《控制的手段与应用》教学设计

控制的手段与应用教学设计一、课程内容本节内容选自苏教版普通高中课程标准实验教科书 通用技术必修2技术与设计2第四单元 第一节控制的手段与应用。二、课标要求知识与技能：能从技术设计的角度理解结构、系统、流程、控制的一般概念了解简单的结构设计、系统设计、流程设计、控制设计的基本知识，以及这些知识与日常生活和工农业生产的内在联系和广泛应用。过程与方法：经历将结构、流程、系统与控制的基本知识应用于技术实践的过程，初步掌握结构、流程、系统与控制的基本思想方法，并能综合运用所学知识和技能解决一些实际问题，发展创新精神和理论运用于实践的能力。情感态度与价值观：形成和保持对技术问题的敏感性和探究欲望，具有对待技术的积极态度和正确使用技术的意识。三、教材分析技术与设计2是在“技术与设计1”的基础上设置的具有典型意义的专题性技术设计的教学内容，全书共四个专题，包括结构、流程、系统以及控制。“控制与设计”作为四个单元之一，它既具有自身的独立性，又与其他三个单元的内容尤其是与第三单元“系统与设计”有着紧密的联系。例如，控制本身的工作过程就是一个流程；控制系统也具有系统的特性，可以进行优化和设计。在此之前，学生们已经学习了前三章的内容结构与设计、流程与设计、系统与设计,对技术的整体、协调、关联、优化等思想有了一定认识，这为过渡到控制与设计内容的学习起到了铺垫的作用。本单元内容共分为四节，分别是一控制的手段与应用，二控制系统的工作过程与方式，三闭环控制系统的干扰与反馈，四控制系统的设计与实施。从总体上看，本单元是按照控制的手段控制系统控制系统的设计这样的思路来组织教材内容的，先让学生形成对控制手段的理解和控制应用的了解，进而学习开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程，通过对干扰因素的分析和反馈环节的理解，再对开环控制系统或简单的闭环控制系统进行设计、制作和对设计方案进行模拟实施，让学生在动手做的活动中，体会控制系统的工作过程，以及它是如何实现设计要求和控制目的的，以加深学生对控制与设计知识和应用的理解。控制的手段与应用是第四章控制与设计第一节的内容，是学习本单元的理论基础。内容包含 “控制的手段” 、“控制的应用”两个部分内容，主要解决“为什么要学习控制” ，“什么是控制”两个问题。要求学生能从技术应用的角度来理解控制的含义，要使学生知道，控制现象应用的广泛性及重要性，对于一个控制现象，知道它控制的对象是什么，要达到什么目的以及采取什么控制手段，并能区别人工控制和自动控制（为下一节开环和闭环控制的导入做准备）。究竟如何把握教学重难点的度，引起学生更深入学习和保持继续探究的心态呢？教材通过“案例分析”，导出控制的含义及控制现象中涉及的几个问题，对控制及其控制技术有一个初步地了解，通过“马上行动”“小试验”加深对控制的理解。接着教材采用了手摇扇、普通电扇和空调这个案例进行比较和区别人工控制和自动控制。最后选用有一定深度的促进社会进步、科技发展的现代科技成果，如汽车自动装配线、农田节水控灌技术等大量图片说明控制在生活和生产中的应用，知道控制技术应用的广泛性与重要性，帮助学生建立与控制的亲近感，为后面“控制系统的设计”的学习打下坚实的基础及提供学习动力，有着承上启下的作用。四、学情分析通过技术与设计1的学习，学生基本具备了技术设计的基础知识以及设计一般过程的知识。正如在教材分析中所说的，控制系统本身就是一个系统，其工作过程就是一个流程，通过对“结构”“流程”“系统”几个专题的学习，对设计1的内容进行了巩固和加强，同时让学生也基本熟悉了专题知识结构（学生现有知识基础）：先进行简单认识，然后深入了解分析，再进行设计实践，为学生学习控制与设计部分的内容奠定了良好的基础，使学生一步步接近对控制知识学习的起点（学生起点能力）。高二的学生的逻辑思维能力、分析能力、信息处理能力、创造能力都有了相当的水平，也具备了较强的学习能力（学生起点能力）。学生对系统控制有了一些初步的感性认识，知道控制技术在生活中有着广泛地应用。在平时的学习和生活中，学生对控制技术有着强烈的兴趣和好奇心（学生心理特点），具有了观察和使用简单控制系统的生活体验，这些知识和经验为教学提供了条件（学生生活经验）。学生却对控制概念的认识以及对控制现象的理解还很模糊，没有从技术的层面去理解，而“控制”内容本身专业性比较强，知识难度较大，实现控制系统设计的专业基础知识学生相对缺乏。所以学生学习和理解时存在一定的难度，觉得控制技术很神秘和复杂，容易产生畏难情绪（学生心理特点），因此在教学中要注重把握教学难度，以学生认识控制现象，“初步掌握”为目标进行教学，充分运用各种手段和丰富案例调动学生的学习热情，实现教学目标。而且需要注意的是不同的学生在这方面的积累是有差异的，每个学生对生活的观察力以及学生的思维活跃程度都存在着差距，因此关注学生的差异度，尊重学生个体差异，分层制定教学目标，使所有学生各自原有的基础上有所发展，实现能者多获，各有所得（学生学习差异）。五、教学目标根据课程标准、本教材的结构和内容分析，结合学生的认知结构及其心理特征，制定了以下的教学目标：（1）知识与技能目标：能够通过阅读教材结合生活中的事例，说明控制在生活和生应用中的广泛性和重要性。通过讨论、分析、实践，理解控制的含义，理解生活中的控制现象，明确分析控制现象中的控制对象、控制目的和控制手段。全部学生理解自行车方向控制、速度控制、刹车控制以及传动装置中的控制现象。20%学生能够通过亲手试验理解齿轮、链条在自行车传动控制中的作用，了解链条传动和齿轮传动的特点。能够通过分析典型的案例，了解手动控制和自动控制。（2）过程与方法目标：经历观看视频和大量控制应用的图片、分析案例、动手实践的过程，理解控制现象，能够对日常生活事件能够从控制的角度进行思考。经历通过马上行动将自行车中的控制现象进行简单地分析，通过小实验探究理解传动控制的过程，初步掌握控制的基本思想方法。（3）情感、态度与价值观目标：经历案例分析、探究实验等引导学生仔细观察生活，理解技术与社会的相互关系，体验获取知识的乐趣，培养学生对控制技术产生强烈的兴趣和好奇心，并把它转化为对后续知识学习的动力。六、教学重难点重点：了解控制在生产生活中的应用；理解控制的含义，明确控制现象的要点：控制对象、控制目的和控制手段；了解控制的分类。难点：发现并理解生活中的控制现象，对其分析并明确控制的“三要素”。七、教学环节基于本节课内容的特点，本着关注学生自身的认知特点，注重学生学科知识体系的形成，立足于教材而不拘泥于教材的原则，以学生认识过程为逻辑思路进行教学设计。我主要采用了以学生自主学习为主的教学方法：1、情景创设（发现法）：首先通过播放视频倒霉熊之自行车，引导学生观察分析问题出在了哪里？失控-任何事物的发展不加控制会朝各种方向发展（暗含了控制的重要性），引出本节课的主题：第四单元控制与设计第一节 控制的手段与应用。利用网络流行搞笑视频引出控制，明确本节课要讲述的内容，活跃课堂气氛，激发学生的学习兴趣。2、阅读思考（读书指导法、谈话法）：针对提出的问题：“影片中以及现实生活中你能找到还有哪些控制现象？”由于这部分内容与社会现实生活的关系比较密切，学生已经具有了直观的感受，可以让学生自己阅读课本并思考，在老师的引导下结合实际列举生活实践上存在的一些有关控制的现象。然后教师进行归纳总结，同时通过多媒体手段提供给学生丰富的图片用于控制现象的描述，通过老师带领学生描述控制现象的过程使学生自己体会到控制的广泛性。最后展示动态图片“一双鞋子的爱情故事”引出社会热点“胶囊事件”，学生切身体会到控制的重要性（这是我们学习控制的首要原因）运用学生自身已有的生活经验，充分发挥学生的主观能动性进行列举丰富的案例，调动学生的积极性。通过各领域的丰富实例及社会热点新闻话题，让学生理解控制应用的广泛性和重要性，使学生明确为什么学习控制。3、案例探究（探究法、讨论法）：接下来让学生阅读教材中的文字资料，给出对大禹父亲鲧治水与大禹治水对比表格，以小组讨论的形式填写。有一部分学生只是机械地按照表格框架填写了内容，并未做出深入分析。紧接着给出一组思考问题让小组讨论，同时提供所治理水来源的阅读补充资料。最后师生互动教师引导学生根据所填写的对比表，结合问答法、发现法思考并分析问题，找出答案得出结论：当控制目的相同时，对相同的对象采用不同控制手段达到的效果不同，即：对某对象进行控制，必须了解被控对象的特征，了解影响控制目标实现的因素，采用恰当的控制手段才能达到控制目的（这是我们学习控制的另一个原因），进而引出控制的一般含义（什么是控制）及控制的三要素（教学中采用控制框图即流程图的形式来表示控制现象，为利用流程环节的可再分解性进行知识延展做好充分准备）。这样避免了教师单一的讲述式传授，体现了以学生为主体的教学理念，通过丰富的感性走向深刻的理性，使学生的独立探索性得到充分的发挥，培养学生的自学能力、思维能力、活动组织能力。4、分组讨论（练习法、讨论法）：接下来通过“马上行动”针对提出的问题：“尝试找出自行车中存在的各种控制现象及其三要素”来加深对控制含义的理解，强调“理解任何控制现象，都要明确控制对象，控制目的，控制手段”。小组分组讨论，尝试列举出自行车上存在的一些有关控制的现象，将讨论的结果填写到学案中的相应位置，然后在老师的指导下组织学生进行归纳总结。让学生寻找自行车中的控制现象，交流理解控制的含义，明确控制的“三要素”，这样有利于促使学生在学习中解决问题，促进学生对知识的掌握，实现知识的衔接与应用。同时调动学生的积极性，培养学生的团结协作的精神。5、实验探究（实验法、演示法）：结合马上行动，提出问题：“你知道自行车为什么会向前进吗？”学生观看自行车结构（条件允许的学校展示自行车实物，条件不允许的话展示主要部件结构图），结合生活经验找出实验要点“链条传动”。 实验前简洁而细致的对学生进行讨论式指导。教师先展示自行车结构（条件允许的学校展示自行车实物，条件不允许的话展示主要部件结构图），提示实验中的一个具体问题：你知道自行车为什么会向前进吗？（现在的自行车轮能够转动，是因为链条将动力从踏板那里传到了后轮上。像自行车链条这样的装置叫做“传动装置”。主要结构：齿轮、链条。）学生说出实验要点“链条传动”，由实验方法引出需要用到的材料，教师再引导学生想其他的实验材料怎样合理有效地使用，按实验中材料应起的作用为主线引导学生完成实验前对材料如何有序利用的布置。剩下的时间就是实验活动时间，学生运用已有经验和逻辑思维能力，整合原有知识或对知识进行重组的学习。通过“链条传动试验”（填写实验报告），进一步体会控制现象，并加深对控制含义的理解。学生按小组有序而不乏轻松地做观察、记数据，试验过程很简单，相信学生能独立完成，难点是提示学生实验报告上的数据记录提炼总结出实验结论（链条传动的特点）。“小实验”的开展采用“小组讨论合作学习”的形式，提供给学生思考交流，思维碰撞的过程，这样有利于学生自主学习习惯的养成。为了避免交流的无效，在小组交流讨论的过程中，教师要注意及时与学生进行沟通，并引导学生做阶段性的总结。对于学有余力的同学，可以开展拓展任务：发挥学生的联想力联系生活实际，“在日常生活中，我们有许多生活用品和玩具中都是有传动装置的。你能想到哪些？”引出“齿轮传动装置”深入探究。以同样的方式方法深入探究“齿轮传动”，并对两种方式进行对比学习，得出实验结论（链条传动与齿轮传动的相同与不同点）。试验重视技术试验的思想与方法，对常见的两种传动控制进行归纳比较。对于学有余力的同学可以开展拓展练习：深入探究变速控制装置或刹车控制装置。6、案例分析（探究法、讨论法）接下来让学生阅读教材中资料：从手摇扇到空调器，让学生通过结合生活实际直观感受到科技进步对控制手段演变的推动作用，通过展示图片使得学生对分人工控制和自动控制有感性认识。对于手摇扇是手动控制，空调器是自动调温自动控制，学生没有什么疑问，而风扇的速度控制是手动还是自动，往往学生争议比较大，对于这种情况提出辨论问题：普通电风扇的速度控制是手动还是自动控制？（说明：普通电风扇不会摇头、没有延时、有速度档位），通过电风扇的风速的讨论从而正确地区分手动控制和自动控制，为下节课的学习并区分开环与闭环控制系统打下坚实的基础。6、归纳总结（谈话法）最后提问：通过这节课的学习你有什么收获？请班级同学自己总结本节课所学的内容。学生自己总结本节课所学的内容，并谈谈学习本节内容后的感受。最后教师展示板书，做归纳性总结。可以把课堂传授的知识尽快地转化为学生的素质，由学生自己总结、谈感受，培养学生归纳问题、表达思想的能力。八、教学准备多媒体课件、典型案例图片和视频的收集、试验用具（每组一大一小塑料瓶盖（齿轮），瓦楞纸（链条），固定纸板，铁丝）、学生学案、实验报告。九、教学过程教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图一、情景创设控制的手段与应用播放倒霉熊之自行车影片片段，问题出在哪里?如果人们想达到某一特定的目的，就必须借助适当的手段（控制）来实现。引出本节课的主题：第四单元控制与设计第一节 控制的手段与应用（板书：4.1控制的手段与应用）。观看、思考、回答：失控。利用网络流行搞笑视频引出控制，明确本节要讲述的内容，活跃课堂气氛，激发学生兴趣。二、阅读思考1、控制的应用控制的广泛性控制的重要性马上行动：阅读书本P99，提出的问题：影片中或现实生活中你能找到还有哪些控制现象？教师进行归纳总结（控制的应用自古就有，并不是进入现代社会才出现控制；控制现象出现在人、动物、植物等范围，如：牛反刍、变色龙、蝙蝠发射超声波等，注：通过对自然界中控制的分析和研究，人们将其成果应用到技术领域，更好的服务于人类。）播放幻灯片，提供给学生丰富的图片用于控制现象的描述，通过老师带领学生描述控制现象的过程使学生自己体会到控制的广泛性：1. 日常生活领域（图片展示）：空调、ATM自动取款机、红外线感应式水龙头；2. 工业生产领域（图片展示）：汽车自动装配生产线 、自动喷漆数控机床；3. 农业生产领域（图片展示）：农田节水灌溉温室大棚；4. 军事国防领域（图片展示）：精密制导导弹火箭宇宙飞船;5. 社会生活领域（图片展示）: 控制人口增长、各种法律制度、交通管理。展示图片“一双鞋子的爱情故事”引出社会热点“胶囊事件”，学生切身体会到控制的重要性（这是我们学习控制的首要原因）：任何事物的发展不加控制会朝各种方向发展。板书：一、控制的应用（广泛性与重要性）阅读、思考、回答。结合生活实际，列举日常生活中常见的控制现象。观看、理解，跟随教师描述控制现象。运用学生自身已有的生活经验，充分发挥学生的主观能动性进行列举丰富的案例，调动学生的积极性。通过各领域的丰富实例，让学生理解控制应用的广泛性和重要性，使学生明确为什么学习控制。三、案例分析2、控制的手段降落的雨水，可以用来灌溉农田，也可以供人们冲洗物品，还可以发电，但也可能流入江河，甚至有可能引起洪涝灾害。案例分析大禹治水：学生阅读P96思考问题，并填写如下表格。（表格比较鲧禹父子治水的方式。）治水人治水时间当时首领对象目的治水方法达到的效果思考：父子俩治水的期望目的是什么？他们的期望目的一致吗？为什么会有不同的结果？例子中控制的对象是什么？这水是怎样来的？（历史资料）从大禹治水一事，要控制某对象，做哪些事情？从刚才的案例我们知道，对某对象进行控制，必须了解被控对象的特征，了解影响控制目标实现的因素，采用恰当的控制手段才能达到控制目的。像大禹这样，人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物朝自己期望的目标发展，这就是控制。阅读、思考、以小组为单位进行讨论并填写学案中的相应表格，结合表格思考问题。以小组为单位讨论并填写表格，结合问答法、发现法，引导学生思考并分析，达到师生互动的效果。体现了以学生为主体，使学生的独立探索性得到充分的发挥，培养学生的自学能力、思维能力、活动组织能力。控制含义控制的三要素播放幻灯片，控制的含义：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制（control）。强调本课主要研究技术领域控制。板书：控制的含义、三要素：控制手段 控制系统（控制对象）控制目的（输入） （输出）思考、分析、总结控制的含义。理解并明确本课程研究范围。四、分组讨论理解控制现象理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。马上行动：找出自行车中存在的各种控制现象及其三要素。（刹车控制、速度控制、方向控制、传动控制等等。）控制事例控制手段控制对象控制目的（输入） （输出）学生寻找自行车中的控制现象，将结果填写至学案中的表格里，交流理解控制的含义，明确控制的“三要素”。 这样有利于促使学生在学习中解决问题，促进学生对知识的掌握，实现知识的衔接与应用。同时调动学生的积极性，培养学生的团结协作的精神。五、 实验探究体会控制：链条传动你知道自行车为什么会向前进吗？小实验：试验目的：通过自制试验用具模拟自行车的“传动装置”产生的控制作用，理解控制的含义。实验准备：一大一小塑料瓶盖（齿轮），瓦楞纸（链条），固定纸板，铁丝实验过程：一、用瓦楞纸条和塑料瓶盖制作一个链条传动装置，研究它的传动特点。实验步骤：1、选择合适的支架固定两个圆形齿轮，并装上大小合适的链条。2、大齿轮上安装转动手柄，分别顺时针和逆时针转动，观察小齿轮的运动方式。3、小齿轮上安装转动手柄，分别顺时针和逆时针转动，观察大齿轮的运动方式。学生观看自行车结构，结合生活经验找出 “传动装置”的主要结构：齿轮、链条。以小组为单位进行 “链条传动” 试验。学生运用已有经验和逻辑思维能力，整合原有知识或对知识进行重组的学习，进一步体会控制现象，并加深对控制含义的理解。实验结论：传动方式转动轮子大轮圈数小轮圈数大轮方向小轮方向链条传动大轮1顺时针1逆时针小轮1顺时针1逆时针特点为了避免交流的无效，在小组交流讨论的过程中，教师要注意及时与学生进行沟通。小组讨论合作学习，填写实验报告。提供给学生思考交流，思维碰撞的过程，这样有利于学生自主学习习惯的养成。拓展延伸（选做）：齿轮传动在日常生活中，我们有许多生活用品和玩具中都是有传动装置的。你能想到哪些？二、利用链条传动装置中的两个齿轮，研究齿轮传动的特点。实验步骤：1、选择合适的支架固定两个圆形齿轮，保证齿轮间的啮合（注意）。2、大齿轮上安装转动手柄，分别顺时针和逆时针转动，观察小齿轮的运动方式。3、小齿轮上安装转动手柄，分别顺时针和逆时针转动，观察大齿轮的运动方式。发挥学生的联想力联系生活实际。以小组为单位进行 “齿轮传动” 试验。对于学有余力的小组同学开展。在“链条传动”试验后，以同样的方式方法深入探究“齿轮传动”。实验结论： 传动方式转动轮子大轮圈数小轮圈数大轮方向小轮方向齿轮传动大轮1顺时针1逆时针小轮1顺时针1逆时针特点小组讨论合作学习，填写实验报告。总结齿轮传动的特点，并对两种控制中常见的传动方式进行归纳比较。实验总结比较链条传动与齿轮传动相同点1、都可以传递力。2、大小齿轮的速度不同。不同点1、齿轮改变力的方向，链条不改变力的方向。2、齿轮为近距离传递力，链条式远距离传递力。尝试归纳总结出两种传动装置的相同点与不同点。重视技术试验的思想与方法的学习：对两种方式进行对比学习，得出实验结论。六、案例分析3、控制分类案例分析乘凉工具：控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展。下面请同学们快速阅读课本P98案例 “从手摇扇到空调器”，简单了解一下控制的发展，以及给生活带来的影响。（不具体分析，就简单了解控制的发展）随着技术水平的提高,控制也由原来的人工控制慢慢转向自动控制发展，提高了人们的生活质量。也就是说从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制。辨论：普通电风扇的速度控制是手动还是自动控制？（说明：普通电风扇不会摇头、没有延时、有速度档位）甲方：电风扇不停在传，不用人，自动控制。乙方：一种档位对应一种速度，被控量的变化需要人调节，手动控制。阅读、思考。以小组为单位进行辩论。通过案例更好地体会科技进步对