資源簡介

《開環控制系統的工作過程與方式》教學設計
【整體設計說明】
（一）本節在單元中的地位
本課教學內容為蘇教版《技術與設計2》第四單元“控制與設計”的第二節“控制系統的工作過程與方式”的第1課時。從總體上看，“控制與設計”這個單元按照控制的手段——控制系統——控制系統的設計這樣的思路來組織教材內容。上節課讓學生對控制手段和控制應用有所了解，下節課要讓學生進一步學習閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程，因此，本課教學非常關鍵，是承上啟下的核心內容。
（二）學生學情分析
學生對“控制”一詞并不陌生，經常提到控制溫度、控制時間、控制音量、控制亮度、控制電流等。在生活、學習中，學生對控制形成了或多或少的感性認識，這些認識僅限于表面現象，對控制系統的組成和工作過程并沒有進行過深入思考和研究。但學生畢竟也經常進行控制操作，對控制有一些體會，在物理等學科中學習了電子、傳感器基礎知識，具有觀察和使用簡單控制系統的生活體驗，這些知識和經驗在教學中為學生尋找教材以外的案例提供了條件，同時也為教師在課堂中光控燈等開環控制系統試驗操作的順利進行提供了可能。
（三）本節整體教學思路
開環控制系統的基本組成與工作過程對后面的閉環控制和控制方案的設計至關重要，所以這節的教學一定要落實到位，使學生真正吃透和理解。要達到這樣的效果，教師必須引導學生對典型實例詳細分析，使學生對實例中的控制過程和原理有一個清晰的認識，然后再引導學生從中抽取出控制系統的基本組成：傳感器、控制器、執行器、被控對象，各個組成部分的功能和作用學生自然也明白了。鑒于學生的知識層次，實例選取不要過于復雜，也不要過多，筆者認為“自動門”比較好。
對于控制系統的基本組成的作用，學生一般不難理解，但對于它們的工作原理，學生可能會存在許多問題，也極有可能在課堂教學中提出這些疑問。對于疑問的學生，教師要給予表揚和鼓勵，這是學生技術素養提高的一個具體表現，培養學生的質疑的教學的一個重要方面。教師要不失時機地進行正確引導，同時在備課過程中應注意相關內容的學習和準備。
在“技術與設計1”中曾提出“技術是綜合知識的結晶”。筆者認為在本節內容的教學中可以予以回溯，因為作為控制系統的基本組成涉及的學科比較多，單就傳感器來講，就可能涉及光、聲音、射線、壓力、溫度、化學成分等，回扣這一內容一是可以加深學生對“技術需要綜合知識”的進一步理解，二是可以激發學生學習其他學科知識的積極性，強化通用技術課程和其他領域課程的聯系。
本節課教學應當避免“紙上談兵”。教師可以利用學校現有的實驗器材、教學設施資源，或通過自制或改制教具，盡量創造條件，利用實物展開教學。比如：聲控自動門、光控路燈系統等。利用這些必能起到事半功倍的效果。
本節課內容也是培養學生動手能力、探究性學習能力、分析研究能力的較好載體，比如教學中可以讓學生研究電風扇定時調速、電飯煲熟自動停的控制原理以及學生組裝、調試光控模擬路燈等實踐活動。
（四）本節教學策略
1、 讓學生的自發地、主動地學習。本課教學中以光控制系統等問題解決為主線，激發學生的認知，引導學生自發地、主動地解決問題。
2、創設情境。引導學生分析生活中的開環控制系統工作過程和方式，加強學生工作過程的理解和應用能力。
3、通過 “閉上眼睛寫字“等試驗讓學生體會開環控制系統輸入與輸出的關系和工作過程。
教學目標
（一）知識目標：
1、通過引導學生對周邊實例的分析，理解控制系統的含義。
2、掌握開環控制系統的基本組成和工作過程，熟悉簡單開環控制的工作原理和過程。
3、知道一般控制系統的描述方法，能繪制開環控制系統方框圖。
（二）過程與方法
1、使學生體驗控制系統的分析過程與分析方法，培養學生科學思維能力。
2、讓學生從生活經驗出發，從實例分析入手，能歸納出對控制系統的一般認識。
3、經歷智能模擬路燈的設計、組裝、調試過程，能領會開環控制的工作過程。
（三）態度與情感
1、通過自動控制與人工控制的對比，使學生體驗技術發明與創新對造福人類的重大意義。
2、強化通用技術與其他課程的聯系，激發學生學習其它學科知識的積極性。
【說明】
普通高中課程標準與本節內容對應的內容標準要求學生能分析典型的控制實例，了解自動控制，熟悉簡單的開環控制的基本組成和簡單的工作過程；理解控制系統中的傳感器、控制器、執行器等的作用。同時，通用技術課程的主要教育目標是培養和提高學生的技術素養，而技術素養中技術思想和方法又占有極其重要的地位。本課教學除了繼續加深對技術與設計的知識深度和技能程度外，更是培養技術思想和方法的很好的平臺和載體。在教學中要使學生體驗控制系統的分析過程與分析方法；培養學生的科學思維能力、動手實踐能力、對技術的表達能力、從個別到一般的歸納概括與抽象能力。
教學過程與方法
【板書】：控制系統 開環控制系統
（一）教師引導學生活動
引入：同學們，上周我值周時發現白天有些班級的照明燈沒有關閉，造成了電能的浪費，大家思考一下，有什么辦法來解決這個問題？
學生：加強值日學生的責任心
教師：這個同學講得很好，還有沒其它的辦法，比如技術的方法？
學生：可以用自動控制的方法，教室里光線暗時電路才能接通，才能通過開關打開照明燈。
教師：這個主意不錯。改革開放以后，技術飛速發展，人民生活水平有了很大的提高。我們的社會，我們的家庭的許多產品運用了控制技術。上節課我布置同學們搜集周圍使用控制技術的實例，同學們能不能把你搜集到的控制技術說一下？
1、活動情況交流：搜集我們周圍使用控制技術的實例（教師提前布置）
“搜集我們周圍使用控制技術的實例”學習活動卡〖課件展示〗
學生學習活動小組把電子稿拷貝到電腦里面并且通過教室里的多媒體教學系統放映在大屏幕上。
姓名 耿雨虹 學習伙伴姓名 楊家瑜、陳志、李劍洪
活動形式 調查研究
活動內容 搜集我們周圍使用控制技術的實例
控制技術 控制目的 控制對象 控制系統的組成
實例1：電燈 照明 電燈 開關、燈泡、燈座、導線、電源
實例2：亮度可調燈 照明 電燈 可調電阻開關、燈泡、燈座、導線、電源
實例3：樓道里的自動聲光控燈 照明 電燈 聲光傳感器開關、燈泡、燈座、導線、電源
體會 聲光控燈具有特殊功能與應用。在公共樓道里，安裝聲控燈，既方便，又節電。
由小組代表講解：控制目的、控制對象、控制系統的組成
歸納：由上述實例引導學生自主歸納控制系統概念
教師小結：第10組搜集的是《阿里吧吧和四十大盜》故事中的“芝麻開門”。故事里面主人公阿里吧吧對著門說一聲“芝麻芝麻，開門吧！”， 門就開了，這是個用聲音控制開門的例子。這是一個富有想象力的故事，技術發展到今天我們能把它變成現實嗎？
問題提出：這些控制系統是怎樣組成的？他們的工作過程是怎樣的？輸入輸出之間有怎樣的對應關系？
這個也就是本節課的教學內容，下面我們來進行探究。
教師教具展示：“聲控自動門”并進行演示，裝置圖略。
實驗現象：當同學們擊一下掌時，自動接通開關，門打開，延時一定時間之后門關閉。
教師提問：同學們知道如何自動控制門的開關？（學生沉默）
教師：下面我們來仔細分析。這是這個控制裝置的電路圖〖課件展示〗，實現這種控制的關鍵就是在原來的電路中安裝了一個“聲音控制器”。
教師說明：同學們請看投影。聲音控制器實際包含三個組成部分：聲音傳感器、電子控制器、執行器。當發出的聲響達到一定強度后，聲音傳感器就會檢測到，然后輸出一種電信號，這種電信號送到控制器后經過處理和放大，再輸送到執行器（電機），從而控制被控對象（門）的運行與停止，這就是整個控制系統的工作過程。
引導：在老師講了聲控自動門的工作過程之后，同學們對生活中光路燈的控制原理也有了大概的了解，我想你們一定很想親身體會一下自動組裝光控電路的樂趣吧！
2、實踐體驗：
（1）教師投影出光控模擬路燈的電子電路圖〖課件展示〗
（2）學生實踐活動：組裝、連接線路并進行調試（后面另附學生活動詳細方案）
教師提示：學生在接通電源前務必要進行檢查線路、并進行調試。
（二）教師引導學生對常規燈與光控燈進行對比研究
1、不同點和共同點
教師：下面我們來探究一下它們的不同點，科學家的一個特點就是善于發現事物的不同點。
電燈中電流與開關操作之間的關系,可以表示為：
常規燈：
關(開關)——無電流，燈滅。開(開關)——有電流，燈亮。
常規燈，具有幾種狀態？兩種，點亮與熄滅。對應開關有幾種狀態？兩種，開和關。
開——有電流,燈亮，關——無電流,燈滅。
對于光控燈來說,開關通過光傳感器來操縱。
光控燈：
有光（光線較亮）——無電流,燈滅。無光（較暗）——有電流,燈亮。
教師：不同點在哪里？
引導學生：不同點輸入量、輸出量不同，它們的組成不同。
教師：同學們，我們來比較一下，它們的共同點在哪里？
誰來歸納它們的共同點？科學家的另一個特點就是善于歸納共同點，我們知道，牛頓名言：“我之所以比別人看得更遠，是因為我站在巨人的肩膀上。”牛頓三定律就是牛頓在前人實驗的基礎上歸納出來的。
引導學生：（共同點）輸出與輸入之間存在一種單向的邏輯關系。
有輸入才有輸出，有付出才有收獲，輸入是因，輸出是果，輸入和輸出是因果關系。
共同點在哪里？
引導學生：共同點表現在技術上可以看成控制系統，可以使用相同的方框圖來描述。
教師：能使用相同的方框圖來表示嗎？
引導學生：用下面的方框圖表示。
2、進一步探究——由光控燈控制系統到一般控制系統方框圖
教師：控制系統是怎樣工作的？我們來探究一下光控燈控制系統的組成。
畫出控制過程方框圖
由具體到抽象：在這個控制系統中控制器、執行器、被控對象分別是什么？
引導學生：控制器、執行器、被控對象分別是光傳感控制器、常開(斷開)接點、燈泡。
【板書】：
教師對學生進行技術思想和方法的指導，使學生獲得智慧：由聲控燈控制系統到一般控制系統方框圖由具體到抽象的一個重要的思想和方法。開環控制系統方框圖是對開環控制系統工作過程的總結和概括，如果說我們學習光控燈控制系統方框圖只學到一個案例，那么，我們理解了開環控制系統方框圖就等于學習了無數個同類型案例。如何讓學習變成一件很快樂的事情？同類型題不需要做成百上千道，有數道練習就可以了，重要的是掌握做這一類型題的方法。
3、教師結合聲控燈控制系統引導學生歸納開環控制系統概念：
提問：聲控燈控制系統輸出量對系統的控制產生影響嗎？沒有。
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響。這種控制系統就叫做開環控制系統。
（三）知識遷移——由抽象到具體
請寫出“芝麻開門”聲控開門系統的控制方框圖，有興趣的同學課后可以制作模型，把神話變成現實。當你明確“芝麻開門”聲控開門系統是開環控制系統之后，你可以把開環控制系統方框圖拿出來，想一想，控制器、執行器、被控對象分別是什么？
引導學生寫出控制方框圖。
（四）小試驗：閉上眼睛寫“控制系統”四個字。
教師是在教小學生嗎？不是。要求學生體驗輸出、輸入、控制器、執行器、被控對象分別是什么。
輸入量：教師的指令 輸出量：所寫的字
引導請你寫出“閉上眼睛寫字”的控制過程方框圖。
對比開環控制系統的方框圖
分析：大腦——控制器，手——執行器，筆——被控對象
我們說閉上眼睛寫字就是開環控制。
請同學們課后去試驗：睜開眼睛寫“控制系統”四個字。
思考：閉上眼睛寫字與睜開眼睛寫字的區別在哪里？為什么？
以色列的“定點清除”，能夠把炮彈打到幾千公里以外的行駛的汽車，這是為什么？是不是炮彈長了“眼睛”？對了，正是炮彈長了“眼睛”，這不是普通炮彈，而是導彈。導彈打得準是因為它具備了自動修正的能力。睜開眼睛寫字是否具備自動修正的能力？
提出新問題：在控制系統中如何才能具備自動修正的能力？這就是我們下節課程要學習的閉環控制系統
課堂總結：引導學生對所學內容進行自主歸納
教師板書：略
【說明】
開環控制系統在生產、生活中具有重要意義，本節課通過對開環控制系統中控制過程的分析，幫助學生理解控制系統和開環控制系統，并學會應用簡單的開環控制方法來解決問題，使學生的邏輯思維品質得到發展。
在教學設計上，不是從概念入手，講什么是控制系統，什么是開環控制系統，工作過程如何、框圖如何畫等，而是從引入了兩個典型實例“聲控門與光控燈”入手，這兩個實例對一般學生的生活常識、知識層次和接受能力是比較合適的，并在簡單分析的基礎上適時提出控制系統的概念。然后通過組裝、調試、試驗，與學生共同分析、歸納，得出它們各自的基本組成和具體工作過程。在最后一個環節中在對兩個實例的充分研究與分析的基礎上，對開環控制系統的工作過程由學生自主進行個別到一般的歸納概括。所以，教學難點的突破，在于前面的鋪墊，以充分的鋪墊作為突破口，這是教學的原則和教學藝術的一個重要體現。
在學法指導上，從學生尋找生活中開環控制事例到學生動手試驗再到開環控制系統特征和框圖的歸納環環相扣，設計流暢，學生始終參與全程教學活動，能引導學生思維步步深入，從提出問題、分析問題到解決問題，符合高中學生認知規律。
本節課為下節課“閉環控制系統”的教學埋下了伏筆，為后續課程的學習打下了良好基礎。
作業：
1、生活中還有哪些開環控制系統？
2、要求學生應用一般開環控制系統方框圖在以下控制系統中任選2個畫出其控制方框圖。
公共汽車車門控制系統、紅綠燈定時控制系統、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、自動烘手機控制系統、游泳池注水控制系統
附件：課堂內活動方案設計
活動 光控模擬路燈的制作
——開環控制系統的工作過程與方式
活動目標
通過光控模擬路燈的制作活動，知道開環控制系統的基本組成。
學習有關電子技術與傳感器知識，提高實踐動手能力。
活動描述
本次活動將組裝光控模擬路燈電路，它能根據光敏電阻周圍光線亮暗的程度，自動開關LED發光二極管。通過光控模擬路燈的組裝，知道并體驗開環控制系統的工作過程與方式。
器材準備
面包板、電阻、光傳感器、LED發光二極管、導線、四節5號電池、斯密特觸發器等
活動提示
1、電路原理圖：
2、認真閱讀電路原理圖，仔細檢查實踐組裝所需電子元件。
3、依次在面包板上插入觸發器、R1、Rg、LED、R2，利用可插入式導線連接各元件。
4、接上電源，調節可變電阻器，直到LED在光線較暗情況下亮起。
5、繼續調節可變電阻器，觀察整個電路的靈敏度。
問題討論
光控模擬路燈的輸入量和輸出量各是什么？屬于人工控制還是自動控制？屬于開環控制還是閉環控制？
在安裝與調試過程中，你遇到了哪些問題？是如何解決的？
光控模擬路燈還存在哪些需要改進的地方？還有其他什么方式可以控制LED發光二極管的亮暗？
參考活動
設計一個聲控自動門，實現“芝麻開門”的模擬情景。
控制系統
輸出量（燈亮或滅）
輸入量（光或手動）
輸入量
光傳感器
常開接點
LED燈
輸出量
輸入量
控制器
執行器
被控對象
輸出量
電路組裝實物圖：
R2
Rg
觸發器
R1
LED

展開更多......

收起↑