的主要干擾因素？
怎樣的方案既達到目的、又經濟、易于實現？
設備和元件？
【二】技術體驗 1：搭建定時澆水控制系統
【動手行動】學生根據書本圖例，利用提供的材
料，設計定時澆水系統
【學生活動】思考以下問題：
1、控制目的： 定時澆水
2、被控對象： 出水管
(
出水量
) (
澆水時間
) (
水泵
) (
出水管
) (
輸出量
) (
輸入量
)
3、執行器： 水泵
4、控制量： 水
5、主要干擾因素：水流速度、大小
【系統方框圖】
定時器
(
執行器
)控制器
【學生活動】思考：
1.回流管的作用？
2.三盆花和五盆花的出水量一樣嗎？
3.是否有其他方法減少出水量？
【拓展延伸】
【典型示例 1】
如圖所示是某品牌的聲光控燈， 它是集聲學、光學和延時技術為一體組成的 自動照明燈具。當白天或光線較強時，受光控自鎖，有聲響也不會通電開燈；當 傍晚環境光線變暗后， 開關自動進入待機狀態， 遇有說話聲、腳步聲、拍手聲等 聲響時， 自動通電、亮燈， 延時一段時間后自動斷電。它能延長燈泡壽命 6 倍以 上， 節電率達 90%；既可避免摸黑找開關造成的摔傷碰傷， 又可杜絕樓道燈有人 開、沒人關的現象。它的主要特點是“人來燈亮，人去燈熄 ”，杜絕了長明燈， 使得 LED 聲光控燈低能耗、長壽命。
試分析：
(1)針對其主要特點，它要解決的主要問題是：實現在黑夜里不用摸黑去找_① ,
能通過發出_② 就讓燈自動打開，通過一段時間后又能自動關閉。
(2)它解決問題的技術方法是：通過話筒把_③ 作為輸入量傳輸到音頻放大器，控 制電路為控制器，_④ 為執行器，組成一個_⑤ 控制系統，產生輸出量，開燈。
根據設定的時間延時自動關閉。
(3)它的 1 個優點與 1 個缺點分別是：
(4)針對你發現的缺點，改進意見是：
【三】技術體驗 2——設計制作雨水收集池水位報警和水位控制系統
1、閉環控制系統的設計
簡單的閉環控制系統，基本要求：
第一，一個閉環控制系統要正常工作，首先必須是穩定的。
第二，控制系統的控制精度必須符合要求，即系統的輸出量與給定值之差應控制 在允許的范圍之內。
第三，閉環控制系統應有較好的抗干擾性能。
在進行閉環控制系統的設計時，幾項控制要求之間往往會產生矛盾，需要結合具 體問題全面解決或有所側重地解決。
2.技術體驗 2——設計制作雨水收集池水位報警和水位控制系統
情景引入：當雨水收集池的水位升到溢水口時，發出聲音報警；當雨水收集池的 水位到達溢水口時，把水抽到高處的沖廁蓄水箱；當雨水收集池的水位降到水池 高度的 1/4 時，停止抽水。
主要過程：報警系統與水位控制系統
1.報警系統的控制方框圖：
2．水位控制系統方框圖：
【學生活動】
1.一般情況下，要實現高水位開始抽水、低水位停止抽水，要用兩個傳感器。你
是否能用 1 個傳感器來實現這個控制目的呢？
2.既然水位到溢水口會自動抽取，那么要報警裝置做什么？
【拓展延伸】
【典型示例 2】
如下圖所示是游泳館水池的水位自動控制系統示意圖， 水位變送器監測實際 水位，將水位數據傳送給自動監控儀， 監控儀能設定水池需要的水位上限和下限， 通過控制水泵抽水或注水實現水池水位的自動控制。當水位超出上限報警點或低 于下限報警點時， 監控儀會通過開關電路驅動內部喇叭發出“滴滴 ”聲實現報警。 完成以下小題。
（1）將該水位自動控制系統的控制方框圖補充完整。
（2）該控制系統的水位變送器損壞， 不可能造成 (①喇叭不再報警；②水 泵一直抽水；③自動監控儀停止監控）
（3）現對該系統的水位上下限報警控制子系統進行優化， 以下屬于系統優化約 束條件的是 (①開關電路的驅動效率；②上下限報警點水位高度；③喇叭 的靈敏度）
【拓展延伸】
【典型示例 。】
李明制作了方便小動物喝水的自動加水器， 結構如圖。工作過程是當水龍頭 打開， 水就流入碗內， 碗內的水位逐漸升高， 浸沒到塑料管管口時， 沒有空氣進
入密封的鐵桶，水龍頭停止出水；當碗內水位降低至
塑料管管口以下，空氣從塑料管進入鐵桶內， 水又流
出來，使碗內實際水位控制在管口位置。試分析其控
制過程，完成下列問題：
①該控制系統是開環控制系統還是閉環控制系統？
②假設原來搪瓷碗內的水位控制在5 厘米，現在需要
把碗內水位控制在 8 厘米，請問可以采取什么方法？
課堂小結
今天主要講述了控制系統的設計與實施，重點是做了定時澆水系統的技術體驗， 學生通過自主設計實驗對定時澆水控制系統的設計和實施有了具體的印象， 同時 對開環控制系統和閉環控制系統都有了統一的認識。
作業
P133 頁練習
1.有位科學家， 為了促使迷上電視的女兒堅持鍛煉， 專門設計了一輛有趣的 “ 自行車 ”女兒必須騎上自行車不停地踩腳蹬，才能驅動發電機給電視機供電， 想偷懶就看不到電視。請你根據已學的技術與設計的知識，畫出“ 自行車—發 電— 電視機 ”這一過程的方框土， 分析在這套裝置的設計中， 綜合了哪些技術和 原理。
2.對太陽能熱水器進行分析：
（1）一般家用太陽能熱水器水溫控制是如何實現的？
（2）有的賓館使用多臺熱水器串聯來集中供水，當水溫過低是，通過控制 器啟動輔助電加熱開關， 使水溫控制在一定范圍。請畫出這一控制系統的方框圖， 并說明其工作過程。
反思
控制系統分為開環控制系統和閉環控制系統， 由于材料的局限性， 只能讓學 生手動進行定時澆水控制系統的設計和實施。學生在動手實踐的過程中對開環控 制系統的設計實踐理解較為透徹，對閉環控制系統的設計實踐理解顯得簡略一 些。
在分組實驗中， 由于教具的限制， 定時澆水系統的出水效果體現的不是特別 準確，這是在今后的實驗設計中需要做出改進的地方。
七、教學設計分析
關于《控制及其設計》這一單元教學的設計， 首先從《普通高中通用技術課程標準（2017 版 2020 年修訂）》出發，了解課程標準對該部分的內容要求，聯系生活，讓學生了解并掌
握控制及其設計的相關知識。
通過層層遞進的任務設計， 讓學生由淺入深， 由易到難進行學習。本單元設計以雨水收 集和處理、澆花裝置為實踐主線展開， 每一節課每個任務模塊都有各自的技術體驗項目， 充 分貼合了通用技術“做中學， 學中做 ”的課程理念。充分鍛煉學生的物化能力。第一節任務 設計制作自動澆水裝置， 激發學生興趣， 體驗控制系統的工作過程。第二節通過搭建定時澆 水控制系統模型， 讓學生在設計該模型的過程中初步了解開環系統的環節要素， 然后提煉開 環控制系統工作流程圖。第三節分析土壤濕度控制系統， 讓學生感受閉環控制系統工作過程， 讓學生了解反饋原理， 掌握閉環控制系統。第四節通過設計搭建定時澆水裝置， 讓學生通過
任務分析控制系統設計要素， 并能夠確定使用開環還是閉環， 確定需求， 分析設計控制系統。
本章節技術體驗較多， 本設計以學生生活中經常遇到的澆水系統為主線， 在技術體驗上 選取了自動澆水， 定時澆水， 和濕度感應澆水。從“手動 ”控制(需要定時添加水)到電子控
制再到智能控制。體現了人的需求和控制系統的發展。
控制系統分為開環控制系統和閉環控制系統， 由于材料的局限性， 只能讓學生手動進行 定時澆水控制系統的設計和實施。學生在動手實踐的過程中對開環控制系統的設計實踐理解
較為透徹，對閉環控制系統的設計實踐理解顯得簡略一些。
在分組實驗中， 由于教具的限制， 定時澆水系統的出水效果體現的不是特別準確， 這是
在今后的實驗設計中需要做出改進的地方。
活動作為任務的分解與落實必須具有一定的挑戰性， 但也不能超出學生的能力范圍。特 別是在課堂上， 對教學案例的選擇應該謹慎， 部分教學案例， 技術體驗對于學生來說有一定
難度，在今后的課程中需要謹慎把握。

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