資源簡介

高中通用技術 技術與設計2 (蘇教版)
第四單元 控制與設計
第三節 閉環控制系統的干擾和反饋(第二課時)
教 學 案 例
天津市南開藝術中學 賈瑋
一、教學設計：
（一）教學目標：
1.知識與技能：
熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用；
2.過程與方法：
能結合身邊的案例找出干擾的因素，并作出分析。
3.情感、態度與價值觀：
培養學生對一個控制系統的理解能力和分析能力，并能從感性到理性過渡，形成正確的對系統中干擾的認識，并建立穩定的控制系統認識態度。
（二）教學重點、難點：
1.教學重點：
學生知道簡單控制系統中的反饋，理解反饋工作過程的基本方法。
2.教學難點：
反饋環節的使用。
（三）教學策略：
1.教法：
本節課教師通過對有針對性的典型實例，進行引導、講述、分析等多種教學方式，以課標為依據，結合學生生活經驗，努力提高教學的生動性和邏輯性，激發學生的學習興趣，提高學生的注意力，是學生能夠建構課本的知識點。
2.學法：
本課程的教學對象是剛剛對控制系統有初步了解的學生，對控制的干擾和反饋都還很模糊，因此要以學生為主體，從學生身邊的實例出發，讓學生主動參與到課堂活動中，從而理解本節內容。
本課給學生的學法是“分析案例—合作探究—得出結論—思維擴展”。
（四）學情分析：
學習過前幾節的內容的學生已經對控制系統有了初步的了解，但是對影響閉環控制系統的干擾因素和閉環系統中的反饋的作用還很神秘。學生此時的好奇心較強、思維也較活躍，因此在實例的選擇上要貼近學生的認知水品和風格，這樣才能讓學生更好的理解本節的內容。
（五）課前準備：
相關資料的準備（文本、圖片），多媒體課件。
（六）教學過程：
教學環節 師生活動 設計意圖
導入新課 1、干擾因素的概念2、克服干擾的基本方法 鞏固前面內容，為本節內容做鋪墊。
反饋 1、什么是反饋：【案例分析】投籃（閉環系統）【游戲】將乒乓球投入一次性杯子投籃過程：【結論】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，就是反饋（feedback）。2、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，是系統沿著預期的目標運行的方法。【例】投訴與反饋、留言反饋、市場信息反饋系統、工作總結……【馬上行動】事例輸入檢測裝置輸出穿針引線線的位置眼睛線與針孔對準電冰箱溫控器設定溫度溫度傳感器制冷后冰箱內溫度投擲飛鏢靶的位置(期望值)眼睛飛鏢實際投擲位置【演示】水位自動控制系統接通電源后，電機工作，水泵出水，當水位升到A點水位傳感器位置時，電機停止工作；當水位由A點降到B點以下時，電機又開始工作，這樣往復，達到自動控制儲水器中的水位。（學生畫水位自動控制系統的工作過程，用框圖來描述）由以上例子看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，熟悉反饋環節的作用。【演示】反饋的工作過程當人打算要拿桌子上的水杯時，人首先要看到自己的手與杯子之間的距離，然后確定自己手的移動方向，手始向水杯移動。同時人的眼睛不停觀察手與杯子的距離（該距離就是輸入與輸出的差值），而人腦（控制器）的作用就是不停控制手移動，以消除這個差值。直到手拿到杯子為止，整個過程也就結束了。從上面的例子可以看出，由（負）反饋形成的偏差是人準確完成拿杯子動作的關鍵。如果這個差值不能得到的話，整個動作也就沒有辦法完成了。這就是眼睛失明的人不能拿到杯子的緣故。3、閉環控制系統的工作過程：閉環控制系統就是指在系統的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產生影響的控制系統。閉環控制系統的核心：通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。【案例分析】供水水箱的水位自動控制系統。【案例分析】加熱爐的溫度自動控制系統。【游戲】在黑板上畫兩張大臉，但是都少了鼻子，請兩位同學上臺貼鼻子。一位同學睜眼貼，一位同學閉眼貼。結果如何？ [分析原因]將兩個人貼鼻子的過程分析，畫出其控制框圖，得出控制類型。 （1）閉眼貼的： 人腦控制手貼鼻： 控制過程中，沒有反饋環節，不能控制結果加以修正、調節，是個單程的控制流向，是開環控制。 （2）睜眼貼的： 人腦控制手貼鼻子，在此過程中，眼睛可以把手的位置及畫的效果及時反饋給大腦，使得大腦準確精細的控制手去貼鼻子。 控制過程中有反饋環節，可以把控制結果反饋給人腦，控制流向形成閉合回路，這是閉環控制。4、閉環控制系統與開環控制系統的比較：（1）開環控制系統：順向作用，沒有反向能力，不能修正偏差，抗干擾性較差。結構簡單，調整方便，成本低。在精度要求不高或干擾影響較小的情況下適用。（2）閉環控制系統：反饋控制，可以減小內、外干擾對控制量產生的影響。精度高，結構復雜，設計、分析麻煩。【提問回答】開環控制系統閉環控制系統能否自動調整和補償否能控制精度差好結構簡單復雜適用場合穩定相對不穩定【討論】下列系統分別屬于哪種控制系統？紅綠燈定時控制（開環）；車流量控制（閉環）；檢測輸出（閉環），否則（開環），例如：自動門。 與前面的閉環控制系統相結合分析。由例子引入定義，較易理解。、結合閉環控制系統框圖來理解增加師生互動，提高學生興趣由實例引出容易理解
小結 1、反饋及反饋方法2、閉環控制系統的工作過程3、閉環控制系統與開環控制系統的比較 總結本節課知識點。
課堂反饋 以“電冰箱的控制原理”的案例為例：是閉環控制系統還是開環控制系統？是怎樣工作的？ 鼓勵學生全面、辯證的分析問題。
作業 書后練習題
（七）板書設計：
§4.3閉環控制系統的干擾與反饋
二、反饋：
1、反饋定義：
2、反饋方法
3、閉環控制系統的工作過程：
4、閉環控制系統與開環控制系統的比較：
二、教學反思：
這節課是在上節課干擾系統的基礎上，又進一步的學習，并且與前面的閉環系統、開環系統的概念聯系緊密，因此在講反饋的時候要時時刻刻與前面的內容相結合。選擇典型的案例來引導分析，不僅可以使學生很好的認識反饋，而且可以增強自己分析案例的自信。
其中以一個游戲引入開環系統與閉環系統的比較，生動地讓學生體會到兩種系統的區別和各自的優缺點，并且引起學生的學習興趣。但是在組織游戲的過程中要注意組織課堂的秩序，防止學生由于游戲而分散了注意力。
三、專家點評：
教師首先用媒體演示日常生活中比較常見的一些技術與設計的例子，以激起學生的學習積極性、主動性和創造性，調動學生的學習興趣，有利于更好地完成教學任務。整個教學過程貫穿著通用技術課的精髓——提高學生的技術素養。教學采用任務驅動、自主學習、交流協作等多種教學模式，讓學生帶著問題自主學習，自主探究，有助于培養學生良好的學習習慣，教學實施中課堂學習氣氛熱烈，教學效果顯著。
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