開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程和方式一

1、4.2 .1 開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程與方式教學(xué)設(shè)計【整體設(shè)計說明】（一）本節(jié)在單元中的地位本課教學(xué)內(nèi)容為蘇教版技術(shù)與設(shè)計2第四單元“控制與設(shè)計”的第二節(jié)“控制系統(tǒng)的工作過程與方式”的第1課時。從總體上看，“控制與設(shè)計”這個單元按照控制的手段控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計這樣的思路來組織教材內(nèi)容。上節(jié)課讓學(xué)生對控制手段和控制應(yīng)用有所了解，下節(jié)課要讓學(xué)生進一步學(xué)習閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程，因此，本課教學(xué)非常關(guān)鍵，是承上啟下的核心內(nèi)容。（二）學(xué)生學(xué)情分析學(xué)生對“控制”一詞并不陌生，經(jīng)常提到控制溫度、控制時間、控制音量、控制亮度、控制電流等。在生活、學(xué)習中，學(xué)生對控制形成了或多或少的感性認識，這

2、些認識僅限于表面現(xiàn)象，對控制系統(tǒng)的組成和工作過程并沒有進行過深入思考和研究。但學(xué)生畢竟也經(jīng)常進行控制操作，對控制有一些體會，在物理等學(xué)科中學(xué)習了電子、傳感器基礎(chǔ)知識，具有觀察和使用簡單控制系統(tǒng)的生活體驗，這些知識和經(jīng)驗在教學(xué)中為學(xué)生尋找教材以外的案例提供了條件，為學(xué)生配合教師教學(xué)提供了可能。（三）本節(jié)整體教學(xué)思路開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成與工作過程對后面的閉環(huán)控制和控制方案的設(shè)計至關(guān)重要，所以這節(jié)的教學(xué)一定要落實到位，使學(xué)生真正吃透和理解。要達到這樣的效果，教師必須引導(dǎo)學(xué)生對典型實例詳細分析，使學(xué)生對實例中的控制過程和原理有一個清晰的認識，然后再引導(dǎo)學(xué)生從中抽取出控制系統(tǒng)的基本組成：傳感器、控制器

3、、執(zhí)行器、被控對象，各個組成部分的功能和作用學(xué)生自然也明白了。 對于控制系統(tǒng)的基本組成的作用，學(xué)生一般不難理解，但對于它們的工作原理，學(xué)生可能會存在許多問題，也極有可能在課堂教學(xué)中提出這些疑問。對于疑問的學(xué)生，教師要給予表揚和鼓勵，這是學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)提高的一個具體表現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑的教學(xué)的一個重要方面。教師要不失時機地進行正確引導(dǎo)，同時在備課過程中應(yīng)注意相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習和準備。在“技術(shù)與設(shè)計1”中曾提出“技術(shù)是綜合知識的結(jié)晶”。筆者認為在本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中可以予以回溯，因為作為控制系統(tǒng)的基本組成涉及的學(xué)科比較多，單就傳感器來講，就可能涉及光、聲音、射線、壓力、溫度、化學(xué)成分等，回扣這一內(nèi)容一是可以

4、加深學(xué)生對“技術(shù)需要綜合知識”的進一步理解，二是可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習其他學(xué)科知識的積極性，強化通用技術(shù)課程和其他領(lǐng)域課程的聯(lián)系。本節(jié)課教學(xué)應(yīng)當避免“紙上談兵”。教師可以利用學(xué)校現(xiàn)有的實驗器材、教學(xué)設(shè)施資源，或通過自制或改制教具，盡量創(chuàng)造條件，利用實物展開教學(xué)。比如：聲控自動門、游泳池注水系統(tǒng)等。利用這些必能起到事半功倍的效果。本節(jié)課內(nèi)容也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、探究性學(xué)習能力、分析研究能力的較好載體，比如教學(xué)中可以讓學(xué)生研究控制系統(tǒng)的工作情況。（四）本節(jié)教學(xué)策略 1、 讓學(xué)生的自發(fā)地、主動地學(xué)習。本課教學(xué)中以案例分析為主線通過幾個經(jīng)典控制系統(tǒng)案例，激發(fā)學(xué)生的認知，引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)地、主動地解決問題。2、創(chuàng)

5、設(shè)情境。引導(dǎo)學(xué)生分析生活中的開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程和方式，加強學(xué)生工作過程的理解和應(yīng)用能力。3、通過 “活動猴”等試驗讓學(xué)生體會開環(huán)控制系統(tǒng)輸入與輸出的關(guān)系和工作過程。（五）教學(xué)目標 （一）知識與技能：1、通過引導(dǎo)學(xué)生對周邊實例的分析，理解控制系統(tǒng)的含義。2、掌握開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程，熟悉簡單開環(huán)控制的工作原理和過程。3、知道一般控制系統(tǒng)的描述方法，能繪制開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。（二）過程與方法1、使學(xué)生體驗控制系統(tǒng)的分析過程與分析方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力。2、讓學(xué)生從生活經(jīng)驗出發(fā)，從實例分析入手，能歸納出對控制系統(tǒng)的一般認識。（三）態(tài)度與情感1、通過自動控制與人工控制的對比，使學(xué)生體

6、驗技術(shù)發(fā)明與創(chuàng)新對造福人類的重大意義。 2、強化通用技術(shù)與其他課程的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習其它學(xué)科知識的積極性。（六）教學(xué)重難點：1.教學(xué)重點：（1）開環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與判斷。（2）開環(huán)控制系統(tǒng)在日常生活中的應(yīng)用和系統(tǒng)方框圖的書寫。2.教學(xué)難點：開環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與判斷。（七）教學(xué)時間：1課時（八）教學(xué)準備：自制游泳池注水系統(tǒng)，自制聲控門，PPT課件【教學(xué)過程與方法】教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖情景引入：早上出發(fā)前時忘了關(guān)窗戶，天有不測風云，中午突然下起了雨，結(jié)果身在單位的上班族只能眼睜睜等著雨水進入室內(nèi)。此時束手無策，恨不得插上翅膀飛回家去關(guān)窗戶。同學(xué)們，我們能不能從技術(shù)的角度幫上班族想想辦

7、法，解決這個難題？思考回答?？梢栽O(shè)計一種自動關(guān)閉窗戶的裝置設(shè)計情境，吸引學(xué)生注意力。問題提出如果可以有這樣的控制系統(tǒng)，這個控制系統(tǒng)是怎樣組成？它的工作過程是怎樣的？輸入輸出之間的對應(yīng)關(guān)系又是如何呢？這個也就是本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，下面我們來進行探究。自動關(guān)閉窗戶裝置解析：假設(shè)常態(tài)下窗戶是打開的，有一個感濕器放在窗戶的上部，當他感測到有雨點是，干時期發(fā)出一個先好接通電源使電機轉(zhuǎn)動，帶動窗戶關(guān)閉；當不下雨時，感濕器沒有輸出信號，窗戶處于打開狀態(tài)；感濕器、電動機、窗戶構(gòu)成了一個控制系統(tǒng)。問題：該控制系統(tǒng)的輸入，輸出是什么？學(xué)生聽講，思考，回答問題。輸入：雨水。輸出：窗戶的關(guān)閉?？刂葡到y(tǒng)的概念控制系統(tǒng)：任

8、何一個控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)共同實現(xiàn)，這些環(huán)節(jié)所涉及的裝置就構(gòu)成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的輸入與輸出之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。馬上行動（PPT展示）指出表中所列事例是否屬于控制系統(tǒng)，如果是控制系統(tǒng)，請指出系統(tǒng)的輸入、輸出是什么。是否屬于控制系統(tǒng)輸入輸出電飯煲脫粒機紅外線自動水龍頭觀看PPT，回答問題。幫助學(xué)生進一步熟悉控制系統(tǒng)的輸入，輸出。解析：控制系統(tǒng)通常分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。今天我們先來學(xué)習開環(huán)控制系統(tǒng)。案例一：聲控門。阿里吧吧和四十大盜的故事我們都聽過，主人公阿里吧吧對著門說一聲“芝麻芝麻，開門吧！”， 門就開了，這個童話在現(xiàn)在能變成現(xiàn)實嗎？這個控制系統(tǒng)叫什么

9、？可以，這是聲控門。教師教具展示“聲控自動門”并進行演示，裝置圖略。實驗現(xiàn)象：當同學(xué)們擊一下掌時，自動接通開關(guān)，門打開，延時一定時間之后門關(guān)閉教師提問：同學(xué)們知道聲音是如何自動控制門的開關(guān)？學(xué)生思考，回答。應(yīng)該有一個可以感知聲音的設(shè)備，接收到聲信號后就去通知執(zhí)行器開門。同學(xué)們回答的很好，下面我們來仔細分析。實現(xiàn)這種控制的關(guān)鍵就是在原來的電路中安裝了一個“聲音控制器”。聲音控制器實際包含三個組成部分：聲音傳感器、電子控制器、執(zhí)行器。當發(fā)出的聲響達到一定強度后，聲音傳感器就會檢測到，然后輸出一種電信號，這種電信號送到控制器后經(jīng)過處理和放大，再輸送到執(zhí)行器（電機），從而控制被控對象（門）的運行與停止

10、，這就是整個控制系統(tǒng)的工作過程。學(xué)生觀看投影，進一步了解。案例分析二 ：游泳池注水控制系統(tǒng)（定時器控制）教師展示自制教具“游泳池注水控制系統(tǒng)（定時器控制）”解析：在游泳池注水控制系統(tǒng)中，如果進水管單位時間的水流量一定，那么游泳池水位的高度與進水的時間是一一對應(yīng)的。我們就可以通過設(shè)定注水時間，是游泳池的水位達到希望的高度?？梢酝ㄟ^定時器來完成注水。將注水的時間（假設(shè)為2小時）設(shè)定到定時器中，開啟進水閥注水，一旦時間到達，定時器就會通知進水閥門關(guān)閉，停止向游泳池注水。開環(huán)控制系統(tǒng)的概念開環(huán)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)再日常生活中的

11、用途很廣，如十字路口的紅綠燈定是控制系統(tǒng)。樓宇的防盜報警控制系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等。案例分析三：自動門的控制系統(tǒng)。PPT展示“自動門的控制系統(tǒng)?！苯處熞龑?dǎo)學(xué)生：門的開關(guān)靠什么來實現(xiàn)？教師：電機的轉(zhuǎn)動收什么的控制？教師：現(xiàn)在請同學(xué)們用類比的方法指出執(zhí)行器，控制器，輸入，輸出對應(yīng)關(guān)系。學(xué)生閱讀案例，思考并回答。學(xué)生：靠電機的轉(zhuǎn)動。學(xué)生：受控制電路的控制?？刂齐娐犯鶕?jù)宏偉裝置檢測到得信號發(fā)送控制信號給電機。教師對學(xué)生進行技術(shù)思想和方法的指導(dǎo)，使學(xué)生獲得智慧總結(jié)：1、一般情況下定時器控制的都是開環(huán)控制系統(tǒng)。2、三個例子的共同點：控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)

12、。馬上行動：控制系統(tǒng)。列舉你所知道的開環(huán)控制系統(tǒng)。定時器類開環(huán)控制系統(tǒng)定時器游泳池注水；電風扇的風速控制；十字路口紅綠燈定時控制系統(tǒng)；洗衣機定時控制等。傳感器類開環(huán)控制系統(tǒng)紅外自動門；聲控燈，自動烘手機；各類報警器；自動水龍頭等?？刂葡到y(tǒng)的方框圖控制系統(tǒng)的方框圖：在控制系統(tǒng)中，為了分析方便，常采用方框來表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單項信號線來表示系統(tǒng)信號的方向，這種圖稱為控制系統(tǒng)的方框圖，他表示了系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置、功能和相互之間的關(guān)系。教師：下面我們來試著描寫一下自動門的控制系統(tǒng)方框圖控制電路電動機自動門紅外裝置檢測人體熱輻射發(fā)出的信號（輸入）門的開啟或關(guān)閉（輸出） 對于開環(huán)控制系統(tǒng)，通?？?/p>

13、以用下面的方框圖來描述：控制器執(zhí)行器被控對象輸入量輸出量 我們下面來請同學(xué)們寫一下定時注水用泳池控制系統(tǒng)的方框圖。由自動門控制系統(tǒng)到一般控制系統(tǒng)方框圖由具體到抽象的一個重要的思想和方法。馬上行動：用方框圖說明下列開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程，并注明方框中的各個環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容以及輸入量、輸出量賀控制量。音樂噴泉的控制。公共汽車車門的開關(guān)控制?！拘≡囼灐炕顒雍?活動猴 試驗?zāi)康模毫私忾_環(huán)控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間的關(guān)系。試驗準備：硬紙片，線，剪刀，筆等。試驗過程：請同學(xué)們拿出準備好的猴子和軀干與四肢，開始制作自己小組的活動猴。實驗總結(jié)：說一說活動猴這一開環(huán)控制系統(tǒng)的輸入量，輸出量各是什么？再實驗過程中，你

14、遇到了那些問題，是如何解決的？為了使猴子有臉部表情，你可以做哪些改進？學(xué)生動手做試驗。通過試驗，讓學(xué)生體會控制系統(tǒng)的的工作過程，同時小組合作增強了學(xué)生的團隊意識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。課堂總結(jié)：引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容進行自主歸納回顧本節(jié)內(nèi)容。作業(yè)：。1.請寫出“芝麻開門”聲控開門系統(tǒng)的控制方框圖，有興趣的同學(xué)課后可以制作模型，親自把神話變成現(xiàn)實 2.思考： 在游泳池注水控制系統(tǒng)中（定時器），如果進水管單位時間的水流量不一定，那么游泳池水位的高度與進水的時間是不是一一對應(yīng)呢？如果不是，可能會出現(xiàn)什么情況？教學(xué)反思： 在教學(xué)設(shè)計上，不是從概念入手，講什么是控制系統(tǒng)，什么是開環(huán)控制系統(tǒng)，工作過程如何、框圖如何畫等， 而是對學(xué)生進行技術(shù)思想和方法的指導(dǎo)，通過教具引導(dǎo)學(xué)生認識什么是開環(huán)控制系統(tǒng)，使學(xué)生獲得智慧：由自動門控制系統(tǒng)到一般控制系統(tǒng)方框圖由具體到抽象的一個重要的思想和方法。開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖是對開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程的總結(jié)和概括，學(xué)生對書寫控制的方框圖較難掌握，因此用“逆推法”分析如何實現(xiàn)門的自動控制。所有，教學(xué)難點的突破，在于前面的