資源簡介

技術與設計2第四單元控制與設計教學建議
第四單元 控制與設計
一、課程標準內容
本單元內容體現了《通用技術課程標準》以下幾點要求：
1、理解控制的含義及其在生產和生活中的應用。
　　2、分析典型的案例，了解手動控制、自動控制，熟悉簡單的開環控制系統和閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。
　　3、能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖，理解其中的控制器、執行器等環節的作用，熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用。
　　4、能結合案例找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素，并作分析。
5、了解簡單的被控制對象的基本特性，能確定被控量、控制量，畫出控制系統的方框圖，并形成初步的控制設計的方案。
6、能根據開環控制系統的設計方案，制作一個控制裝置；或者能根據簡單閉環控制系統的設計方案進行實施或模擬實施，學會調試運行，提出改進方案。
二、教學要求

第一節 控制的手段與應用
基本要求 1、理解控制的含義，明確控制的目的和對象。2、了解控制的手段，知道人工控制和自動控制。3、理解控制在生產和生活中的應用。

第二節 控制系統的工作過程與方式
基本要求 1、會分析典型案例，知道簡單的開環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。2、知道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，并知道其中的控制器和執行器的作用。

第三節 閉環控制系統的干擾與反饋
基本要求 1、能結合案例，找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素。2、理解反饋的含義，知道閉環控制系統中反饋環節的作用。3、知道閉環控制系統的工作過程。4、了解功能模擬方法和黑箱方法。

第四節 控制系統的設計與實施
基本要求 1、了解簡單的被控對象的基本特性，能確定被控量、控制量，畫出控制系統的方框圖，并形成初步的控制系統設計方案。2、能根據開環系統的設計方法，制作一個控制裝置。

三、設計思路
　　本單元所研究的控制與設計，是在前一單元系統與設計基礎上的延伸。本單元從學生熟悉的生活事例入手，運用案例分析方法，由淺入深在展開控制的概念、控制的應用、開環控制系統和閉環控制系統的工作過程以及簡單控制系統的設計等。有利于學生掌握控制系統的基本知識與運用。
　　無論是自動機器，還是神經系統、生命系統，以至經濟系統、社會系統，撇開各自的質態特點，都可以看作是一個自動控制系統。在這類系統中有專門的調節裝置來控制系統的運轉，維持自身的穩定和系統的目的功能。控制機構發出指令，作為控制信息傳遞到系統的各個部分（即控制對象）中去，由它們按指令執行之后再把執行的情況作為反饋信息輸送回來，并作為決定下一步調整控制的依據。
　　在社會生活中，控制具有十分重要的實踐意義，通過對控制系統中控制的目標、控制的過程和控制的機理等的理解，有助于學生運用簡單的控制方法解決現實生活中遇到的相關問題，發展學生良好的邏輯思維品質。
　　第一節控制的手段與應用，通過大禹治水、射手射擊等控制的事例，說明人們要實現自己的意愿或目的，就要通過一定的控制手段。通過控制在人們日常生活和生產中運用的實例分析，進一步明確控制應用的廣泛和重要。
　　第二節控制系統的工作過程與方式，通過水泵抽水、自動門等案例，理解開環控制系統的特點是輸出量直接受輸入量的控制，從游泳場的水位控制案例理解閉環控制的關鍵是增加了一個對輸出量的檢測裝置，使輸出量能反饋到輸入端并與給定量比較，從而使輸出量穩定在一定范圍內。
　　第三節閉環控制系統的干擾與反饋，干擾因素和反饋是閉環控制系統中的兩個重要的核心概念，閉環控制系統是通過反饋環節克服干擾因素而使系統達到穩定。功能模擬方法和黑箱方法是控制論的主要方法。功能模擬法以功能行為相似為基礎而建立模型，為仿生學、人工智能、價值工程提供了科學方法，黑箱方法是通過考察系統的輸入與輸出關系認識系統功能的研究方法，是探索復雜大系統的重要工具。
　　第四節控制系統的設計與實施，分別通過簡單的開環控制系統和閉環控制系統的設計案例，使學生了解控制系統設計的一般思路和步驟，通過自動升旗控制裝置的設計強化學生對設計的多方案的理解。
　　四、教學準備
　　1、相關學科知識。本單元要求學生具有初中物理學科電學基礎知識。
　　2、教學器材和材料。本單元需要的教學設備和器材主要有，學生技術試驗用齒輪、齒條、硬紙板、線、剪刀、可調光臺燈的試驗電路板和配套電器元件等。若教師選擇其他試驗載體，則應準備相應器材、材料和工具。
　　五、課時安排
　　本單元建議使用8課時，具體安排可參考下表。
　　節次 內容　　　　　　　　　建議課時數
　　第一節控制的手段與應用　　　　　　　　1
　　第二節控制系統的工作過程與方式　　　　 2
　　第三節閉環控制系統的干擾與反饋　　　　3
　　第四節控制系統的設計與實施　　　　　　2
　　合計　　　　　　　　　　　　　　　　　 8
　　六、教學建議
　　1、本單元的教學內容有一定的難度，教師需查閱有關自動控制方面的書籍，熟悉有關自動控制的專業知識，理解控制系統的基本理論和工作原理，重點對開環控制系統和閉環控制系統其及它們之間的異同進行研究和分析，教學中要注意深度、難度的把握。
　　2、應充分挖掘日常生活中運用控制的事例，啟發學生從實例出發理解控制系統的工作原理。特別是控制系統的方框圖的繪制，應結合學生生活實際選取典型案例進行分析和講解。教師除了選擇教科書中的試驗和設計案例外，還可根據學生對控制系統的理解水平，有針對性地選擇其他小試驗和設計載體，并指導學生收集資料和實物。
3、教師在教學設計中，應恰當安排課內時間，對于學生方案設計的討論和點評，可放在課內進行，而方案設計的思考過程以及設計作品的制作形成過程，則可以“家庭作業”的形式放在課外，以解決課時不夠的問題。
4、教學中要重視在作品制作過程中的用電安全管理。
5、建議第一節可安排適當的小組討論，列舉控制在日常生活中的應用，討論的對象應該是學生熟悉的電風扇、自行車、洗衣機等；第二節可安排小制作，如教材中提供的“活動猴”的制作，也可以采用其他項目；第三節可讓學生在討論分析的基礎上，畫出相關控制系統的框圖；第四節讓學生設計方案，并進行制作。
　　七、教學評價
　　1、對學生技術試驗的評價，應注意緊扣試驗目標和試驗要求進行，例如制作小猴動作控制的小試驗，教師評價學生試驗是否成功的首要標準應該是小猴的動作是否與線的拉動有對應關系，也就是這一控制系統的輸入與輸出之間的對應關系，而非小猴做得是否逼真可愛，進而還可進一步評價當給以較小的輸入量時，是否有輸出動作對應。
　　2、對學生設計制作的作品評價也應如此。通過觀察學生在完成實際的設計制作任務時的表現，來評價其知識技能和方法的掌握程度、運用技術解決問題的能力等。表現性評價強調的是做而不是知道，一般較少有單一正確的答案，多種行為表現和問題解決的方案都可以認為優秀。
　　3、本單元結束后，將面臨著學生的學分認定。學分認定當然是過程評價與終結評價相結合。過程性評價可以根據學生在本模塊學習過程中的表現記錄進行衡量。終結評價不排除書面測試這種方式，關鍵是教師應事先規劃測試的內容、目標、不同內容所要求的能力層次和恰當的題量，并設計有效的測試題目。教師在終結評價時還應設計1——2道操作試題，試題的設計一定是使學生在一定時間內可做完，并能客觀地反映學生操作水平的題目。
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