開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程和方式一

1、4.2 .1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程與方式教學(xué)設(shè)計(jì)【整體設(shè)計(jì)說(shuō)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(guò)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(lái)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(guò)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)控制形成了或多或少的感性認(rèn)識(shí)，這

2、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(guò)程并沒(méi)有進(jìn)行過(guò)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成與工作過(guò)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(guò)程和原理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，然后再引導(dǎo)學(xué)生從中抽取出控制系統(tǒng)的基本組成：傳感器、控制器

3、、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(wèn)題，也極有可能在課堂教學(xué)中提出這些疑問(wèn)。對(duì)于疑問(wèn)的學(xué)生，教師要給予表?yè)P(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(guò)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(lái)講，就可能涉及光、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

4、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)?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材、教學(xué)設(shè)施資源，或通過(guò)自制或改制教具，盡量創(chuàng)造條件，利用實(shí)物展開(kāi)教學(xué)。比如：聲控自動(dòng)門(mén)、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)中以案例分析為主線通過(guò)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(wèn)題。2、創(chuàng)

5、設(shè)情境。引導(dǎo)學(xué)生分析生活中的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)工作過(guò)程和方式，加強(qiáng)學(xué)生工作過(guò)程的理解和應(yīng)用能力。3、通過(guò) “活動(dòng)猴”等試驗(yàn)讓學(xué)生體會(huì)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)輸入與輸出的關(guān)系和工作過(guò)程。（五）教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)與技能：1、通過(guò)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過(guò)程，熟悉簡(jiǎn)單開(kāi)環(huán)控制的工作原理和過(guò)程。3、知道一般控制系統(tǒng)的描述方法，能繪制開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。（二）過(guò)程與方法1、使學(xué)生體驗(yàn)控制系統(tǒng)的分析過(guò)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(guò)自動(dòng)控制與人工控制的對(duì)比，使學(xué)生體

6、驗(yàn)技術(shù)發(fā)明與創(chuàng)新對(duì)造福人類(lèi)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與判斷。（2）開(kāi)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(shū)寫(xiě)。2.教學(xué)難點(diǎn)：開(kāi)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(mén)，PPT課件【教學(xué)過(guò)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(hù)，天有不測(cè)風(fēng)云，中午突然下起了雨，結(jié)果身在單位的上班族只能眼睜睜等著雨水進(jìn)入室內(nèi)。此時(shí)束手無(wú)策，恨不得插上翅膀飛回家去關(guān)窗戶(hù)。同學(xué)們，我們能不能從技術(shù)的角度幫上班族想想辦

7、法，解決這個(gè)難題？思考回答。可以設(shè)計(jì)一種自動(dòng)關(guān)閉窗戶(hù)的裝置設(shè)計(jì)情境，吸引學(xué)生注意力。問(wèn)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(guò)程是怎樣的？輸入輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系又是如何呢？這個(gè)也就是本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，下面我們來(lái)進(jìn)行探究。自動(dòng)關(guān)閉窗戶(hù)裝置解析：假設(shè)常態(tài)下窗戶(hù)是打開(kāi)的，有一個(gè)感濕器放在窗戶(hù)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(hù)關(guān)閉；當(dāng)不下雨時(shí)，感濕器沒(méi)有輸出信號(hào)，窗戶(hù)處于打開(kāi)狀態(tài)；感濕器、電動(dòng)機(jī)、窗戶(hù)構(gòu)成了一個(gè)控制系統(tǒng)。問(wèn)題：該控制系統(tǒng)的輸入，輸出是什么？學(xué)生聽(tīng)講，思考，回答問(wèn)題。輸入：雨水。輸出：窗戶(hù)的關(guān)閉?？刂葡到y(tǒng)的概念控制系統(tǒng)：任

8、何一個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，都要通過(guò)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(chēng)為控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的輸入與輸出之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)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。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)水龍頭觀看PPT，回答問(wèn)題。幫助學(xué)生進(jìn)一步熟悉控制系統(tǒng)的輸入，輸出。解析：控制系統(tǒng)通常分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。今天我們先來(lái)學(xué)習(xí)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。案例一：聲控門(mén)。阿里吧吧和四十大盜的故事我們都聽(tīng)過(guò)，主人公阿里吧吧對(duì)著門(mén)說(shuō)一聲“芝麻芝麻，開(kāi)門(mén)吧！”， 門(mén)就開(kāi)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

9、？可以，這是聲控門(mén)。教師教具展示“聲控自動(dòng)門(mén)”并進(jìn)行演示，裝置圖略。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)同學(xué)們擊一下掌時(shí)，自動(dòng)接通開(kāi)關(guān)，門(mén)打開(kāi)，延時(shí)一定時(shí)間之后門(mén)關(guān)閉教師提問(wèn)：同學(xué)們知道聲音是如何自動(dòng)控制門(mén)的開(kāi)關(guān)？學(xué)生思考，回答。應(yīng)該有一個(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(kāi)門(mén)。同學(xué)們回答的很好，下面我們來(lái)仔細(xì)分析。實(shí)現(xiàn)這種控制的關(guān)鍵就是在原來(lái)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、電子控制器、執(zhí)行器。當(dāng)發(fā)出的聲響達(dá)到一定強(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(guò)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(mén)）的運(yùn)行與停止

10、，這就是整個(gè)控制系統(tǒng)的工作過(guò)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)間的水流量一定，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(guò)設(shè)定注水時(shí)間，是游泳池的水位達(dá)到希望的高度。可以通過(guò)定時(shí)器來(lái)完成注水。將注水的時(shí)間（假設(shè)為2小時(shí)）設(shè)定到定時(shí)器中，開(kāi)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(mén)關(guān)閉，停止向游泳池注水。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的概念開(kāi)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(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)再日常生活中的

11、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。案例分析三：自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)。PPT展示“自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)?！苯處熞龑?dǎo)學(xué)生：門(mén)的開(kāi)關(guān)靠什么來(lái)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(lèi)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：受控制電路的控制?？刂齐娐犯鶕?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)。教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行技術(shù)思想和方法的指導(dǎo)，使學(xué)生獲得智慧總結(jié)：1、一般情況下定時(shí)器控制的都是開(kāi)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(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

12、。馬上行動(dòng)：控制系統(tǒng)。列舉你所知道的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。定時(shí)器類(lèi)開(kāi)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(lèi)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)紅外自動(dòng)門(mén)；聲控?zé)?，自?dòng)烘手機(jī)；各類(lèi)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，常采用方框來(lái)表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單項(xiàng)信號(hào)線來(lái)表示系統(tǒng)信號(hào)的方向，這種圖稱(chēng)為控制系統(tǒng)的方框圖，他表示了系統(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(lái)試著描寫(xiě)一下自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)方框圖控制電路電動(dòng)機(jī)自動(dòng)門(mén)紅外裝置檢測(cè)人體熱輻射發(fā)出的信號(hào)（輸入）門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉（輸出） 對(duì)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，通?？?/p>

13、以用下面的方框圖來(lái)描述：控制器執(zhí)行器被控對(duì)象輸入量輸出量 我們下面來(lái)請(qǐng)同學(xué)們寫(xiě)一下定時(shí)注水用泳池控制系統(tǒng)的方框圖。由自動(dòng)門(mén)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(shuō)明下列開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)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(lè)噴泉的控制。公共汽車(chē)車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān)控制?！拘≡囼?yàn)】活動(dòng)猴 活動(dòng)猴 試驗(yàn)?zāi)康模毫私忾_(kāi)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，剪刀，筆等。試驗(yàn)過(guò)程：請(qǐng)同學(xué)們拿出準(zhǔn)備好的猴子和軀干與四肢，開(kāi)始制作自己小組的活動(dòng)猴。實(shí)驗(yàn)總結(jié)：說(shuō)一說(shuō)活動(dòng)猴這一開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的輸入量，輸出量各是什么？再實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，你

14、遇到了那些問(wèn)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(guò)試驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)控制系統(tǒng)的的工作過(guò)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(xiě)出“芝麻開(kāi)門(mén)”聲控開(kāi)門(mén)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)間的水流量不一定，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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，工作過(guò)程如何、框圖如何畫(huà)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(guò)教具引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)什么是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，使學(xué)生獲得智慧：由自動(dòng)門(mén)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方框圖是對(duì)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)工作過(guò)程的總結(jié)和概括，學(xué)生對(duì)書(shū)寫(xiě)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(mén)的自動(dòng)控制。所有，教學(xué)難點(diǎn)的突破，在于前面的