北京市第二十四中學(xué)高中通用技術(shù)《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》4.2《控制系統(tǒng)的工作過程和方式》第二課時(shí)教案 蘇教版

1、 二十四中教學(xué)案例紙課題名稱控制系統(tǒng)的工作過程和方式（第二課時(shí)）課標(biāo)要求1、 熟悉簡(jiǎn)單的閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程。2、 熟悉閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成，理解其中的控制器、執(zhí)行器的作用。3、 掌握閉環(huán)控制過程的一般描述方法。考綱要求1、 熟悉簡(jiǎn)單的閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程。2、 熟悉閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成，理解其中的控制器、執(zhí)行器的作用。3、 掌握閉環(huán)控制過程的一般描述方法。教學(xué)目標(biāo)（知識(shí)與能力、過程與方法、情感態(tài)度價(jià)值觀）（一）知識(shí)與技能1）熟悉簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程。3）能畫出一個(gè)簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖。（二）過程與方法經(jīng)歷“回想分析聯(lián)想猜想”的思維過程，

2、同學(xué)和老師充分溝通和交流，將前面所學(xué)的結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)的知識(shí)與控制的基本知識(shí)相結(jié)合并應(yīng)用于具體問題的分析，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。（三）情感、態(tài)度、價(jià)值觀提高對(duì)生活中技術(shù)問題的敏感度，引發(fā)學(xué)生的探究欲望，并能保持積極審慎的態(tài)度。培養(yǎng)學(xué)生愛技術(shù)，愛學(xué)技術(shù)，愛用技術(shù)的良好習(xí)慣。教學(xué)重點(diǎn)通過具體控制系統(tǒng)案例的分析，培養(yǎng)學(xué)生的分析控制系統(tǒng)的能力，能說清楚簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成，以及它們是如何實(shí)現(xiàn)控制的。教學(xué)難點(diǎn)開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的分析和對(duì)比。教法運(yùn)用根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)及教學(xué)目標(biāo)上的要求,我主要采用了教師講授、學(xué)生閱讀、實(shí)物演示、討論交流等教學(xué)方法，運(yùn)用多媒體展示等教學(xué)手段。讓學(xué)生自主思考，教師充分

3、引導(dǎo)，發(fā)揮學(xué)生的主體主動(dòng)性。通過多媒體展示案例，實(shí)物案例，學(xué)生分析案例，教師點(diǎn)撥，讓學(xué)生自主思考，以及分組討論，然后形成結(jié)論，最后教師總結(jié)，并點(diǎn)明本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。本節(jié)課主要是通過師生互動(dòng)與交流來達(dá)成。教學(xué)背景分析（教材分析、學(xué)生分析）學(xué)生學(xué)習(xí)了第一節(jié)控制手段和應(yīng)用，理解控制的含義，但對(duì)什么是開環(huán)控制什么是閉環(huán)控制是空白，這就需要通過多個(gè)案例進(jìn)行對(duì)比才可以讓學(xué)生掌握開環(huán)控制和閉環(huán)控制以及它們的組成和工作過程。在本主題中，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，以及限于學(xué)時(shí)以及高中學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平，對(duì)控制系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、傳感機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象等環(huán)節(jié)只限定于一般性的理解，不作進(jìn)一步的要求，不去探討其內(nèi)部的工作過程

4、，只了解其輸入和輸出之間的關(guān)系就可以。本節(jié)內(nèi)容是本章的第二節(jié)，是本章的教學(xué)重點(diǎn)。教材從學(xué)生熟悉自行車行駛的速度控制和電風(fēng)扇的風(fēng)速控制開始，在根據(jù)學(xué)生的知識(shí)水平引入游泳池注水系統(tǒng)控制以及改進(jìn)游泳池注水系統(tǒng)控制，從而達(dá)到對(duì)開環(huán)控制和閉環(huán)控制的分析和對(duì)比的目的。再者根據(jù)開環(huán)控制和閉環(huán)控制的工作過程分析，讓學(xué)生掌握分析控制系統(tǒng)工作過程的方法。課前準(zhǔn)備典型案例及圖片的搜集，課件制作。教學(xué) 過程（一）導(dǎo)入組織學(xué)生游戲：（1）   在墻上貼一張畫有娃娃臉輪廓的頭像，參加游戲的同學(xué)在畫前3米的地方蒙上眼睛，然后走向頭像，并用手中的畫筆給畫添上鼻子或眼睛。（2）   不蒙

5、眼睛的情況下，畫鼻子或眼睛。點(diǎn)評(píng)：（1）畫得東倒西歪，很有意思。（2）畫得又準(zhǔn)又好。師：兩種工作過程一樣嗎？生：不一樣。師生總結(jié)區(qū)別：不蒙眼睛時(shí)，我們可以調(diào)整自己前進(jìn)的路線和畫筆的落點(diǎn)，反之，由于看不到目標(biāo)，我們無法對(duì)前進(jìn)的路線和畫筆的落點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。師：我們這節(jié)課一起學(xué)習(xí)兩種不同的控制系統(tǒng)以及它們的工作過程。（二）進(jìn)行新課利用游泳池注水問題引入閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)水管的水壓會(huì)在注水過程中發(fā)生變化，比如水壓會(huì)變小，此時(shí)若還使用前一種注水系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致什么問題？（學(xué)生活動(dòng)）設(shè)定的時(shí)間到了，游泳池的水還沒有達(dá)到預(yù)期的水位。（引導(dǎo)分析）如何解決這一問題？設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)的目的：在存在干擾因素的情況下，如何克服干

6、擾，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在存在干擾的情況下，我們可以想辦法消除掉它對(duì)被控對(duì)象的影響，使事態(tài)的發(fā)展回歸正途。我們可以借鑒如下的例子：我們來分析一下人拿杯子這個(gè)動(dòng)作完成的過程。人在打算拿桌子上的杯子時(shí)，首先要看一下，杯子的位置與自己手的距離有多少，然后人的大腦會(huì)命令自己的手做出動(dòng)作，向減少這個(gè)距離的方向移動(dòng)，同時(shí)不斷的觀察兩者之間的距離還有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運(yùn)動(dòng)，杯子也就拿到了。這個(gè)過程可以用下邊的圖來表示。人類行為控制系統(tǒng)舉例人就是通過這個(gè)過程來完成拿杯子這個(gè)動(dòng)作的。在這個(gè)例子中，杯子的位置作為人控制手要達(dá)到的位置（給定量），人眼一方面感知該控制系統(tǒng)輸出量即人手的位置命令另一

7、方面得出它與給定量之間的差距，大腦相當(dāng)于控制器，人手兼職執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象雙重角色。顯然該系統(tǒng)具備較高的控制精度且抗干擾能力強(qiáng)，其原因就在于它將給定量與所檢測(cè)的被控量進(jìn)行比較，也就是說我們?nèi)绻黾訖z測(cè)和比較環(huán)節(jié)，就能解決干擾的問題，做到高精度的控制。在進(jìn)行完這種思考后，我們回過頭來解決注水的問題就有底氣了。 把輸入量設(shè)定為“預(yù)期中的游泳池的水位”，增加一個(gè)檢測(cè)游泳池水位的裝置，把測(cè)量到的游泳池當(dāng)前水位返回到該控制系統(tǒng)的輸入端，通過一個(gè)具有計(jì)算功能的裝置（比較器），來與輸入量相減，當(dāng)實(shí)際水位比設(shè)定水位低時(shí)，控制器控制進(jìn)水閥門繼續(xù)注水；當(dāng)實(shí)際水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)關(guān)閉進(jìn)水閥門。6、引入

8、閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義，并抽象出閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖經(jīng)過改進(jìn)后的游泳池注水系統(tǒng)，增加了輸出端到輸入端的信息傳遞，即把輸出量返回到輸入端與給定值進(jìn)行比較，構(gòu)成了一條閉合回路。我們把這種系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對(duì)控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。（學(xué)生活動(dòng)）閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖：7、初步從三個(gè)方面對(duì)比分析開環(huán)和閉環(huán)兩種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的組成和控制的過程成本控制的精度和抗干擾能力8、舉例分析生活中的控制系統(tǒng)要求：判斷出屬于哪種控制系統(tǒng)，并以方框圖的方式給出分析對(duì)一種自動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和分析，通常都是從輸入量給定開始，到輸出量穩(wěn)定為止來分析其工作過程的，一般不把人作為環(huán)節(jié)加入其中。板書設(shè)計(jì)PPT課后反思本節(jié)課通過對(duì)開環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)的探討，有助于學(xué)生將日常所見控制事例上升到運(yùn)用技術(shù)思想和方法理解并分析，并學(xué)會(huì)應(yīng)用相應(yīng)的控制方法來解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問題。本課從回顧控制入手來引出控制系統(tǒng)，從實(shí)例的分析開始，與學(xué)生共同歸納、抽象實(shí)例的特征，引出開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的相關(guān)分析。在分析開環(huán)游泳池注水控制系統(tǒng)