控制系统的工作过程与方式教学设计

控制系统的工作过程和方式教学设计控制系统的工作过程与方式教学设计王 迪 浙江省平湖市当湖高级中学 马中江 浙江省嘉兴市双溪路1798号嘉兴教育学院 手机 电邮一 、教学分析1教学内容分析控制系统的工作过程与方式是苏教版教材技术与设计2第四单元第2节的教学内容。“技术与设计2”是在“技术与设计1”的基础上进行的一种专题性设计，集中体现了一些重要的技术思想和方法。本单元控制与设计关注设计过程中控制的基本思想和设计的基本方法，注重学生对这些思想和方法的应用及实际问题的解决。本节课教学内容主要围绕开环控制系统，让学生了解控制系统、输入与输出、控制器、执行器、被控对象等概念，知道简单的开环控制系统的基本组成和工作过程。是“承”前节内容“控制的手段与应用”的进一步深入具体的学习，也是“启”“闭环控制系统”以及“控制系统的设计与实施” 教学内容的基础。当今社会，控制已深入到人们生活和工作的方方面面，通过对控制的过程和控制的机理的理解，有助于学生运用简单的控制方法分析现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的逻辑思维品质。2教学对象分析学生已经学了技术与设计1及技术与设计2中的前面3个单元关于结构、流程及系统的知识，已经形成了比较完整和系统的知识体系，另外在高中物理选修3-2同步学习了传感器及自动控制的知识。因而，学生对于本节课的学习内容比较容易接受和理解。然而，学生缺乏对生活的观察、思考和实践，接触的自动控制也只是停留在表象，比如，红绿灯的定时控制系统，学生只是看到红绿的相互转换，对于其具体的基本组成和工作过程还缺乏基本的了解，要掌握控制的基本思想和方法，并分析现实生活中有关控制问题是比较困难的。本节课学生的学习任务结构层次图如下：控制系统开环控制系统环 节输入与输出工作过程控制器执行器基本组成二、教学目标1知识与技能（1）通过分析“游泳池定时注水系统”模型的组成及工作过程，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。（2）知道控制器、执行器在开环控制系统中的作用。（3）能运用所学的知识解释和分析自动门、楼道延时灯、火灾自动报警器及红绿灯定时控制等开环控制系统的工作过程。2过程与方法（1）通过操作“游泳池定时注水系统”模型，经历简单开环控制系统的工作过程。（2）通过对光控灯、声控灯等自动控制的探究，初步掌握利用控制的思想和方法分析和解决实际生活中有关控制的问题。3情感态度和价值观通过“电子百拼”的动手实践，形成良好的合作、交流的意识。三、教学重点、难点教学重点：熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程，理解控制器、执行器的作用。教学难点：渗透控制的基本思想和方法，会运用简单的控制方法分析现实生活中相关的控制问题。 四、教学策略1紧密联系生活实际。为突出课程内容的基础性、通用性和先进性的课程特点，在本节课的教学中，通过选取“光控开关”等生活具体实例，引导学生例举生活中的自动控制系统，通过操作“游泳池定时注水控制系统”及“电子百拼”的动手实践，培养学生勇于探究与日常生活有关的控制问题，以及将控制的知识应用于生活实际的意识和能力。2适时渗透思想方法。在课堂教学三维目标实施时，不仅要使学生学会知识，还要研究和掌握学习知识的方法。为此在本节课的教学中，把思想和方法的渗透贯穿其中。比如，“光控灯”用光敏传感器，“声控灯”用声敏传感器，从而让学生分析和掌握自动控制的基本思想和方法，达到知识的运用和迁移能力。3充分利用自制教具。利用“光控灯”电路教具引导学生理解控制系统的概念及组成；利用“游泳池定时注水控制系统”模型教具，让学生直观认识开环控制系统的组成及其工作过程；通过演示“游泳池定时注水控制系统”模型在设定相同注水时间，流量不同情况下注水，让学生理解开环控制系统的定义及特点；学生通过画“光控灯”方框图，进一步巩固开环控制系统的方框图。4巧妙搭建活动平台。利用“电子百拼”搭建学生活动的平台。学生通过选择电子元件，搭建“光控灯”、“声控灯”自动控制电路，进一步加深对开环控制系统的基本组成和工作过程的理解，并提升知识的应用能力和迁移能力。五、教具准备 “光控灯“模型、“游泳池定时注水控制系统”模型、Flash动画（用于演示游泳池定时注水控制）、“电子百拼”（ “电子百拼”是由透明安装底板和各种电子元器件（电阻、电器、二极管、三极管、导线等）焊接在带有字母扣的塑料块组成。元器件上用文字和符号标出名称、规格，还附有一本彩色精印的电路图（即使用说明书）。利用塑料块上有弹性和导电的字母扣，可将元器件有序的在安装底板上连接成一个完整的电路。从简单的电灯电路到复杂的中波收音机电路，不用焊接，不用工具在较短的时间里直观的实现各种电路的装配，合上开关就显示出电路的视听效果。）、自制多媒体课件。六、教学过程本节课的教学设计遵循普通高中通用技术课程倡导的“紧密联系学生的生活实际，注重学生创造潜能的开发，加强学生实践能力的培养”的教学理念。教学设计中，利用生活实例，分析控制系统的具体工作过程：通过自制教具和Flash动画演示开环控制系统的基本组成和工作过程，使学生理解并掌握重点知识；通过“电子百拼”动手实践，营造合作、探究的学习氛围，培养学生的创造潜能和动手能力。 本节课的教学流程如下：课题引入控制系统开环控制系统基本组成工作过程动手实践课堂总结作业设计1课题的引入“光控灯”是控制在生活中的应用，展示“光控灯”的模型，并演示“光控灯”电路工作过程，引入新课。学生列举生活中的控制系统（声控灯、自动门、楼道延时灯、火灾自动报警器、红绿灯定时控制等）2控制系统引导学生观察“光控灯”电路的主要组成（光敏电阻、开关、发光二极管）。教师讲解“光控灯”系统的具体工作过程（光敏电阻接收外界光线的强弱信号，控制开关接通或断开，从而实现发光二极管的亮或熄。“光控灯”模型控制的实现，涉及到了光敏电阻、开关、发光二极管三个装置）。总结：任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。3开环控制系统的基本组成和工作过程（1）设置问题情景如果你是游泳池的管理员，需要向游泳池注水，请你构思一个即使在你离开的情况下也能将水注到指定位置的方案。学生分小组讨论注水方案，接着各小组讲述各自的方案（学生构思的方案可能有：时间定时控制；检测游泳池水位进行控制）。（2）选择时间定时方案，展示“游泳池定时注水控制系统”模型，引导学生观察整个系统的主要装置（定时器、电磁阀、游泳池），并用方框图表示游泳池注水控制系统的主要结构及顺序（画在黑板上）。定时器电磁阀游泳沲（3）展示并讲解“游泳池定时注水控制系统”的工作过程：水位设定注水时间定时器计时开始计时结束开游泳池电磁阀关（4）利用Flash动画演示游泳池定时注水控制系统的结构及工作过程，让学生进一步熟悉其工作过程。同时使学生加深对定时器及电磁阀作用的理解，并对它们的工作机理有所了解。在此基础上，采用方框图描述其基本组成和工作过程。（将前面画的方框图补充完整）定时器电磁阀游泳沲设定注水时间游泳池的水位总结：输入量（如游泳池定时注水控制系统中的设定注水的时间） 输出量（如游泳池定时注水控制系统中的游泳沲的水位）（5）利用“游泳池定时注水控制系统”模型进行相同时间内不同水流量游泳池水位对比试验，说明这种系统不能检测输出量，并出影响系统的工作过程。（与前面学生分组讨论提出的“检测游泳池水位进行控制”的方案进行对比）总结：控制系统的输出量不对系统的控制间生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。课件展示开环控制系统在日常生活中应用的实例：楼宇防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。（6）控制系统的方框图：分析板书“游泳池定时注水控制系统”的方框图，指出它直观地体现了控制系统中信号的单向传递方向，以及系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。由此总结所有开环控制系统都可以用这样的方框图来描述，以“游泳池定时注水控制系统”的方框图为基础总结出开环控制系统的方框图。水流量控制器执行器被控对象输入量输出量定时器电磁阀游泳沲设定注水时间游泳池的水位控制量巩固练习：画出课前展示的“光控灯”自动控制系统的方框图4动手实践任务：以小组为单位利用“电了百拼” 选取合适的电子元件搭建“光控灯”自动控制电路或“声控灯”自动控制电路，并进行实验。完成后每个小组派代表进行展示和交流，其它小组进行评价。（活动分组活动期间，教师巡视了解各小组的活动情况，适时地针对“电子百拼”搭建问题及控制电路的设计问与学生进行交流，并给于指导） 5课堂小结（1）控制系统由控制器、执行器、被控制对象组成；（2）开环控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响；（3）方框图可以直观表示系统的各个环节的在系统中的位置、功能和相互关系；（4）能分析确定特定控制系统中的输入、输出、控制量。6板书设计控制系统输入、输出开环控制系统基本组成工作过程环节控制器执行器 水流量控制器执行器被控对象输入量输出量定时器电磁阀游泳沲设定注水时间游泳池的水位控制量7作业设计查阅资料，了解楼宇防盗报警控制系统、火灾自动报警系统等的系统环节，画出控制系统的方框图，并利用“电子百拼”搭建系统，进行实验。七、教学反思1本节课教学特色（1）紧密联系学生的生活实际，通过“光控灯”等生活实例的分析及学生例举的自动控制生活实例，突出课程内容的“基础性、通用性和先进性”的课程特点。（2）设置问题情景，通过游泳池注水自动控制手段的讨论，使学生初步了解与掌握一定的控制的思想和方法。（3）教学过程中充分利用自制教具，展示自动控制系统中的各个环节及控制过程，化抽象为直观，强化控制的思想与方法。（4）学生对生活中常见控制系统的认识只停留在外壳包装下的神秘和输入信号后产生了一定的输出量。教学中利用“电子百拼”搭建学生活动平台，使学生能够亲手搭建此类控制系统，使学生能更进一步认识控制系统内部基本结构及具体工作过程。增强了学生探究系统结构与工作过程的兴趣与动手实验的能力，体现了通用技术的“实践性”。2教学中值得思考、研究和探索之处（1）通用技术教学强调“技术的思想和方法”、“技术的人文素养”，但为了避免使通用技术课堂教学成为一种“讲授”