資源簡介

《通用技術》必修二（蘇教版）教案
課 題 控制及其設計-開環控制系統的工作過程 課 型 班課 課 時 1
學習目標 知識與技能 理解控制系統的基本概念，包括輸入、輸出、被控對象、控制器、執行器及控制量等關鍵要素。 能夠識別并描述控制系統中的各個組成部分，并解釋它們如何在系統中相互作用。 掌握開環控制系統的工作原理，包括其定義、特點和功能。 學會搭建簡易的控制系統模型（如雨水收集池水位報警裝置和定時澆水控制系統），并通過實際操作體會控制系統的工作過程。 能力目標 通過分析控制系統模型的工作流程，培養學生的系統分析和邏輯思維能力。 引導學生通過動手實踐來加深對控制系統理論知識的理解，提高他們的動手能力和實踐能力。 鼓勵學生參與討論，提出自己的見解和改進方案，培養他們的創新能力和團隊協作精神。 情感目標 激發學生對控制系統學習的興趣和熱情，提高他們的學習積極性和主動性。 培養學生的探索精神和科學精神，鼓勵他們勇于嘗試和創新。 引導學生理解控制系統在日常生活和生產中的應用價值，增強他們的社會責任感和環保意識。 具體任務目標 任務一：理解控制系統 理解控制系統的基本概念和組成部分。 掌握水位報警裝置的工作原理和搭建方法。 能夠分析水位報警裝置中的控制系統流程圖和示意圖。 任務二：分析開環控制系統工作過程 理解開環控制系統的定義、特點和功能。 學會搭建定時澆水控制系統模型，并理解其工作過程。 分析開環控制系統方框圖中的各個環節及其作用。 能夠舉例說明開環控制系統在日常生活中的應用，并討論其優缺點和改進方案。
學習重難點 學習重點 控制系統的基本概念：學生需要深入理解控制系統的定義、組成部分（輸入、輸出、被控對象、控制器、執行器等）以及它們之間的相互作用關系。 開環控制系統的特點：學生應掌握開環控制系統的基本特點，即輸出量不對系統的控制產生直接影響，并理解其在日常生活和生產中的廣泛應用。 控制系統的分析：學習通過分析和搭建兩個控制系統模型（雨水收集池水位報警裝置和定時澆水控制系統），學生能夠掌握控制系統分析的基本方法，包括流程圖、示意圖和方框圖的解讀。 實踐操作能力：通過搭建和測試兩個控制系統模型，學生應能夠提升動手實踐能力和問題解決能力。 學習難點 控制系統復雜性的理解：控制系統通常涉及多個環節和組件，學生需要理解這些組件之間的相互作用和邏輯關系，這對于初學者來說可能是一個挑戰。 開環控制系統局限性的認識：學生需要認識到開環控制系統由于無法對輸出進行反饋控制，可能存在一定的局限性，這在實際應用中需要綜合考慮。 流程圖、示意圖和方框圖的解讀：這些圖表是控制系統分析的重要工具，但對于初學者來說，可能存在一定的解讀難度，需要反復練習和深入理解。 控制系統模型搭建與調試：搭建和調試控制系統模型需要一定的技術知識和經驗，學生可能會遇到各種問題和挑戰，需要耐心和細心地解決。 在教學過程中，教師應根據學生的實際情況，采取適當的教學策略和方法，幫助學生克服學習難點，達到學習目標。
教學方法 一、引入與激發興趣 情境模擬：通過模擬家中雨水收集池水位過高和陽臺植物需要定時澆水的實際情境，引起學生的興趣和好奇心，使他們能夠迅速進入學習狀態。 問題導入：提出與情境相關的問題，如“聲光報警器應該安裝在什么位置？”和“澆灌6盆植物與澆灌10盆植物，其回流管的流量是否一樣？”等，引導學生思考并展開討論。 二、理論教學 講解與圖示：詳細講解控制系統的基本概念、組成部分和工作原理，通過展示水位報警控制系統流程圖（圖4—15）和水位報警系統示意圖（圖4—16）等圖示，幫助學生理解控制系統的結構和功能。 案例分析：通過分析實際案例，如水位定時控制系統、十字路口的紅綠燈定時控制系統等，使學生更加直觀地理解開環控制系統的應用和工作過程。 三、實踐操作 分組搭建：將學生分成若干小組，每組分配一套搭建材料（如警示燈、蜂鳴器、電極水位傳感器等），讓學生根據流程圖和示意圖自主搭建雨水收集池水位報警裝置和定時澆水控制系統模型。 指導與答疑：在搭建過程中，教師巡回指導，解答學生的疑問，確保學生正確理解和操作。同時，鼓勵學生之間互相幫助、合作完成任務。 測試與反思：完成搭建后，指導學生進行測試，觀察并記錄實驗結果。引導學生對實驗結果進行反思，分析成功或失敗的原因，并提出改進方案。 四、討論與總結 小組討論：組織學生進行小組討論，分享搭建過程中的經驗和教訓，討論如何改進控制系統以提高其性能和穩定性。 全班交流：挑選部分小組進行全班交流，分享他們的作品和改進方案。鼓勵其他同學提問和討論，營造積極的學習氛圍。 總結歸納：教師總結本次學習的重點和難點，強調控制系統的基本概念、組成部分和工作原理，以及開環控制系統的特點和應用。同時，對學生的表現和作品給予評價和鼓勵。 五、拓展與延伸 拓展思考：提出拓展性問題，如“如何把控制系統改為閉環控制系統以提高性能？”等，引導學生進一步思考和學習。 課外實踐：鼓勵學生在課外利用所學知識設計并搭建其他類型的控制系統模型，如溫度控制系統、光照控制系統等，以鞏固和拓展所學知識。
課前準備 課前準備 一、教學材料準備 任務材料： 警示燈、蜂鳴器（用于任務一中的水位報警裝置） 電極水位傳感器（或備選干簧管傳感器） 繼電器 水池（或模擬水池容器） 電子定時器 電源、水泵 進水管、出水管、回流管 水桶、滴箭（用于任務二中的定時澆水控制系統） 教學輔助材料： 水位報警控制系統流程圖（圖4—15）和水位報警系統示意圖（圖4—16）的打印版 定時澆水控制系統示意圖（圖4—19）的打印版 控制系統的方框圖（圖4—20和4—21）的打印版 實驗記錄表格 二、教學環境準備 教室布置：確保教室空間足夠寬敞，便于學生搭建和操作實驗裝置。 電源與安全：檢查電源插座是否安全可用，確保實驗過程中用電安全。 實驗臺與工具：準備足夠的實驗臺供學生搭建使用，并提供必要的工具（如螺絲刀、電線夾等）。 三、教學內容準備 流程圖與示意圖講解：準備詳細的講解內容，解釋流程圖與示意圖中各個部分的含義和作用。 實驗步驟說明：編寫詳細的實驗步驟說明，指導學生如何搭建和測試控制系統。 問題分析與討論：準備針對任務一中“聲光報警器位置”和“為什么留溢流孔”的問題，以及任務二中“回流管流量”的問題進行分析和討論的材料。 四、學生準備 分組：根據學生的能力和興趣進行分組，確保每組能夠順利完成實驗任務。 預習：要求學生提前預習控制系統和開環控制系統的基本概念和工作原理。 安全培訓：對學生進行實驗安全培訓，強調實驗過程中應注意的事項和緊急情況下的應對措施。 五、教師準備 知識復習：復習控制系統和開環控制系統的相關知識，確保自己對教學內容有深入的理解。 實驗預演：提前進行實驗的預演，確保實驗裝置能夠正常工作，并熟悉實驗過程中可能遇到的問題和解決方法。 課堂計劃：制定詳細的課堂計劃，明確各個環節的時間安排和教學重點。 通過以上課前準備，教師可以確保課堂教學順利進行，幫助學生更好地理解和掌握控制系統和開環控制系統的知識。
教學媒體 教學媒體準備 一、任務一：理解控制系統 1. 流程圖與示意圖 水位報警控制系統流程圖（圖4—15）：使用投影儀或大屏幕展示流程圖，確保每個學生都能清晰地看到流程圖中的各個環節和信號傳遞路徑。 水位報警系統示意圖（圖4—16）：同樣使用投影儀或大屏幕展示示意圖，輔助學生理解裝置搭建的步驟和原理。 2. 實物展示 材料展示：在講臺上展示警示燈、蜂鳴器、電極水位傳感器、繼電器等實物材料，讓學生直觀了解所需材料。 搭建過程展示：使用攝像頭或錄像設備記錄教師搭建水位報警裝置的過程，并在課堂上播放，供學生參考和學習。 3. 實驗表格 測試水位報警裝置表格：打印足夠的表格供學生填寫，記錄實驗數據和觀察結果。 4. 互動工具 問題討論：使用小組討論或全班討論的形式，讓學生思考聲光報警器應安裝在何處以及為何需要留溢流孔，鼓勵學生發表自己的見解。 二、任務二：分析開環控制系統工作過程 1. 示意圖展示 定時澆水控制系統示意圖（圖4—19）：使用投影儀或大屏幕展示示意圖，讓學生明確搭建步驟和連接方法。 2. 視頻教學 搭建過程視頻：錄制教師搭建定時澆水控制系統模型的過程，并在課堂上播放，讓學生通過觀看視頻了解搭建細節。 工作原理動畫：制作或尋找關于開環控制系統工作原理的動畫視頻，幫助學生更好地理解控制系統的工作過程。 3. 控制系統方框圖 圖4—20和圖4—21：使用投影儀或大屏幕展示控制系統的方框圖，解釋輸入量、輸出量、被控對象、執行器、控制器和控制量等概念，幫助學生建立控制系統分析的框架。 4. 實物操作 搭建模型：提供足夠的材料和工具，讓學生親自動手搭建定時澆水控制系統模型，增強實踐能力。 系統測試：引導學生對搭建好的模型進行測試，觀察并記錄實驗結果，分析系統性能。 5. 互動討論 遠程控制調整：引導學生思考如何調整控制系統以實現遠程控制，并討論可能的技術方案和實現方法。 生活應用案例：討論開環控制系統在日常生活中的其他應用實例，拓展學生的知識面和應用能力。
教學過程
教學環節 教師活動設計 學生活動設計 設計意圖
活動一： 創設情境 生成問題 展示一個模擬的雨水收集池模型，并描述情境：雨水收集池水位達到溢出高度時，需要報警提示。 提出問題：如何設計一個水位報警裝置？聲光報警器應該安裝在什么位置？ 引導學生思考控制系統在日常生活中的應用，并討論控制系統的重要性。 觀察雨水收集池模型，理解情境。 思考并回答教師提出的問題，參與討論。 通過情境展示和問題引導，激發學生的學習興趣，培養學生的問題意識和探究欲望。
活動二： 調動思維 探究新知 展示水位報警控制系統流程圖（圖4—15）和水位報警系統示意圖（圖4—16）。 引導學生讀懂流程圖，并解釋控制系統中的各個環節和信號傳遞路徑。 指導學生使用材料搭建水位報警裝置，并觀察其工作原理。 提出問題：如果把電極水位傳感器改為干簧管傳感器，該裝置需要如何改動？為什么需要留溢流孔？ 仔細觀察流程圖和示意圖，理解控制系統的工作原理。 動手搭建水位報警裝置，并觀察其工作情況。 思考并回答教師提出的問題，討論解決方案。 通過實際操作和問題思考，加深學生對控制系統的理解，培養學生的動手能力和分析問題的能力。
活動三： 調動思維 探究新知 展示陽臺植物定時澆水控制系統的示意圖（圖4—19），并描述情境。 引導學生分析定時澆水控制系統的工作過程，并解釋開環控制系統的特點。 指導學生搭建定時澆水控制系統模型，并設置電子定時器參數。 提出問題：若要遠程控制該澆水系統，應該怎樣調整控制系統？ 觀察示意圖，理解定時澆水控制系統的工作原理。 動手搭建定時澆水控制系統模型，并設置電子定時器參數。 思考并回答教師提出的問題，討論遠程控制的實現方案。 通過分析和搭建開環控制系統模型，加深學生對開環控制系統工作原理和特點的理解，培養學生的系統思維和實踐能力。
活動四： 鞏固練習 素質提升 提供鞏固練習題，如分析其他開環控制系統的工作過程，或設計一個簡單的開環控制系統。 引導學生回顧和總結本節課學習的內容，并強調控制系統在實際應用中的重要性。 鼓勵學生分享自己的設計想法或應用實例，增強學生的學習成就感和自信心。 完成鞏固練習題，加深對控制系統和開環控制系統工作原理的理解。 回顧和總結本節課學習的內容，并分享自己的學習心得和體會。 通過鞏固練習和總結反思，加深學生對控制系統和開環控制系統工作原理的理解，培養學生的應用能力和自主學習能力。
課堂小結 作業布置 課堂小結 本節課我們主要圍繞開環控制系統的工作過程進行了學習，通過兩個任務深入理解了控制系統的概念和工作原理。在任務一中，我們通過搭建雨水收集池水位報警裝置，體驗了控制系統的基本組成和工作流程，明確了控制系統的輸入、輸出和對應關系。在任務二中，我們搭建了定時澆水控制系統模型，進一步了解了開環控制系統的特點和工作過程。通過這兩個任務，我們認識到開環控制系統在日常生活中的應用十分廣泛，如水位定時控制、紅綠燈定時控制等。 控制系統的方框圖為我們提供了一種便捷的分析工具，通過方框圖，我們可以清晰地看到系統的各個環節、信號的傳遞路徑以及輸入量和輸出量之間的關系。此外，我們還討論了遠程控制的可能性，拓寬了控制系統的應用范圍和靈活性。 作業布置 復習與思考： 回顧并整理今天學習的內容，總結控制系統和開環控制系統的基本概念、特點和工作過程。 思考并回答：為什么有些控制系統需要設計為開環控制系統而不是閉環控制系統？開環控制系統在哪些情況下更適用？ 動手實踐： 利用家中的簡易材料（如計時器、水泵、水管等），嘗試設計一個簡易的開環控制系統模型，如自動澆花系統或魚缸換水系統，并記錄下設計思路、搭建過程以及測試結果。 如果條件允許，可以考慮添加遠程控制功能，如通過手機APP控制澆水時間或換水周期。 拓展閱讀： 查找并閱讀關于控制系統在現代生活中的應用案例，如智能家居控制系統、自動化生產線控制系統等，了解控制系統的先進性和實用性。 提交方式： 復習與思考的答案以及動手實踐的設計思路和搭建過程可以通過書面形式提交，拓展閱讀的內容可以作為課堂討論的素材或作為個人學習筆記保存。 希望同學們能夠通過完成這些作業，鞏固所學知識，提升實踐能力和創新思維。
板書設計 一、開環控制系統概述 定義：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響的系統。 日常生活應用：水位定時控制、紅綠燈定時控制、防盜報警控制等。 二、任務一：理解控制系統 技術體驗：搭建雨水收集池水位報警裝置 體驗目的：感受控制系統的工作過程 情境展示：雨水收集池水位溢出報警 問題分析：聲光報警器安裝位置 活動準備：警示燈、蜂鳴器、電極水位傳感器、繼電器等 主要過程： 讀懂流程圖、系統示意圖 搭建報警裝置 測試裝置并填寫表格 思考： 電極水位傳感器與干簧管傳感器的區別與替換 報警裝置與溢流孔并存的原因 三、任務二：分析開環控制系統工作過程 技術體驗：搭建定時澆水控制系統模型 體驗目的：體會開環控制系統的工作過程 情境展示：陽臺植物定時澆水 問題分析：不同數量植物與回流管流量的關系 活動準備：電子定時器、水泵、水管等 主要過程： 連接各部件 通電測試 調節出水量 設置定時器參數 思考：遠程控制澆水系統的調整方法 四、控制系統方框圖 控制系統方框圖的意義：表示系統各環節的位置、功能和關系。 開環控制系統方框圖（如圖4—21所示） 輸入量：如設定時間 輸出量：如澆灌的水量 被控對象：如植物 執行器：如閥門 控制器：如控制電路 控制量：如流過水管的水量 五、總結 控制系統的基本概念和工作原理。 開環控制系統的特點和應用。 控制系統方框圖在理解系統工作過程中的作用。 六、作業與拓展 完成課后作業：關于控制系統和開環控制系統的練習與思考。 拓展閱讀：了解更多關于控制系統的實際應用案例和前沿技術。
教學反思 今天的教學內容是“開環控制系統的工作過程”，通過兩個任務——理解控制系統和分析開環控制系統的工作過程，我對學生的掌握情況有了深入的了解，并在此基礎上進行以下反思： 一、任務實施與教學互動 在任務一“理解控制系統”中，我通過搭建雨水收集池水位報警裝置的活動，成功吸引了學生的興趣。學生在實際操作過程中，對控制系統的基本流程和組成部分有了直觀的認識。然而，在活動過程中，我發現部分學生在讀懂流程圖和系統示意圖時存在一定的困難，這表明我在講解前的引導不足，沒有充分解釋和說明這些圖的重要性。 在任務二“分析開環控制系統工作過程”中，學生通過搭建定時澆水控制系統模型，深入體驗了開環控制系統的運作。但在這個環節中，我也發現了一些問題。首先，由于材料的限制，部分學生在搭建過程中遇到了困難，這影響了他們的活動體驗。其次，在分析和討論環節，部分學生未能充分理解輸入量、輸出量、被控對象等概念，這暴露了我在講解過程中的不足。 二、思考題的引導與深化 對于思考題部分，我設計了兩個問題以引導學生進行深入思考。然而，在實際教學中，我發現部分學生對這些問題的思考不夠深入，缺乏自主探索和解決問題的能力。這可能是因為我在引導時過于直接，沒有給學生足夠的思考空間。在未來的教學中，我將更加注重培養學生的自主思考能力，引導他們從多個角度思考問題。 三、控制系統方框圖的教學 在介紹控制系統的方框圖時，我試圖通過圖4—21來幫助學生理解開環控制系統的結構和功能。然而，在實際教學中，我發現部分學生對這個圖的理解不夠深入，無法將其與實際控制系統相聯系。這可能是因為我在講解時沒有充分結合實際案例來解釋這個圖。在未來的教學中，我將更加注重結合實例來講解理論知識，幫助學生更好地理解和掌握。 四、教學效果與改進方向 通過本次教學，我認識到自己在引導學生理解控制系統和開環控制系統方面還有一定的不足。在未來的教學中，我將更加注重引導學生自主探索和實踐操作，提高他們的實踐能力和創新能力。同時，我也將更加注重培養學生的自主思考能力，幫助他們形成獨立思考和解決問題的能力。此外，我還將更加注重結合實例來講解理論知識，幫助學生更好地理解和掌握所學知識。

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