開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程和方式[一]

1、4.2 .1 開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程與方式教學(xué)設(shè)計(jì)【整體設(shè)計(jì)說明 】（一）本節(jié)在單元中的地位本課教學(xué)內(nèi)容為蘇教版技術(shù)與設(shè)計(jì)2 第四單元“控制與設(shè)計(jì)”的第二節(jié)“控制系統(tǒng)的工作過程與方式”的第 1 課時(shí)。從總體上看， “控制與設(shè)計(jì)”這個(gè)單元按照控制的手段 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這樣的思路來組織教材內(nèi)容。 上節(jié)課讓學(xué)生對(duì)控制手段和控制應(yīng)用有所了解， 下節(jié)課要讓學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡(jiǎn)單的工作過程， 因此， 本課教學(xué)非常關(guān)鍵， 是承上啟下的核心內(nèi)容。（二）學(xué)生學(xué)情分析學(xué)生對(duì)“控制”一詞并不陌生，經(jīng)常提到控制溫度、控制時(shí)間、控制音量、控制亮度、控制電流等。在生活、學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)控制形成

2、了或多或少的感性認(rèn)識(shí)， 這些認(rèn)識(shí)僅限于表面現(xiàn)象， 對(duì)控制系統(tǒng)的組成和工作過程并沒有進(jìn)行過深入思考和研究。 但學(xué)生畢竟也經(jīng)常進(jìn)行控制操作， 對(duì)控制有一些體會(huì)， 在物理等學(xué)科中學(xué)習(xí)了電子、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)，具有觀察和使用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的生活體驗(yàn)，這些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在教學(xué)中為學(xué)生尋找教材以外的案例提供了條件， 為學(xué)生配合教師教學(xué)提供了可能。（三）本節(jié)整體教學(xué)思路開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成與工作過程對(duì)后面的閉環(huán)控制和控制方案的設(shè)計(jì)至關(guān)重要， 所以這節(jié)的教學(xué)一定要落實(shí)到位， 使學(xué)生真正吃透和理解。 要達(dá)到這樣的效果， 教師必須引導(dǎo)學(xué)生對(duì)典型實(shí)例詳細(xì)分析， 使學(xué)生對(duì)實(shí)例中的控制過程和原理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)， 然后再引導(dǎo)

3、學(xué)生從中抽取出控制系統(tǒng)的基本組成： 傳感器、控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象，各個(gè)組成部分的功能和作用學(xué)生自然也明白了。對(duì)于控制系統(tǒng)的基本組成的作用， 學(xué)生一般不難理解， 但對(duì)于它們的工作原理， 學(xué)生可能會(huì)存在許多問題， 也極有可能在課堂教學(xué)中提出這些疑問。 對(duì)于疑問的學(xué)生， 教師要給予表揚(yáng)和鼓勵(lì)， 這是學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)提高的一個(gè)具體表現(xiàn)， 培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑的教學(xué)的一個(gè)重要方面。 教師要不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行正確引導(dǎo)， 同時(shí)在備課過程中應(yīng)注意相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和準(zhǔn)備。在“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”中曾提出“技術(shù)是綜合知識(shí)的結(jié)晶”。筆者認(rèn)為在本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中可以予以回溯，因?yàn)樽鳛榭刂葡到y(tǒng)的基本組成涉及的學(xué)科比較多，單就傳感器來講，就

4、可能涉及光、聲音、射線、壓力、溫度、化學(xué)成分等，回扣這一內(nèi)容一是可以加深學(xué)生對(duì) “技術(shù)需要綜合知識(shí)” 的進(jìn)一步理解， 二是可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)其他學(xué)科知識(shí)的積極性，強(qiáng)化通用技術(shù)課程和其他領(lǐng)域課程的聯(lián)系。本節(jié)課教學(xué)應(yīng)當(dāng)避免“紙上談兵”。教師可以利用學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材、教學(xué)設(shè)施資源， 或通過自制或改制教具， 盡量創(chuàng)造條件， 利用實(shí)物展開教學(xué)。 比如：聲控自動(dòng)門、游泳池注水系統(tǒng)等。利用這些必能起到事半功倍的效果。本節(jié)課內(nèi)容也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、 探究性學(xué)習(xí)能力、分析研究能力的較好 載體，比如教學(xué)中可以讓學(xué)生研究控制系統(tǒng)的工作情況。（四）本節(jié)教學(xué)策略1、讓學(xué)生的自發(fā)地、主動(dòng)地學(xué)習(xí)。本課教學(xué)中以案例分析為主

5、線通過幾個(gè) 經(jīng)典控制系統(tǒng)案例，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)地、主動(dòng)地解決問題。2、創(chuàng)設(shè)情境。引導(dǎo)學(xué)生分析生活中的開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程和方式，加強(qiáng) 學(xué)生工作過程的理解和應(yīng)用能力。3、通過“活動(dòng)猴”等試驗(yàn)讓學(xué)生體會(huì)開環(huán)控制系統(tǒng)輸入與輸出的關(guān)系和工 作過程。（五）教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能：1、通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)周邊實(shí)例的分析，理解控制系統(tǒng)的含義。2、掌握開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程，熟悉簡(jiǎn)單開環(huán)控制的工作原 理和過程。3、知道一般控制系統(tǒng)的描述方法，能繪制開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。（二）過程與方法1、使學(xué)生體驗(yàn)控制系統(tǒng)的分析過程與分析方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力。2、讓學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，從實(shí)例分析入手，能

6、歸納出對(duì)控制系統(tǒng)的一般 認(rèn)識(shí)。（三）態(tài)度與情感1、通過自動(dòng)控制與人工控制的對(duì)比，使學(xué)生體驗(yàn)技術(shù)發(fā)明與創(chuàng)新對(duì)造福人 類的重大意義。2、強(qiáng)化通用技術(shù)與其他課程的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)其它學(xué)科知識(shí)的積極性。（六）教學(xué)重難點(diǎn)：1 .教學(xué)重點(diǎn)：（1）開環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與判斷。（2）開環(huán)控制系統(tǒng)在日常生活中的應(yīng)用和系統(tǒng)方框圖的書寫。2 .教學(xué)難點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與判斷。（七）教學(xué)時(shí)間：1課時(shí)（八）教學(xué)準(zhǔn)備：自制游泳池注水系統(tǒng)，自制聲控門，PPT課件【教學(xué)過程與方法】教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖情景引入：早上出發(fā)前時(shí)忘了關(guān)窗戶，天有不測(cè)風(fēng)右， 中午突然卜起了雨，結(jié)果身在單位的上班族 只能眼睜睜等著雨水進(jìn)

7、入室內(nèi)。此時(shí)束手無 策，恨/、得插上翅膀飛回家去關(guān)窗戶。 同學(xué) 們，我們能不能從技術(shù)的角度幫上班族想想 辦法，解決這個(gè)難題思考回答?？梢栽O(shè)計(jì) 一種自動(dòng)關(guān)閉窗戶的 裝置設(shè)計(jì)情境，吸引 學(xué)生注意力。問題提出如果可以有這樣的控制系統(tǒng)，這個(gè)控制 系統(tǒng)是怎樣組成它的工作過程是怎樣的輸 入輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系又是如何呢自動(dòng)關(guān)閉窗戶裝 置這個(gè)也就是本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，卜時(shí)我 們來進(jìn)行探究。1解析：假設(shè)常態(tài)卜窗戶是打開的，有一 個(gè)感濕器放在窗戶的上部，當(dāng)他感測(cè)到有雨 點(diǎn)是，干時(shí)期發(fā)出一個(gè)先好接通電源使電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)窗戶關(guān)閉；當(dāng)不卜.雨時(shí)，感濕器 沒有輸出信號(hào)，窗戶處于打開狀態(tài)；感濕器、 電動(dòng)機(jī)、窗戶構(gòu)成了一個(gè)控

8、制系統(tǒng)。問題：該控制系統(tǒng)的輸入，輸出是什么學(xué)生聽講，思考， 回答問題。輸入：雨水。輸出：窗戶的關(guān) 閉。控制系統(tǒng) 的概念控制系統(tǒng)：任何一個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)， 都要通過若干個(gè)環(huán)節(jié)共同實(shí)現(xiàn)，這些環(huán)節(jié)所 涉及的裝置就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)，稱為控制系 統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的輸入與輸出之間后f的 對(duì)應(yīng)美系。馬上行動(dòng)（PPT展示）指出表中所列事例是否屬于控 制系統(tǒng)，如果是控制系統(tǒng)，請(qǐng)指出系統(tǒng)的輸 入、輸出是什么。觀看PPT,回答問 題。幫助學(xué)生進(jìn)一 步熟悉控制系 統(tǒng)的輸入，輸 出。是否屬 于控制 系統(tǒng)輸入輸出電飯煲脫粒機(jī)紅外線 自動(dòng)水 龍頭解析：控制系統(tǒng)通常分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉 環(huán)控制系統(tǒng)。今天我們先來學(xué)習(xí)開環(huán)控制系 統(tǒng)。

9、案例一： 聲控門。阿里吧吧和四十大盜的故事我們都聽過，主人公阿里吧吧對(duì)著門說一聲芝麻芝麻，開門吧！ "，門就開了，這個(gè)童話在現(xiàn)在能變成現(xiàn)實(shí)嗎這個(gè)控制系統(tǒng)叫什么可以，這是聲控門。教師教具 展小“聲控自動(dòng)門”并進(jìn)行演示，裝置圖略。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)同學(xué)們 擊一下學(xué)時(shí)，自動(dòng)接 通開關(guān)，門打開，延 時(shí)一定時(shí)間之后門關(guān) 閉教師提 問：同學(xué)們知道聲音是如何自動(dòng)控制門的開關(guān)學(xué)生思考，回答。應(yīng)該肩一個(gè)可以感知 聲音的設(shè)備，接收到 聲信號(hào)后就去通知執(zhí) 行器開門。同學(xué)們回答的很好，卜而我們來仔細(xì)分 析。實(shí)現(xiàn)這種控制的關(guān)鍵就是在原來的電 路中安裝了一個(gè)“聲音控制器”。聲音控制器實(shí)際包含三個(gè)組成部分：聲音傳 感器

10、、電子控制器、執(zhí)行器。當(dāng)發(fā)出的聲響 達(dá)到f強(qiáng)度后，聲音傳感器就會(huì)檢測(cè)到， 然后輸出一種電信號(hào)，這種電信號(hào)送到控制 器后經(jīng)過處理和放大，再輸送到執(zhí)行器（電 機(jī)），從而控制被控對(duì)象（門）的運(yùn)行與停 止，這就是整個(gè)控制系統(tǒng)的工作過程。學(xué)生觀看投影，進(jìn)一 步了解。案例分 析 二：游 泳池注水 控制系統(tǒng)（定時(shí)器 控制）教師展示自制教具“游泳池注水控制系 統(tǒng)（定時(shí)器控制）”解析：在游泳池注水控制系統(tǒng)中，如果進(jìn)水管 單位時(shí)間的水流量，定,那么游泳池水位的 高度與進(jìn)水的時(shí)間是一一對(duì)應(yīng)的。我們就可 以通過設(shè)定注水時(shí)間，是游泳池的水位達(dá)到 希望的高度?？梢酝ㄟ^定時(shí)器來完成注水。 將注水的時(shí)間（假設(shè)為2小時(shí)）設(shè)定到

11、定時(shí) 器中，開啟進(jìn)水閥注水，一旦時(shí)間到達(dá)，定 時(shí)器就會(huì)通知進(jìn)水閥門關(guān)閉，停止向游泳池 注水。開環(huán) 控制系統(tǒng) 的概念開環(huán)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的輸出量不對(duì) 系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)稱 為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)再日常生活中的用途很 廣，如十字路口的紅綠燈定是控制系統(tǒng)。樓 宇的防盜報(bào)警控制系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 等。0案例 分析三： 自動(dòng)門的 控制系 統(tǒng)。PPT展示“自動(dòng)門的控制系統(tǒng)?！?教師引導(dǎo)學(xué)生：門的開關(guān)靠什么來實(shí)現(xiàn) 教師：電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)收什么的控制 教師：現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們用類比的方法指出 執(zhí)行器，控制器，輸入，輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系。學(xué)生閱讀案例， 思考并回答。學(xué)生：靠電機(jī)的 轉(zhuǎn)動(dòng)。學(xué)生：受控制電

12、 路的控制?？刂齐娐方處煂?duì)學(xué) 生進(jìn)行技術(shù)思 想和方法的指 導(dǎo)，使學(xué)生獲得 智慧根據(jù)宏偉裝置檢測(cè)到 得信號(hào)發(fā)送控制信號(hào) 給電機(jī)。總結(jié)：1、一般情況下定時(shí)器控制的都 是開環(huán)控制系統(tǒng)。2、三個(gè)例子的共同點(diǎn)：控制系 統(tǒng)的輸出量不對(duì)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響， 這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。馬上行動(dòng)：控制系統(tǒng)。列舉你所知道的開環(huán)控制系統(tǒng)定時(shí) 器類開環(huán) 控制系統(tǒng)定時(shí)器游泳池注水；電風(fēng) 扇的風(fēng)速控制；十字路口紅綠 燈定時(shí)控制系統(tǒng)；洗衣機(jī)定時(shí) 控制等。傳感 器類開環(huán) 控制系統(tǒng)紅外自動(dòng)門；聲控?zé)?，?動(dòng)烘手機(jī)；各類報(bào)警器；自動(dòng) 水龍頭等。控制 系統(tǒng)的方 框圖控制系統(tǒng)的方框圖：在控制系統(tǒng)中，為 了分析方便，常采用方框

13、來表示系統(tǒng)的環(huán) 節(jié)，用單項(xiàng)信號(hào)線來表示系統(tǒng)信號(hào)的方向， 這種圖稱為控制系統(tǒng)的方框圖，他表小了系 統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置、功能和相互 之間的關(guān)系。教師：下面我們來試著描寫一下自動(dòng)門 的控制系統(tǒng)方框圖我們卜向來請(qǐng)同學(xué)們寫一下定時(shí)注水 用泳池控制系統(tǒng)的方框圖。由自動(dòng)門 控制系統(tǒng)到一 般控制系統(tǒng)方 框圖由具體到 抽象的一個(gè)重 要的思想和方 法。馬上 行動(dòng)：用方框圖說明下取開環(huán)控制系統(tǒng)的工 作過程，并注明方框中的各個(gè)環(huán)節(jié)的具體內(nèi) 容以及輸入量、輸出量賀控制量。音樂噴泉的控制。公共汽布車門的開關(guān)控制?！拘?試驗(yàn)】活 動(dòng)猴活動(dòng)猴試驗(yàn)?zāi)康模毫私忾_環(huán)控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間的關(guān)系。試驗(yàn)準(zhǔn)備：硬紙片，線，剪力

14、，筆等。試驗(yàn)過程：請(qǐng)同學(xué)們拿出準(zhǔn)備好的猴子和軀干與 四肢，開始制作自己小組的活動(dòng)猴。實(shí)驗(yàn)總結(jié)：說一說活動(dòng)猴這一開環(huán)控制系統(tǒng)的輸 入量，輸出量各是什么再實(shí)驗(yàn)過程中，你遇到了那些問題，是 如何解決的為了使猴子有臉部表情，你可以做哪些 改進(jìn)學(xué)生動(dòng)手做試 驗(yàn)。通過試驗(yàn)， 讓學(xué)生體會(huì)控 制系統(tǒng)的的工 作過程，同時(shí)小 組合作增強(qiáng)了 學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意 識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的 綜合素質(zhì)。課堂總結(jié)：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行自主歸納回顧本節(jié) 內(nèi)容。作業(yè)：。1.請(qǐng)寫出 芝麻開門”聲控開門系統(tǒng)的控制 方框圖，有興趣的同學(xué)課后可以制作模型， 親自把神話變成現(xiàn)實(shí)2.思考：在游泳池注水控制系統(tǒng)中（定時(shí)器）、如果進(jìn)水管單位時(shí)間的水流量不f, 那么 游泳池水位的高度與進(jìn)水的時(shí)間是不是一 一對(duì)應(yīng)呢如果不是，可能會(huì)出現(xiàn)什么情況教學(xué)反思：在教學(xué)設(shè)計(jì)上，不是從概念入手，講什么是控制系統(tǒng)，什么是開環(huán)控制 系統(tǒng)，工作過程如何、框圖如何畫等， 而是對(duì)學(xué)生進(jìn)行技術(shù)思想和方法的指導(dǎo)， 通過教具引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)什么是開環(huán)控制系統(tǒng)， 使學(xué)生獲得智慧：由自動(dòng)門控制系 統(tǒng)到一般控制系統(tǒng)方框圖由具體到抽象的一個(gè)重要的思想和方法。開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖是對(duì)開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程的總結(jié)和概括，學(xué)生對(duì)書寫控制的方框圖較難 掌握，因此用“逆推法”分析如何實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)控制。所有，教學(xué)難點(diǎn)的突破， 在于前