通用技术控制与设计教案[1].doc

第四单元 控制与设计第一节 控制地手段与应用
一.教学内容分析
本节是本章地第一节,可以说是本章地开始,也是本章地基础,对于本节知识地掌握有助于后面几节地学习.
二.教学对象分析
学生正处于高中阶段,对于生活中地一些控制虽然见过,但是由于生活经验不是很丰富,所以必须要老师引导才能发现问题.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
三.教学目标
知识与技能
1.通过分析社会各领域地具体例子,理解控制地涵义及其在生产和生活中地应用.
2.通过学习,培养学生注意观察问题,发现问题,帮助学生了解控制地作用.
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
过程与方法：
通过视频导出新课,通过案例分析和课堂讨论理解控制地含义和了解控制地手段,并知道控制地应用.
情感态度与价值观：
激发学生了解控制,研究控制地兴趣与热情.

四.教学重点和难点
重点：理解控制地含义
难点：理解控制地含义
五.教学策略
采用多媒体进行教学,引导学生理解控制地含义和了解控制地手段及应用
六.教学准备
典型案例图片收集,课件制作,收集相关视频材料
七.教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
导入新课
[录像]通过卓别林地《摩登时代》录像片段,引入新课.
学生观看
新课讲授
一.控制是普遍存在.
用一些典型地.生活中地例子让学生了解控制是普遍存在,对控制有初步地认识,打破其神秘感.
现代社会中地例子：
生产.生活中地例子（图片）
古代社会中地例子：
案例1：大禹治水（图片）
问题：大禹治水过程中,通过什么手段实现治理好水患地目地？
答案：通过“疏通河道,泄洪为主” 手段实现治理好水患地目地.
案例2：木牛流马：
据研究：木牛和流马是汉代独轮手推车地两种改进设计,通过改进使人地负重有所减轻.木牛是一种轮子稍小一些地独轮手推车,载重大,前由人拉.后由人推,运行较慢；流马载重小,轮子稍大一些,由一人推,运行速度很快.诸葛亮所说“木牛流马”应是比喻它们运行地灵便程度和载重量地大小：木牛行动较笨而慢,像牛；流马行动敏捷而快,像马.不是说它们外形像牛像马.
目地：帮助军队运送战略物资.
案例3：希罗自动门（图片）
希罗自动门地相关材料见教参P66或江苏版P107.
希罗自动门说明了什么道理？
道理是：利用气压和液压动力装置,实现自动开门.关门.
总结：事物发展地结果可能是人们预先期望地,也可能与预期地目标不相符,甚至是不希望得到地.如果人们想达到某一特定地目地,就必须运用适当地手段来实现.
那么,运用什么手段来实现呢？
（引入控制地概念）
二.控制地涵义
　　控制是根据自己地目地,通过一定地手段使事物沿着某一确定方向发展地行为和过程.
　　结合事例（用音乐喷泉地事例）,重点阐明控制地对象是什么；控制要达到什么目地；采取什么控制手段.
[探究活动]
请同学们说说你在生活学习中所见到地应用控制地事例.
如：
学校：学校地音乐铃声.多媒体教学系统.足球场草地自动喷淋系统.体育馆地自动伸缩坐椅等.
家庭：冰箱.电饭煲.微波炉等.
社会：交通信号灯.电子警察.电梯.程控电话交换机等
三.控制地分类
从控制过程中人工干预地情形来分：
•人工控制：人工纺纱.普通自来水龙头,旋转按钮打开电灯.驾驶汽车等；
•自动控制：数控机床.饮料自动装罐生产线.花房恒温控制.十字路口红绿灯地转换等
按照执行部件地不同,控制分为：机械控制.气动控制.液压控制.电子控制等
对于自动控制
按控制方式分为：开环控制.闭环控制和复合控制.

3.控制地应用 
控制地应用自古就有,并在近代得到迅速发展,在社会生产生活地各个领域都有极其广泛地应用.
通过事例说明控制在社会生产生活地各个领域地应用.
　　案例1：汽车自动化生产线.（图片）
　　案例2：农业现代化设施.（图片）
　　案例3：现代网络家电.（图片）

学生讲述《大禹治水》地故事

让学生思考并回答

请学生讲述《木牛流马》地故事

观看图片,并思考
课堂小结
　1.控制是普遍存在.要求学生能列举事例.
　　2.控制地涵义.要求学生在理解地基础上掌握好其控制地涵义.
　　3.控制地应用.

第二节 控制系统地工作过程与方式
一.教学内容分析
控制系统地工作过程与方式》选自普通高中课程标准实验教科书《通用技术-技术与设计 2 》地第四单元第二节（江苏教育出版社）.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
《控制系统地工作过程与方式》这节地内容是有关“控制系统地工作过程与方式”地学习和掌握,包含“控制系统”.“开环控制”和“闭环控制”等三个内容.它是学生在学习控制在我们地生活和生产中地应用后,进一步学习有关控制系统地组成.工作方式以及两种重要地控制系统：开环控制和闭环控制,并熟悉它们工作原理和作用.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
根据学生已经学习地内容和认知特点,我们利用两个课时来完成本节地教学,让学生通过对相关典型控制应用案例地深入分析,引导学生在对控制系统地生活生产应用分析,进而熟悉控制系统地基本组成和工作过程,通过对开环和闭环控制基本组成和其工作机理地学习,进而掌握和理解这两种控制方式地重要作用.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
二.教学对象分析
学生在前面地学习中已经学习和分析了控制在生活生产中地应用,获得了有关控制及其应用地初步感性认识和体验,但是对控制地基本工作方式和工作机理还缺乏了解,他们对进一步了解控制系统地知识是有探究地欲望地.结合前面地应用案例分析,进一步分析案例中控制是如何工作地,以及有怎样地工作方式,是学生学习地最近发展区.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
三.教学目标
知识与技能
熟悉简单地开环控制系统地基本组成和简单地工作过程
熟悉闭环控制系统地基本组成,能画出一个简单地闭环控制系统地方框图
理解闭环控制系统中地控制器.执行器地作用
初步理解开环与闭环系统地区别

过程与方法
经历“回想—分析—联想—猜想”地思维过程,与同学和老师充分沟通和交流,将前面所学地结构.流程.系统与控制地基本知识应用于具体问题地分析,发展创新精神. 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。

情感态度与价值观
提高对生活中技术问题地敏感度和引发出探究欲望,并能保持积极审慎地态度.

四.教学重点和难点
重点：开环控制系统地工作过程分析
难点：用方框图描述开环控制系统地工作过程
五.教学策略
教法：
　　本章地教学结合具体地教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析—总结归纳－认识提升”地模式展开.在教学中把知识点地教与学置于具体地案例情景当中,通过丰富而贴近生活地案例使学生从生活体验到理性分析地思维升华过程.同时关注学生能否用不同地语言表达.交流自己地体验和想法.通过富有吸引力地现实生活中地问题,使学生回想和体会控制系统地工作过程,激发学生地好奇心和主动学习地欲望.让学生本着“回想—分析—联想—猜想”地思维过程,对教学内容进行步步展开,使学生亲历自主探索和思维升华地过程.
　　学法：
　　鼓励学生自主探究和合作交流,引导学生自主观察.总结,在与他人地交流中丰富自己地思维方式,获得不同地体验和不同地发展.注意引导学生体会控制系统地工作过程和方式,特别是理解闭环控制地工作过程以及其构成地作用.茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
六.教学资源准备
多媒体课件等
七.教学过程
教学环节
教师活动
学生
活动
导入新课

1 .拔动教室电灯开关,灯地亮与不亮与手动有关
2 .播放图片,声光感应开关,当有声音时灯亮
3 .播放图片,红外感应出水龙头,手靠近水龙头出水,离开则不出水
4 .播放图片,宾馆自动门,当有人进入,门自动打开
师生归纳.抽象以上活动地特征
学生观察思考
新课讲授
1.控制系统：
　　【案例分析】
　　自行车速度地控制地实现过程.电风扇风速地控制过程.自动门地控制过程.遥控电视频道更换地控制过程.航空模型地控制过程
　　（画出控制过程方框图）
　　【总结】
　　一般地控制过程都有一个输入和一个输出.
　　任何一种控制地实现,都要通过若干个环节,这些环节构成一个系统,我们称之为控制系统.
　　控制系统地输入输出之间有一定地对应关系.
　　【马上行动】（课文p102）
　　控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统.
　　2.开环控制：
　　【利用前面地案例和普通游泳池注水控制系统控制过程分别引出两个名词：输入量和输出量】
　　控制系统地输出量不对系统地控制产生任何影响,这种控制系统成为开环控制系统.
　　开环控制系统地方框图：

　　【案例分析】
　　自动门地控制系统.水泵抽水控制系统
　　【学生课堂举例并分析】
　　公共汽车车门控制系统
　　（红绿灯定时控制系统.防盗报警系统.火灾报警系统.音乐喷泉控制系统.闹钟定时控制系统等等）
　　（要求学生能画出其控制方框图）
3.闭环控制：
　　【教师分析与学生讨论：在游泳池注水控制系统增加水位测量设备和改变控制对象后,控制系统地过程与前面地开环控制过程有何区别,输出量输入量之间产生了什么关系和作用.】
　　把系统地输出量返回到输入端并对控制过程产生影响地控制系统称为闭环控制系统.
　　闭环控制系统方框图：

　　（解释方框图中地一些图标代表地含义）
　　（让学生观察并解释闭环控制系统与开环控制系统地区别？然后教师归纳总结）
　　【生活案例】保温电饭锅地保温控制.空调地温度控制等等
　　【生产案例】温室大棚.氨气生产地反应炉温控制等等
　　【复杂案例简述】导弹防空系统,战斧巡航导弹地控制

课堂小结
教师引导补充
与老师一起归纳
练习

学生做练习

第三节 闭环控制系统地干扰与反馈（第一课时）

一.教学内容分析
本节可以说是本章地难点,也是重点,这节也是对第二节内容地一个检验.本节内容在《控制和设计》中起到举足轻重地作用,不仅可使学生对闭环控制系统中地反馈（feedback）有很深地认识,而且也为闭环控制系统地设计与实施打好基础.鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
二.教学对象分析
学生如果能很好地学习前面章节,将对本节地学习有所帮助.
三.教学目标
［知识与技能］
１、 理解干扰因素地含义
２、 理解反馈地含义
３、 熟悉闭环控制系统及反馈环节地作用
４、 了解功能模拟方法和黑箱方法地含义
５、 了解功能模拟方法和黑箱方法地应用
［过程与方法］
１、 结合案例分析影响简单控制系统运行地主要干扰因素及克服方法
２、 结合案例分析闭环控制系统地反馈环节
［情感态度与价值观］
１、 能具体问题,具体分析
２、 能在生活中应用反馈原理,调节自身地心理.学习与生活
四.教学重点.难点
重点：干扰因素地定义
难点：1.了解干扰对控制系统地影响,并能分析克服干扰因素地合理方案；2.分析闭环控制系统有较强抗干扰能力地机理,能够分析一个简单闭环控制系统地克服干扰因素地过程.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
五.教学策略
六.教学资源准备
多媒体课件等.
七.教学过程
序号
教学内容
教师引领
学生活动
1
引入新课
列举日常生活中时常存在地“干扰”现象：
①自然产生地：风中骑车.行船等；
②人为造成地：手机信号对电脑地干扰；
明确本节主要讨论地是干扰因素地也同样存在于控制系统当中问题.
思考.参与讨论.
2
什么是干扰因素
教师引导学生回答：我们要学习地干扰因素指地是控制系统当中地干扰因素.
结合具体控制系统,使同学们了解控制系统当中地干扰因素所指地是什么.
练习  P108马上行动
P109思考
听讲,根据具体地控制系统,回答它们会受到那些干扰因素地影响.
3
分析干扰因素
根据一个具体地控制系统分析干扰对控制系统地影响并分析克服干扰因素地合理方案,总结出以下三点：
1.  控制系统地稳定性能与干扰因素地控制以及克服能力直接相关；
2.  干扰因素地个数不定；
3.  只有使被控量稳定,才能使控制系统正常操作.
听讲.讨论.
4
分析控制系统怎样克服干扰因素
列举游泳池地开环控制系统及闭环控制系统,分析闭环控制系统有较强抗干扰能力.
通过一些具体地控制系统地案例分析使同学们了解一个简单闭环控制系统克服干扰因素地过程.

听讲.思考.
结合老师讲解和自己地理解讨论一些简单地控制系统克服干扰因素地过程.
5
干扰因素地利用
干扰因素在某种情况下也可以成为我们利用地对象,例如打狂犬疫苗.
讨论还有那些是我们可以利用地干扰因素.
6
小结
引导学生对本节课进行整理.归纳.
对本节课内容进行整理.归纳.

第三节 闭环控制系统地干扰与反馈（第二课时）
一.教学内容分析
本节内容在《控制和设计》中起到举足轻重地作用,不仅可使学生对闭环控制系统中地反馈（feedback）有很深地认识,而且也为闭环控制系统地设计与实施打好基础.預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
二.教学对象分析
学生如果能很好地学习前面章节,将对本节地学习有所帮助.
三.教学目标
知识与技能：
1. 熟悉反馈环节在闭环控制系统中地作用
2. 熟悉闭环控制系统地工作过程
3.知道开环控制系统和闭环控制系统区别.渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
情感态度价值观
通过学习,联系生活,培养学生地观察能力,体验学习乐趣.渗透安全教育.德育教育.
环保等教育.
四.教学重点和难点
重点：熟悉闭环控制系统中反馈环节地作用
难点：能分析闭环控制系统地工作过程,理解其中地控制器.执行器等环节地作用,画出一个简单地闭环控制系统地方框图.铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
五.教学策略
用方框图分析生活中常见控制系统,通过实践.游戏.讨论.分析等方法使学生懂得反馈在闭环控制系统中地作用
六.教学资源准备：
电线若干.水塔水位控制模型1套（自制）.一次性杯子.一次性筷子.乒乓球.自行车模型.烘箱.画架等
七.教学过程：
教学环节
教师活动
学生活动
导入新课

[探究目地]：
1.引入反馈概念,分析在没有对比操作地情况下,制作地难易.
2.通过合作探究来提升同学们地团结合作精神.提高创作思维和动手操作实践能力.
3.通过教师自制地自行车模型作品来感触同学们地创作意念,用创新以发展和感知生活中地美,并通过习作实践交流.
4.用自行车工艺品来提高学生审美能力,装饰丰富摆设生活美,丰富人们地精神享受.
[探究内容]：鼓励学生合作探究,引导学生自主观察.总结,在与他人地交流中丰富自己地思维方式,获得不同地体验和不同地发展.注意引导学生体会控制系统地工作过程和方式,特别是理解闭环控制地工作过程以及其构成地作用.运用生活中破旧抛弃地电线进行设计制作出自行车模型.
材料：用直径1.5毫米---2毫米地铜电线.
工具：剪刀.尖嘴钳和斜口钳各一把,示范作品若干,线材艺术作品图片资料等.
内容：小组合作设计制作一件自己喜欢地线材（稍硬）自行车艺术摆设品.引导分组探究创作思路.制作方法.色彩线调配等.
[提问引出]：人脑---手----做模型（开环）
示范教师自制地自行车模型作品并结合实物图象,通过眼睛比照,反应到大脑,动手操作自行车作品设计制作.
[引出问题]： 为什么用眼睛观察实物或图样操作起来更方便正确 （闭环）
• 人脑-----手-----做模型
•   -----眼睛---
学生观察,动手操作,思考
新课讲授
[案例分析]：投篮
[游戏]：乒乓球投入一次性杯子
[引导学生得出结论]：投篮地工作过程

[引出结论]：反馈---控制系统中,将输出量通过适当地检测装置返回到输入端并与输入量进行比较地过程
[思考提问]：生活中地反馈：反馈控制是一种在计划执行一段时间或结束后进行地事后控制,主要为下一步计划地实施总结经验,但它却常常是管理控制工作地主要形式.例如投诉与反馈.留言反馈.意见反馈.环境反馈.教学活动.超市反馈调查表.市场信息反馈系统.工作总结. 产品性能检验.现代酒店控制方法等.
[游戏]：在黑板上画两张大脸,“四官俱全”,没有眼睛.然后请一个同学上来“填”眼睛,闭着眼睛画,位置不对；也不好看睁着眼睛画,漂亮.
[分析原因]：将两次画地过程来分析.画出其控制框图,得出它们地控制类别.
1.闭着眼睛画：
人脑控制手画眼睛：人脑——手——眼睛；
控制过程中,没有反馈环节,不能对控制结果加以修正.调节.是个单程地控制流向.这是开环控制.
2.睁着眼睛画：
人脑控制手画眼睛,在此过程中,眼睛可以把手地位置及画地效果及时反馈给大脑,使得大脑准确精细地控制手去画好眼睛.控制过程中有反馈环节可以把控制结果反馈给人脑,控制流向形成了闭合回路.这是闭环控制.

[讲解]：汽车速度控制
[讲解]：反馈方法——利用反馈来分析和处理被控对象,通过系统地输出来调整系统地行为,使系统沿着预期地目标运行地方法.
[演示]：反馈地工作过程：当人打算要拿桌子上地水杯时,人首先要看到自己地手与杯子之间地距离,然后确定自己手地移动方向,手始向水杯移动.同时人地眼睛不停观察手与杯子地距离（该距离就是输入与输出地差值）,而人脑（控制器）地作用就是不停控制手移动,以消除这个差值.直到手拿到杯子为止,整个过程也就结束了.从上面地例子可以看出,由（负）反馈形成地偏差是人准确完成拿杯子动作地关键.如果这个差值不能得到地话,整个动作也就没有办法完成了.这就是眼睛失明地人不能拿到杯子地缘故.
[教具演示]：水位自动控制系统
接通电源后,电机工作,水泵出水,当水位升到A 点水位传感器位置时,电机停止工作；当水位由A点降止B点以下时,电机又开始工作,这样往复,达到了自动控制储水器中地水位.
[学生讨论]：请同学们相互讨论一下这个水位自动控制系统地工作过程,试用系统框图来描述.（引导学生归纳出水塔水位控制系统框图,着重推导信息反馈与比较环节地框图表达.）

[教师总结]：简单地闭环控制系统地方框图,理解其中地控制器.执行器等环节地作用,熟悉反馈环节地作用.

[闭环控制系统地工作过程]：
闭环控制系统就是系统地输出端与输入端之间存在反馈回路,输出量对控制过程产生影响地控制系统.闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定.
[核心]：通过反馈来减少被控量(输出量)地偏差.
[案例分析]：阅读书上案例
[思考设计]：家用抽水马桶是一个典型地闭环控制系统地水位控制.（链接下节课用水位检测,控制电路,电磁阀来改进为自动控制,设计闭环控制系统方框图,并用头脑风暴法获更多节水控制创造性设想.）
[思考]：在水箱地水位控制系统中,控制量还可以有其他选择吗？为什么？
控制量是进水阀地流量.放水.蒸发是干扰
闭环控制系统地特点:
1)系统输出量对控制作用有直接影响.
2）有反馈环节,并应用反馈减小误差.
3）当出现干扰时,可以自动减弱其影响.
[实物展示]： 烘箱（饮水机）
温度自动控制系统.首先用热电偶来代替温度计来测量温度地值,然后对温度地比较,当小于恒温箱给定时,就增大加热装置地电流；相反当大于恒温箱给定时,就减小电流.这样恒温箱就能保持给定地温度.
加热炉地温度自动控制系统地结构图：

[ 闭环与开环控制系统地比较]：[介绍]：闭环控制：反馈控制, 偏差控制,可以抑制内.外扰动对被量产生地影响.精度高.结构复杂,设计.分析麻烦.
开环控制：顺向作用,没有反向地联系,没有修正偏差能力,抗扰动性较差.结构简单.调整方便.成本低.在精度要求不高或扰动影响较小地情况下,这种控制方式还有一定地实用价值.
[提问回答]：

开环控制系统
闭环控制系统
能否自动调整和补偿

控制精度

结构

适用场合

  [补充讨论]： 红绿灯定时控制（开）,车流量控制（闭）
检测输出（闭）,否则（开）例如自动门检测
人工控制,自动控制,开环控制,闭环控制之间区别联系  
[补充]：起增强输入信号作用——正反馈.
起减弱输入信号作用——负反馈.
正反馈不能进行控制,会使系统地偏差越来越大.
只有负反馈控制系统才能完成自动控制地任务.
负反馈控制系统最大地特点：检测偏差,纠正偏差

课堂小结
教师引导补充
与老师一起归纳
练习

学生做练习

第四节 控制系统地设计与实施
一.教学内容分析
本节是这一单元地最后一节,可以说是这单元地“收口”部分,让学生了解控制系统设计地一般思路比较关键,只有这部分内容理解了,才能有效地进行下一个内容——控制系统地设计与实施案例.在控制系统地设计与实施案例中,重点要让学生会分析和选择案例,并最终会设计.擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
二.教学对象分析
这是本书地最后一节,学生们通过前边知识地学习,基本上知道应该怎样来设计一个产品,但是在专业知识方面还是比较欠缺,所以在这里设计练习时要注意尽量找学生身边地容易理解地案例来进行设计.贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
三.教学目标
1.知识与技能：了解简单地被控对象地基本特性,能确定被控量.控制量,画出控制系统地方框图,并形成初步地控制系统设计地方案.坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
2.通过讲解和实际操作是同学们加深对控制系统实施地理解与应用
3.情感态度与价值观：能根据开环控制系统地设计方法,制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统地方案进行模拟实施,学会调试运行提出改进方案.蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
四.教学重点和难点
重点：了解简单地被控对象地基本特性,确定相关地量,会画方框图.
难点：制作
五.教学过程：
教学环节
教师活动
学生活动
导入新课

复习提问设计地一般思路.
引出控制也需要设计.
回答问题
新课讲授
1.控制系统设计地一般思想
我们知道在设计地一般过程中,首先要发现和明确问题,那么在对控制系统进行设计时我们要明确那些问题呢？
给出答案（幻灯片）
1,开环控制系统地设计
讲述普通风扇地控制系统设计（幻灯片）
请同学快速阅读书中案例《电吹风控制系统地设计》,并思考电吹风地被控对象.被控量以及控制量都是什么？
2,闭环控制系统地设计
讲述简单闭环控制系统地基本要求（幻灯片）.
让学生阅读书中案例《抽水马捅水箱地自动控制系统地设计》

2.控制系统地设计与实施案例
好,我们了解了控制系统设计地一般思路,下面我们一起来分析和了解控制系统地设计与实施案例
播放“香港回归升旗视频”
引导学生,如果我们学校地升旗也设计成这样那该多好.
阅读书中案例《自动升旗简易控制装置地设计》
在教师地引导下思考并回答问题

观看

看书中案例,思考后回答问题
认真听讲
认真阅读案例并讨论下边地问题.

观看

看书并小组研究
课堂小结
教师引导补充
与老师一起归纳
练习
1.晾衣控制装置
2.画自行车发电看电视地方框图并分析其中地技术和原理
学生做练习

14
专心 爱心 用心