开环控制系统的工作过程和方式

1、4.2 .1 开环控制系统的工作过程与方式教学设计【整体设计说明 】（一）本节在单元中的地位 本课教学内容为苏教版技术与设计 2第四单元“控制与设计”的第二节 “控制系统的工作过程与方式”的第 1 课时。从总体上看， “控制与设计”这个 单元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。上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解， 下节课要让学生进一步学 习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程， 因此，本课教学非常关键， 是承 上启下的核心内容。（二）学生学情分析 学生对“控制”一词并不陌生，经常提到控制温度、控制时间、控制音量、 控制亮度、控制电流等。在生活、学习中，学生对

2、控制形成了或多或少的感性认 识，这些认识仅限于表面现象， 对控制系统的组成和工作过程并没有进行过深入 思考和研究。 但学生毕竟也经常进行控制操作， 对控制有一些体会， 在物理等学 科中学习了电子、传感器基础知识，具有观察和使用简单控制系统的生活体验， 这些知识和经验在教学中为学生寻找教材以外的案例提供了条件， 为学生配合教 师教学提供了可能。（三）本节整体教学思路 开环控制系统的基本组成与工作过程对后面的闭环控制和控制方案的设计 至关重要， 所以这节的教学一定要落实到位， 使学生真正吃透和理解。 要达到这 样的效果， 教师必须引导学生对典型实例详细分析， 使学生对实例中的控制过程 和原理有一个

3、清晰的认识， 然后再引导学生从中抽取出控制系统的基本组成： 传 感器、控制器、执行器、被控对象，各个组成部分的功能和作用学生自然也明白 了。对于控制系统的基本组成的作用， 学生一般不难理解， 但对于它们的工作原 理，学生可能会存在许多问题， 也极有可能在课堂教学中提出这些疑问。 对于疑 问的学生， 教师要给予表扬和鼓励， 这是学生技术素养提高的一个具体表现， 培 养学生的质疑的教学的一个重要方面。 教师要不失时机地进行正确引导， 同时在 备课过程中应注意相关内容的学习和准备。在“技术与设计 1”中曾提出“技术是综合知识的结晶”。笔者认为在本节 内容的教学中可以予以回溯，因为作为控制系统的基本组

4、成涉及的学科比较多， 单就传感器来讲，就可能涉及光、声音、射线、压力、温度、化学成分等，回扣 这一内容一是可以加深学生对 “技术需要综合知识” 的进一步理解， 二是可以激 发学生学习其他学科知识的积极性，强化通用技术课程和其他领域课程的联系。本节课教学应当避免“纸上谈兵”。教师可以利用学校现有的实验器材、教 学设施资源，或通过自制或改制教具， 尽量创造条件，利用实物展开教学。 比如：声控自动门、游泳池注水系统等。利用这些必能起到事半功倍的效果。本节课内容也是培养学生动手能力、 探究性学习能力、分析研究能力的较好 载体，比如教学中可以让学生研究控制系统的工作情况。（四）本节教学策略1、让学生的自

5、发地、主动地学习。本课教学中以案例分析为主线通过几个 经典控制系统案例，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题。2、创设情境。弓|导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方式，加强 学生工作过程的理解和应用能力。3、通过“活动猴”等试验让学生体会开环控制系统输入与输出的关系和工 作过程。（五）教学目标（一）知识与技能：1、通过引导学生对周边实例的分析，理解控制系统的含义。2、掌握开环控制系统的基本组成和工作过程，熟悉简单开环控制的工作原 理和过程。3、知道一般控制系统的描述方法，能绘制开环控制系统方框图。（二）过程与方法1、使学生体验控制系统的分析过程与分析方法，培养学生科学思维能力。

6、2、让学生从生活经验出发，从实例分析入手，能归纳出对控制系统的一般 认识。（三）态度与情感1、通过自动控制与人工控制的对比，使学生体验技术发明与创新对造福人 类的重大意义。2、强化通用技术与其他课程的联系，激发学生学习其它学科知识的积极性。（六）教学重难点：1. 教学重点：（1）开环控制系统的构成与判断。（2）开环控制系统在日常生活中的应用和系统方框图的书写。2. 教学难点：开环控制系统的构成与判断。（七）教学时间：1课时（八）教学准备：自制游泳池注水系统，自制声控门，PPT课件【教学过程与方法】教学内容教师活动学生活动情景引入：早上出发前时忘了关窗户，天有不测风云，中午突然下起了 雨，结果身

7、在单位的上班族只能眼睁睁等着雨水进入室内。 此时束手无策，恨不得插上翅膀飞回家去关窗户。同学们， 我们能不能从技术的角度帮上班族想想办法，解决这个难 题？思考回答。可以设计一种自 关闭窗户的装置问题提出如果可以有这样的控制系统，这个控制系统是怎样组 成？它的工作过程是怎样的？输入输出之间的对应关系又 是如何呢？这个也就是本节课的教学内容，下面我们来进仃探究。1n自动关闭,n窗户装置2解析：假设常态下窗户是打开的，有一个感湿器放在窗 户的上部，当他感测到有雨点是，干时期发出一个先好接通 电源使电机转动，带动窗户关闭;当不卜雨时，感湿器没有 输出信号，窗户处于打开状态；感湿器、电动机、窗户构成 了

8、一个控制系统。问题：该控制系统的输入，输出是什么？学生听讲，思考，回答 题。输入：雨水。输出：窗户的关闭。控制系统的 概念控制系统：任何一个控制系统的实现，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。控制系统的输入与输出之1可有一疋的对应关系。马上行动（PPT展示）指出表中所列事例是否属于控制系统，如果是控制系统，请指出系统的输入、输出是什么。是否属 于控制 系统输入输出电饭煲脱粒机红外线 自动水 龙头解析：控制系统通常分为开环控制系统和闭环控制系统。今 天我们先来学习开环控制系统。案例一：声控阿里吧吧和四十大盗的故事我们都听过，主人公阿里吧 门。吧对着

9、门说一声“芝麻芝麻，开门吧！ ”，门就开了，这个童话在现在能变成现实吗？这个控制系统叫什么？教师教具展 “声控自动门”并进行演示，装置图略 示教师提问：同学们知道声音是如何自动控制门的开关?观看PPT回答问题可以，这是声控门。实验现象：当同学们击一下 时，自动接通开关，门打开 延时一定时间之后门关闭 学生思考，回答。应该有一个可以感知声音的 备，接收到声信号后就去通 执行器开门。同学们回答的很好，下面我们来仔细分析。实现这种控制的关键就是在原来的电路中安装了一个“声音控制器”。声音控制器实际包含三个组成部分：声音传感器、电子控制 器、执行器。当发出的声响达到一定强度后，声音传感器就 会检测到，

10、然后输出一种电信号，这种电信号送到控制器后 经过处理和放大，再输送到执行器（电机），从而控制被控 对象（门）的运行与停止，这就是整个控制系统的工作过程。学生观看投影，进一步了解。案例分教师展示自制教具“游泳池注水控制系统（定时器控析二：游泳制）”池注水控制解析：系统（定时器 控制）在游泳池注水控制系统中，如果进水管单位时间的水流 量一定，那么游泳池水位的高度与进水的时间是一一对应 的。我们就可以通过设定注水时间，是游泳池的水位达到希 望的高度。可以通过定时器来完成注水。将注水的时间（假 设为2小时）设定到定时器中，开启进水阀注水，一旦时间 到达，定时器就会通知进水阀门关闭，停止向游泳池注水。开

11、环控开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生制系统的概 念任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。开环控制系统再日常生活中的用途很广， 如十字路口的 红绿灯定是控制系统。楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动 报警系统等。案例分PPT展示“自动门的控制系统。”学生阅读案例，思考并析三：自动门教师引导学生：门的开关靠什么来实现？答。的控制系统。教师：电机的转动收什么的控制？学生：靠电机的转动。教师：现在请同学们用类比的方法指出执行器， 控制器，学生：受控制电路的控制输入，输出对应关系。控制电路根据宏伟装置检测 得信号发送控制信号给电机。总结：1、一般情况下定时器控制的都是开环控制系统。2、三个

12、例子的共同点：控制系统的输出量不对系 统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。马上行动：控制系统。列举你所知道的开环控制系统定时 器类开环 控制系统定时器游泳池注水；电风 扇的风速控制；十字路口红绿 灯定时控制系统；洗衣机定时 控制等。传感 器类开环 控制系统红外自动门；声控灯，自 动烘手机；各类报警器；自动 水龙头等。控制系控制系统的方框图：在控制系统中，为了分析方便，常统的方框图采用方框来表示系统的环节，用单项信号线来表示系统信号的方向，这种图称为控制系统的方框图，他表示了系统的各 个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。教师：下面我们来试着描写一下自动门的控制系统方框 图

13、红外装置检测人体热辐射发出的信号（输入）对于开环控制系统，通常可以用下面的方框图来描述:马上行动：【小试 验】活动猴作业:我们下面来请同学们写一下定时注水用泳池控制系统 的方框图。用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方 框中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量贺控制量。音乐喷泉的控制。公共汽车车门的开关控制。活动猴试验目的：了解开环控制系统的输入与输出之间的关系。试验准备： 硬纸片，线，剪刀，笔等。试验过程：请同学们拿出准备好的猴子和躯干与四肢， 开始制作自 己小组的活动猴。实验总结：说一说活动猴这一开环控制系统的输入量， 输出量各是 什么？再实验过程中，你遇到了那些问题，是如何解

14、决的？ 为了使猴子有脸部表情，你可以做哪些改进？引导学生对所学内容进行自主归纳。1请写出“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图，有兴 趣的同学课后可以制作模型，亲自把神话变成现实2.思考：学生动手做试验。在游泳池注水控制系统中（定时器）， 如果进水管单位时间的水流量不一定，那么 游泳池水位的咼度与进水的时间是不是一 一对应呢？如果不是，可能会出现什么情 况？教学反思：在教学设计上，不是从概念入手，讲什么是控制系统，什么是开环控制 系统，工作过程如何、框图如何画等， 而是对学生进行技术思想和方法的指导， 通过教具引导学生认识什么是开环控制系统， 使学生获得智慧：由自动门控制系 统到一般控制系统方框图由具体到抽象的一个重要的思想和方法。开环控制系统方框图是对开环控制系统工作过程的总结和概括，学生对书写控制的方框图较难 掌握，因此用“逆推法”分析如何实现门的自动控制。所有，教学难点的突破， 在于前面的铺垫，以充分的铺垫作为突破口，这是教学的原则和教学艺术的一个 重要体现。在学法指导上，从学生寻找生活中开环控制事例到学生动手试验再