控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

1、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、教材分析：本節(jié)課內(nèi)容為本節(jié)的最后一節(jié)，是本節(jié)、本章、本書(shū)的最后一個(gè)課時(shí)。在前面的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)了解了結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制與設(shè)計(jì)的關(guān)系。設(shè)計(jì)是技術(shù)的重要組成部分之一，而且技術(shù)與設(shè)計(jì)2大部分都是圍繞著設(shè)計(jì)這個(gè)主題來(lái)展開(kāi)的。本節(jié)可以說(shuō)是這單元的“應(yīng)用”部分，讓學(xué)生了解控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路比較關(guān)鍵，只有這部分內(nèi)容理解了，才能有效的進(jìn)行下一個(gè)內(nèi)容控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例。在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例中，重點(diǎn)要讓學(xué)生會(huì)分析和選擇案例，并最終會(huì)設(shè)計(jì)。二、學(xué)情分析：在技術(shù)與設(shè)計(jì)1中，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程已經(jīng)有了一定的了解。但已有的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)更多的是停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外形的設(shè)計(jì)上，對(duì)功能

2、的設(shè)計(jì)還有待提高。同時(shí)在生活中對(duì)一些產(chǎn)品有一定的使用經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)有成功的，也有失敗的，通過(guò)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的生活經(jīng)歷，上升到一定的理論認(rèn)識(shí)，對(duì)失敗的使用經(jīng)驗(yàn)，能從控制與設(shè)計(jì)的角度重新的認(rèn)識(shí)。三、學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知識(shí)與技能：1）了解簡(jiǎn)單的被控對(duì)象的基本特性，能確定被控量、控制量，畫(huà)出控制系統(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案。2）能根據(jù)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，制作一個(gè)控制裝置；或者根據(jù)簡(jiǎn)單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行模擬實(shí)施，學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行提出改進(jìn)方案。2.過(guò)程與方法：通過(guò)案例式的探討和實(shí)踐改良的技術(shù)活動(dòng)，提高分析能力，培養(yǎng)探究精神。學(xué)習(xí)權(quán)衡的思想。3.情感態(tài)度價(jià)值觀：

3、（1）通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施的分析，體會(huì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中人性化的設(shè)計(jì)思想。（2) 培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，進(jìn)而樹(shù)立“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。（3) 通過(guò)多種形式的教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)課的興趣。四、教學(xué)重難點(diǎn)：1.教學(xué)重點(diǎn)：（1）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路，了解簡(jiǎn)單的被控對(duì)象的基本特性，確定相關(guān)的量，會(huì)畫(huà)方框圖。（2）能根據(jù)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，制作一個(gè)控制裝置并學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行，提出改進(jìn)方案。2.教學(xué)難點(diǎn)：閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；被控量和控制量的確定。五、教學(xué)策略：本節(jié)書(shū)從理論上講內(nèi)容較難，學(xué)生理解起來(lái)比較困難，為了能有較好的課堂效果，設(shè)計(jì)如下：（1）通過(guò)一些具體的生活中例子對(duì)比來(lái)導(dǎo)入有關(guān)

4、控制的設(shè)計(jì)方法，從而引入課題。（2）教師根據(jù)課本中的案例，引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)的自主能力。（3）尋找一些貼近學(xué)生生活實(shí)際并在前三節(jié)課已經(jīng)分析過(guò)的案例，采用元件展示，學(xué)生設(shè)計(jì)連接的步驟，最后請(qǐng)學(xué)生代表上臺(tái)連接成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。主要以“水箱注水的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”的案例貫穿整堂課。由于自動(dòng)升旗控制的設(shè)計(jì)，難度相對(duì)高些，但比較實(shí)用，所以最后結(jié)合學(xué)生玩電動(dòng)車的經(jīng)驗(yàn)，將這一案例作為補(bǔ)充介紹的例子，意在啟發(fā)學(xué)生在平時(shí)生活中要細(xì)心發(fā)現(xiàn)可利用的廢舊材料，進(jìn)而設(shè)計(jì)出使用的物品。六、教學(xué)準(zhǔn)備： 兩套水箱自動(dòng)注水控制系統(tǒng)的套件、礦泉水桶、桶裝水抽水器、自動(dòng)升旗控制系統(tǒng)模型。七、學(xué)法設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“問(wèn)題式

5、學(xué)習(xí)”，通過(guò)嘗試發(fā)現(xiàn)，探索研究的過(guò)程來(lái)掌握本節(jié)課的知識(shí)，在老師的幫助下，把生活中的經(jīng)驗(yàn)逐步與控制系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐、改造，親身體會(huì)這種控制實(shí)施方法，體驗(yàn)成就感！ 八、教學(xué)過(guò)程：環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)思路創(chuàng)設(shè)情景引入新課圖片展示：提問(wèn)：此圖所反映的現(xiàn)象應(yīng)用了什么原理？總結(jié)：虹吸原理的應(yīng)用使對(duì)水的流動(dòng)控制不需要能量，這是一種從高往低處流的現(xiàn)象，那么如何使水從低往高處流呢？實(shí)物演示：使用桶裝水抽水器抽水?？偨Y(jié)：上面的方法是一種手動(dòng)的控制系統(tǒng)，今天我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制的抽水裝置。學(xué)生思考：（1）左圖所反映的現(xiàn)象應(yīng)用了什么原理？（2）如何使水從低往高處流呢？通過(guò)兩個(gè)提問(wèn)引出本節(jié)課的內(nèi)

6、容講解。讓學(xué)生在思考中體會(huì)控制系統(tǒng)的深度與趣味。（一）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路新課教學(xué)要設(shè)計(jì)好一個(gè)控制系統(tǒng)，應(yīng)該明確這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么，所要控制的對(duì)象是什么，被控對(duì)象有哪些重要的特性，被控量和控制量分別是什么，外界的主要干擾因素有哪些，選擇怎么樣的設(shè)計(jì)方案能達(dá)到目的，又經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)，如何選擇設(shè)備和元件，等等。補(bǔ)充知識(shí)：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，還包括畫(huà)出必要的設(shè)計(jì)圖紙（控制電路設(shè)計(jì)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）和實(shí)施圖紙、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等。學(xué)生邊聽(tīng)邊領(lǐng)會(huì)。闡述控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路，為下面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。（二）項(xiàng)目一：水箱注水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：當(dāng)水箱的水位達(dá)到某一指定標(biāo)度 時(shí)，進(jìn)水口停止進(jìn)水

7、。實(shí)物元件展示：小型水泵、微型開(kāi)關(guān)、電池組、水位開(kāi)關(guān)。活動(dòng)：設(shè)計(jì)出電路連接圖（5分鐘時(shí)間，每組四名學(xué)生合作設(shè)計(jì)）展示：選取兩組同學(xué)的設(shè)計(jì)作品進(jìn)行展示，請(qǐng)組員自我解說(shuō)，其余同學(xué)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)?；顒?dòng)實(shí)施：請(qǐng)兩組同學(xué)上臺(tái)進(jìn)行電路的連接并演示。（兩組比拼連接的速度與演示效果）教師總結(jié)：設(shè)計(jì)中要注意元件連接的牢固性與安放的位置。設(shè)計(jì)實(shí)物圖展示：設(shè)計(jì)分析：針對(duì)兩組同學(xué)的設(shè)計(jì)，依據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本要求進(jìn)行分析：1、閉環(huán)控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；2、系統(tǒng)的被控量與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)；3、閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)有較好的抗干擾性能。觀看教師實(shí)物展示及原理介紹；設(shè)計(jì)出電路連接圖。兩組同學(xué)上臺(tái)進(jìn)行電路的連接并演示。其余

8、同學(xué)觀看。通過(guò)實(shí)物元件展示的，讓學(xué)生明確設(shè)計(jì)條件，同時(shí)也拓展學(xué)生的知識(shí)面。四人一組進(jìn)行設(shè)計(jì)，以同伴互助的形式，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)互助的品質(zhì)。新課教學(xué)（三）控制系統(tǒng)拓展研究教師分析：水位開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)提問(wèn)：如果改變浮球的方位，可以開(kāi)發(fā)出怎么樣的控制系統(tǒng)？總結(jié)：可以設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)抽水控制系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)高溫水箱。二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施案例提問(wèn)：對(duì)于學(xué)校的升旗裝置，是怎么控制的呢？講解：我們學(xué)校的升旗系統(tǒng)應(yīng)該是手動(dòng)控制的，下面我們一起探討設(shè)計(jì)一個(gè)自定控制的升旗系統(tǒng)。各方案的特點(diǎn)：方案A：在控制上采用機(jī)械裝置，對(duì)電子知識(shí)要求不高，但升旗和唱國(guó)歌的啟動(dòng)需要人工同步，定時(shí)裝置的精度不高，容易產(chǎn)生不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。方案B：此方

9、案同樣有啟動(dòng)不容易同步的問(wèn)題，但定時(shí)器的精度較高。方案C：可以增加學(xué)生的知識(shí)面，但需要補(bǔ)充電子線路的知識(shí)，比較費(fèi)時(shí)，課時(shí)難以保證。方案D:升旗和唱國(guó)歌同步啟動(dòng)，由于CD唱機(jī)比較普遍，器材準(zhǔn)備較其它方案容易。因此：方案D實(shí)現(xiàn)較容易。教師自制案例示范：學(xué)生聽(tīng)講并思考：如果改變浮球的方位，可以開(kāi)發(fā)出怎么樣的控制系統(tǒng)？學(xué)生思考各種設(shè)計(jì)方案并領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)中需考慮的各種因素。通過(guò)展示水位開(kāi)關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，拓展學(xué)生的知識(shí)面。同時(shí)提出拓展性問(wèn)題進(jìn)行研究，開(kāi)拓學(xué)生的思維，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。此案例作為這節(jié)課的補(bǔ)充案例，意在拓展學(xué)生的知識(shí)面，引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，以便在今后的生活中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，能利用一些廢舊材料

10、設(shè)計(jì)一些控制系統(tǒng)。小結(jié)1、明確控制目的、控制對(duì)象；2、理清楚干擾因素、被控量和控制量；3、選擇經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。 學(xué)生自主歸納總結(jié)通過(guò)小結(jié)，鞏固知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。九、板書(shū)設(shè)計(jì)4.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路二、水箱注水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施案例十、作業(yè) 完成作業(yè)本： 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 下周二上交！十一、教學(xué)反思（1） 此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可很好的應(yīng)用于閉環(huán)控制系統(tǒng)的教學(xué)。從而擺脫課堂枯燥的圖片講解，對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛質(zhì)起到了重要作用。同時(shí)此控制系統(tǒng)為一閉環(huán)控制系統(tǒng)，區(qū)別于普通的抽水馬桶注水的機(jī)械控制系統(tǒng)，是一種電子自動(dòng)化的控制系統(tǒng)。（2） 此控制系統(tǒng)主要涉及到電學(xué)