高中通用技术-《控制系统的工作过程及方式》教学设计学情分析教材分析课后反思

4.2控制系统的工作过程与方式教学内容分析《控制与设计》是必修二最后一个模块的内容，在结构、流程、系统模块知识之后，4个模块相互联系，相互融合。该模块共有4个环节的知识：控制的手段与应用、控制系统的工作过程与方式、控制系统的反馈与干扰、控制系统的设计与实践。4个环节一脉相承，层层递进，逐步深入，从理论到实践，从生活中来到生活中去。本节课知识紧承第一节课的介绍的控制的概念、应用而来，深入分析了开环、闭环两种控制系统的基本组成和工作过程。本节课知识为后面的学习控制系统的设计以及反馈等知识奠定基础。学情分析知识基础：高二学生已经学习了结构、流程、系统3个模块知识，具备一定的系统分析能力，尤其是流程设计与系统设计的学习，对于本节课的控制系统的工作过程的分析有很大帮助。学生已有的物理学中的电磁学和力学知识对于本节课的学习也有一定帮助。生活经验：高二学生已经具备相当的自理能力，在生活中拥有控制系统的使用体验，也具备一定的控制事物状态的能力与需求。三、教学目标1.知识与技能初步建立控制系统的模型，理解输入量与输出量的涵义；初步理解开环和闭环控制系统的工作过程；尝试用流程图表达控制系统工作过程；2.过程与方法经历若干水位控制系统的搭建过程，体会控制系统和反馈的思想。3.情感态度和价值观进一步增强学生动手实践的积极性，提升技术探究和交流的能力。通过实践，感悟解决问题的方式不止一种，培养学生的创新性思维。通过创新拓展，培养学生迁移移植原理的应用。教学重难点重点：开环控制系统和闭环控制系统工作过程难点：闭环控制系统的工作过程分析四、教学策略立足生活需求，创设技术问题的情景，深入浅出的分析控制系统的工作过程；动手搭建控制系统，亲身体验控制过程，感受控制乐趣；小组合作探究，不断完善水位控制的功能及多方案解决问题。五、教学资源多媒体、太阳能热水器模型、自动水位控制器6个、连接水管6组、水桶、水箱等各6套、水龙头等教具，学案。六、教学过程教学环节教师活动学生活动教学效果（目的）1.情境导入大家请看：这是太阳能热水器的模型，这里模拟的是自来水水源，这里模拟的是热水器水箱，当我打开水阀，自来水就通过这个管道自动进入到热水器水箱里，我们看到水箱里的水位在上涨。（演示太阳能热水器自动进水控制过程）观察，思考回答从生活中的控制过程入手；引出控制系统的概念，同时引出课题Q1：是什么结构帮我们实现了自动进水？（不是某一个结构的功能，是这几个结构共同组成的系统，我们称之为控制系统）引出课题，呈现目标新知讲解Q2：（框图呈现，师生共同描述注水过程）该控制系统，控制的目的是什么？学生思考，回答（进水）明确控制目的，为引出输出量概念埋下伏笔。Q3：往哪里进水？学生思考，回答（水箱）控制系统要控制（改变）的量，称之为输出量。理解输出量涵义举例说明。（电灯、风扇）Q4：该控制系统控制过程的开始点(出发点)在哪里?打开水阀开始的输入量Q5:（进水过程进行到出水了）当水箱里的水位已经满了时，进水停止了吗？没有输出量不影响控制的进行（为开环控制概念铺路）这种输出量不影响控制的控制系统就叫开环控制系统。（就像是我在后面推着你走，只要我推你就一直走，不管前面是深渊也继续走）开环控制系统概念过渡：这样的系统能满足我们一定的生活需求，但是还有很多问题存在，不如像刚才这样，我们忘记关水龙头了呢。现实中进水系统的控制问题：忘记关停导致水漫金山。如何解决这个问题？（如何在水满时自动关停）思考解决方案引出闭环控制系统如果学生没有想出解决方法，在学生思考时，教师可以提示：水满的时候关停水阀。给水阀一个力力从哪里来根据所学知识（浮力、重力、摩擦力等等）（展示“节水扣”结构）老师这里有一个能自动关停进水系统的装置。它就是利用重力原理，关停水阀。学生观察节水扣的工作过程；分析关停控制器的工作原理闭环控制系统的工作过程Q6：这个控制系统和开始的控制系统有什么不同？思考，回答（自动关停水阀）分析闭环系统的控制过程Q7：什么时候关停？Q8：我们预期的是什么？水位达到我们预期的时候闭环输出量的分析关停水阀，就是回到控制的开始，改变控制的进行（流程图体现反馈环节）观察、思考举例说明闭环概念及特点这样就形成了一个闭合回路，这样的控制系统就叫闭环控制系统。它的特点是：输出量会影响控制的进行。Q9：该系统有什么不足？还有其他解决方案吗？（解决问题的方式不止一种）如果有学生提到浮球原理，展示抽水马桶的浮球结构。列举其他方案介绍自动水位控制器，引出控制实践环节3.控制实践利用所给的材料和工具，设计并制作一个简易的水位自动控制系统学生实践控制实践体验控制4创新拓展通过刚才设计实践，有什么感悟？利用水位控制器还能设计什么控制系统呢？学生回答（动物自动饮水系统等）进一步体会设计为满足生活需求，感悟迁移原理的运用5.小结开环、闭环的特点《控制系统的工作过程》课后反思设计本节课出发点：立足生活需求，深入浅出地讲明白两种控制系统（开环和闭环）的概念和特点，让学生初步建立控制系统模型，理解输出量和输入量的涵义，为后面学习控制系统的基本组成（理解控制器、执行器的概念）奠定基础。本节课围绕“太阳能热水器进水”这一生活常见控制现象，着重分析了一般进水过程（开环）和优化后的进水过程（闭环），使得较为抽象的控制过程可视化，基本达到设计预期，学生能够不知不觉中理解两种控制系统的概念及其不同。在实践环节和最后的提升拓展环节中，教师有依据因材施教原则进行了3级不同程度的目标制定，同时引领学生在解决实际问题的过程中感悟“设计实质就是解决生活中遇到的问题，为满足人类需求”、“解决问题的方法不止一种”、“同一原理可以在不同领域拓展运用解决不同问题”……本节课目标不仅仅是让学生学会一些控制知识，更高目标是运用技术原理、技术方法的融会贯通解决生活问题。本节课学生配合较好，探究氛围浓厚，学生注意力比较集中，唯一不足就是实践环节时间较为紧张，有些组针对实践环节的一些创新性改进方案和创新设想来不及展示。如果不是时间限制，师生可以充分交流，就某些学生的想法予以更多评价和改进，从而进一步激发学生的创新热情和实践能力。教材分析本节课知识是参照了苏教版和广东版两个版本必修二第四章第二节教材的内容，结合了我校及学生特点之后融合而来。《控制与设计》是必修二最后一个模块的内容，在结构、流程、系统模块知识之后，4个模块相互联系，相互融合。该模块共有4个环节的知识：控制的手段与应用、控制系统的工作过程与方式、控制系统的反馈与干扰、控制系统的设计与实践。4个环节一脉相承，层层递进，逐步深入，从理论到实践，从生活中来到生活中去。本节课知识紧承第一节课的介绍的控制的概念、应用而来，深入分析了开环、闭环两种控制系统工作过程，并详细解读了输入量和输出量的概念。本节知识立足生活需求，创设”太阳能热水器进水控制”的案例情境，深入浅出地引领学生分析控制系统的工作过程，并串联了流程、系统、控制等知识脉络。《控制系统的工作过程与方式》分两课时上，本节课是第一课时，主要任务是完成开环、闭环控制系统的概念及工作过程的学习，还有对输入量、输出量的理解。下一课时的任务是控制系统的基本组成，具体就是控制器、执行器、被控对象的分析。本节课知识为后面学习控制系统的设计以及反馈等知识奠定基础。《控制系统的工作过程》学情分析本节课面向的学习对象是高二学生。他们正处于创造力发展的重要阶段，他们的想象能力、逻辑思维能力和批判精神都达到了新的水平。本节课的学习立足他们的已有的知识基础和生活经验，通过一个“太阳能热水器进水控制”系统案例，贯穿始终，围绕问题解决，实现了多方案初步设计和最终控制系统实践的初步体验，实现从知识到能力的整体提升。知识基础：高二学生已经学习了结构、流程、系统3个模块知识，具备一定的系统分析能力，尤其是流程设计与系统设计的学习，对于本节课的控制系统的工作过程的分析有很大帮助。学生已有的物理学中的电磁学和力学知识对于本节课的学习也有一定帮助。但是控制学的知识，尤其是其中一些概念对于学生非常陌生，第一次接触理解起来还有难度，需要借助一定的案例分析。前面一节课的《了解控制》的基础知识学习，学生在已有“控制”概念的基础上，学习“开环、闭环控制系统”就容易了许多。前面学习的“控制在生活生产中的应用”的知识对于本节课知识的学习也有一定的奠基作用。生活经验：高二学生已经具备相当的自理能力，在生活中拥有某些控制系统的使用体验，也具备一定的控制事物状态的能力与需求。太阳能热水器是大部分学生生活中非常熟悉的控制装置，水满外溢也是很多同学家庭里遇到过的小事故。立足这一生活情境，贯穿本节课始终，深入浅出的解释了开环控制系统和闭环控制系统抽象的概念,并进行深入浅出的过程分析。《控制系统的工作过程与方式》评测练习【情境导入】1.太阳能热水器注水控制：自来水源自来水源水阀水阀热水器水箱热水器水箱2.控制进行三部曲：4.开环控制系统：【新知讲解】1.输出量：2.输入量：输入量:输入量:技术探究：太阳能热水器进水系统能否实现自动关停？5.案例分析：“节水扣”工作过程：小组讨论加装节水扣之后的注水系统与之前有什么不同？控制系统控制系统输出量输入量输出量输入量？？闭环控制系统：举例说明技术探究2：要实现太阳能热水器注水自动关停的控制，还有其他解决方案吗？方案1：方案2：【巩固运用】小组讨论比较闭环控制系统与开环控制系统：1.结构2.控制精度3.成本4.控制方式【控制实践】控制目的：设计一款的恒定水位控制装置（当水位达到设定水位时停止进水，当水位低于设定水位时停止进水）。控制手段：使用自动水位控制器活动要求：1.6人一组，协作完成；

2.安装、试验；

3.体验不同设定水位的控制过程。活动评价：1.正确安装恒定水位控制系统。（☆☆☆）

2.完成不同水位控制过程体验。（☆☆☆☆）

3.给出改进意见或者创新设想。（☆☆☆☆☆）恒定水位自动控制系统试验报告试验目的1.运用全自动水位控制器设计一个太阳能热水器自动进水装置。2.体验水位控制器控制过程试验材料水管、水管箍、水位控制器、水箱试验要求1.6人一组，协作完成；

2.安装、试验；3.体验不同设定水位的控制过程。试验过程试验收获小组成员试验评价1.正确安装恒定水位控制系统。（☆☆☆）2.完成不同水位控制过程体验。（☆☆☆☆）

3.给出改进意见或者创新设想。（☆☆☆☆☆）备注:【创新拓展】水位自动控制器的拓展运用有哪些？效果分析本节课的教学目标是让学生通过一个生活常见情景分析，掌握“开环、闭环控制系统的概念及特点”，同时在分析其工作过程的基础上，理解“开环、闭环控制系统的工作过程”。为了实现以上目标，还需要学生首先具备“输出量、输入量”的概念。为了理解这两个概念，教师又是通过形象的案例模型让学生获得知识。总之，本节课的设计主旨就是学生在对日常生活情境的分析过程中完成抽象知识的学习，同时在问题的解决情境中实现能力的提升和迁移。通过课堂效果来看，教师的处处设疑，学生都能呼应对答，能够主动的完成知识的学习。即使在后面问题解决“如何实现水满自动关停”时，学生均能较为积极的小组讨论，并都能结合生活经历或者所学的知识背景得出自己的方案，教师也充分预料到学生的学习反应，给与了充分的展示和点评，实现了较好的师生互动。最后的技术实践环节，教师事先进行了充分的课前准备，从而使得课上时间较为充裕，同时还设置了三级不同程度的评价等级，使得不同学习程度的同学都能获得学习成就感，并尝试最高目标的实现。所有小组都通过了第一第二及目标，不仅正确安装了系统，而且进行了水位控制的实践，并感受了不同水位的控制效果，获得较为充分的学习体验。最高级别的目标，也有个别小组进行了充分论证和表达。这样的课堂收放自如，既充分考虑了学情，学生的课堂精彩展示也激发了老师的创造力，真正实现了教学相长。总的来说，本堂课基本实现了任课教师的课前预期，绝大部分学生通过本节课学习都能掌握“开环、闭环控制系统的概念及工作过程”，并能够自主分析两种系统的不同。《控制系统的工作过程》课标分析济宁一中通用技术课程目标强调通过对课程的学习，学生学会或掌握一些基本知识和基本技能之外，掌握技术及其设计的一般思想和方法；具有一定的技术探究、运用技术原理解决实际问题能力；同时，注重学生创新精神和实践能力的培养。本节课知识点在课程标准中的说明如下：分析典型的案例，熟悉简单的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。

例１控制设计是对系统的信息流程、反馈机制进行分析和设计，使系统的运行达到最佳状态。

例２开关控制灯的亮与灭（手动、开环控制）。

例３电冰箱冷藏室温度的控制（自动，闭环控制）。鉴于对以上课程目标的理解和本节课在课标中的说明，结合学情分析，我对于本节课的相应课程标准说明是如下认识的：对于知识的学习，通过案例分析的方法来传达和实现。因为单纯知识的传递是枯燥的过程，高中学生的学习特点决定了还需要教师的引导，否则很难实现自主主动深入学习。为了调动学生学习积极性，需要采用一定教学方法。本节课在介绍“开环、闭环控制系统”的相关知识时，就采用直观的案例分析法。鉴于这一点，我也立足学生生活实际，试图寻找一个常见但是典型的案例，能够贯穿课堂始终。开始时我也试图利用“电子报警器”或者“自动门”等案例，