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
第二節 控制系統的工作過程與方式
教 學 案 例
南開大學附屬中學 陳欣
一、教學設計：
（一）教學目標：
1．知識與技能：
熟悉簡單的開、閉環控制系統的控制系統的含義、基本組成和簡單的工作過程。能畫出簡單開、閉環控制系統的方框圖并理解開、閉環控制系統中的控制器、執行器的作用。
2．過程與方法：
通過案例分析、馬上行動、小試驗，學會畫簡單的方框圖，培養學生使用通用技術語言理解開、閉環控制系統中各環節的作用。
3．情感、態度與價值觀：
通過自行車、電風扇等案例的分析，培養學生對生活中的控制技術的興趣。
（二）教學重點、難點：
1．教學重點：
開、閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。
2．教學難點：
（1）用方框圖描述開、閉環控制系統的工作過程。
（2）開環控制系統和閉環控制系統的比較和區別
（三）教學策略：
結合學生的生活實際，選擇學生生活中比較熟悉的事物為載體，這樣進行知識方面的傳授有利于培養學習興趣。教學方式是學生主動思考、討論、親身實踐，教師利用講解、提問、啟發等途徑，在師生互動中完成教與學。
1．教法：
　（1） 先行組織者策略，選擇與學習開環控制系統有包容性、概括性的引導性材料，以建立新、舊知識經驗之間的聯系，逐步加強學生對開環控制系統工作過程和方框圖的理解和應用能力。
　（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框。
　（3） 設置問題，引導學生進行一般意義上的歸納總結。
　（4） 動手試驗，體會開環控制系統輸入與輸出的關系。
2．學法：
　鼓勵學生自主探究和合作交流，引導學生自主觀察、總結，在與他人的交流中豐富自己的思維方式，獲得不同的體驗和不同的發展。注意引導學生體會控制系統的工作過程和方式，特別是理解閉環控制的工作過程以及其構成的作用。
（四）學情分析：
　學生在前面的學習中已經學習和分析了控制在生活生產中的應用，獲得了有關控制及其應用的初步感性認識和體驗，但是對控制的基本工作方式和工作機理還缺乏了解，他們對進一步了解控制系統的知識是有探究的欲望的。結合前面的應用案例分析，進一步分析案例中控制是如何工作的，以及有怎樣的工作方式，是學生學習的最近發展區。
（五）課前準備：
由于本節課內容，我在本節課上課之前針對本節課的教學內容作了大量的相關內容的收集：（1）相關資源的收集，包括網絡資源的收集和與其它學科教師就相關知識進行學術方面的交流；(2) 技術試驗工具、材料等；（3）多方面地進行學情的調查，以便在課上既做到傳授知識又補充生活經驗。在每節課上課之前還要針對每個班的不同情況對所講的內容進行適當的調整，以適應不同學生不同學情的需要。
（六）教學過程：
　　
教學環節 師生活動 設計意圖
導入 上節課我們學習了控制的含義，從控制的現象、目的、手段三個方面進行理解，同時也學習了控制的幾種分類方式。每天騎的自行車是如何控制的？問題引入，學生回答。二 控制系統工作過程與方式（板書） 復習舊知，引入新知，使學生在頭腦中形成一個完整的知識體系。
探究 控制系統：（板書）【案例分析】自行車行駛的速度的控制的實現過程　引導學生回答（畫出控制過程方框圖）【總結】一般的控制過程都有一個輸入和一個輸出。　　任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節構成一個系統，我們稱之為控制系統。（筆記）【馬上行動】（課文p102）讓學生討論、填寫，給答案控制系統一般分為開環控制系統和閉環控制系統。
2、開環控制：（板書）開環控制是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯系的控制過程,按這種方式組成的系統稱為開環控制系統,其特點是系統的輸出量不會對系統的控制作用發生影響，不具備自動修正的能力。其輸入可分為給定值輸入和干擾輸入。 涉及的基本概念控制系統；用以完成一定控制任務的元、部件的組合。控制器：對被控對象起控制作用的設備總體，即控制裝置。被控對象：需要控制的機器、設備或生產過程。輸入量：作用于控制系統的物理量，可分為使系統具有預定功能的控制輸入量(簡稱控制量)和破壞系統控制輸入量和輸出量之間預定規律的干擾輸入量(簡稱干擾或擾動量)。輸出量：控制系統或被控對象的需要進行控制的物理量。【馬上行動】（課文p103）列舉你所知道的開環控制系統——提問（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、鬧鐘定時控制系統等等）開環控制系統的方框圖：　　
　【案例分析】自動門的控制系統、水泵抽水控制系統　【馬上行動】（課文p103）學生練習，加以指導 1. 普通家用電飯煲的煮飯控制 3、小試驗：指導學生觀察拉動線繩，紙猴表情的變化（圖略） 3、閉環控制系統：（板書）閉環控制是將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環、參與控制的控制方式。若由于干擾的存在，使得系統實際輸出偏離期望輸出，系統自身便利用負反饋產生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差，使系統輸出量恢復到期望值上，這正是反饋工作原理。可見，閉環控制具有較強的抗干擾能力。 涉及的基本概念 反饋：輸出量送回至輸入端并與輸入信號比較的過程。負反饋：反饋的信號是與輸入信號相減而使偏差越來越小。閉環控制系統方框圖：
　　（解釋方框圖中的一些圖標代表的含義）教師分析與學生討論：在游泳池注水控制系統增加水位測量設備和改變控制對象后，控制系統的過程與前面的開環控制過程有何區別，輸出量輸入量之間產生了什么關系和作用。（讓學生觀察并解釋閉環控制系統與開環控制系統的區別？然后教師歸納總結）【馬上行動】（課文p106）
比較：開環控制系統和閉環控制系統 開環控制系統閉環控制系統從構成形式上無反饋環節有反饋環節從本質上信息的流向是單向、開放信息的流向是閉合、回路 【課堂練習】判斷以下控制系統是屬于開環控制系統還是閉環控制系統，并繪制出相應系統框圖。（1）紅綠燈定時控制系統； （2）聲控燈控制系統；
（3）智能電冰箱溫度控制系統； （4）自動水位控制系統。 通過富有吸引力的現實生活中的問題，使學生回想和體會控制系統的工作過程，激發學生的好奇心和主動學習的欲望。有歸納，有練習，讓學生對所學知識有區分，有理解，有應用。
小結 一、控制系統二、開環控制系統的工作過程及方框圖三、閉環控制系統的工作過程及方框圖 幫助學生梳理本節課應知應會的內容。使學生對本節課的整體知識體系有一個全面的認識。
作業 家用壓力鍋的壓力控制系統是開環控制系統還是閉環控制系統？它是通過哪些裝置實現壓力控制的？說出其控制的過程。 對不同層次的學生提出不同的要求，為下節課做好鋪墊。
（七）板書設計
二、教學反思：
把教學的案例情景設置在學生身邊經常遇到的例子，如自行車等生活常用工具和產品，根據目標對教學內容進行篩選，盡量去掉教材中易使學生厭煩的信息，留下學生能夠參與和感興趣的信息，激發學生的學習熱情。如果有可能，就盡量減少教師的課堂講解，要給學生充足的時間和空間來思考和發展，使學生有時間和空間進行自我調控、自主學習、自我分析、互相評價、促進學生學會學習。
　　我們不能僅僅經常問學生“為什么這樣？”，還要努力促進學生被動的回答教師的“為什么”轉化發展為經常向自己提出“為什么”。這個轉化過程的引導值得我們進一步研究和探索。在課堂的互動中，所有學生都應學會如何與其他同學合作，互相補充，為求最佳解答方案而競爭，自主地進行獨立學習。而教師則要進一步豐富自己的系統和控制技術和社科知識，提高教育心理學和學習心理學的水平。
三、專家點評：
教學設計和實施都體現了高中通用技術新課程理念，案例貼近學生生活，最大限度的將課程與生活相聯系，理論與實踐結合緊密，激發了學生們的學習熱情。結合學生的生活實際，選擇學生生活中比較熟悉的事物為載體，更容易被學生所理解與接受。這節課從理解技術、學習技術、情感態度與價值觀的融合等方面，向我們展示了通用技術課程的魅力、價值以及發展方向之所在。教師利用講解、提問、啟發等途徑，引導學生主動思考、討論、親身實踐，在師生互動中完成教與學的任務。通過富有吸引力的現實生活中的問題，使學生回想和體會控制系統的工作過程，激發學生的好奇心和主動學習的欲望。
二 控制系統的工作過程與方式
1. 控制系統、定義，
2. 開環控制系統及方框圖
3. 閉環控制系統及方框圖
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