控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施

1、控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施一、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、本書的最后一個課時。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)計的關(guān)系。設(shè)計是技術(shù)的重要組成部分之一，而且技術(shù)與設(shè)計2大部分都是圍繞著設(shè)計這個主題來展開的。本節(jié)可以說是這單元的“應(yīng)用”部分，讓學(xué)生了解控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路比較關(guān)鍵，只有這部分內(nèi)容理解了，才能有效的進(jìn)行下一個內(nèi)容控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施案例。在控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施案例中，重點要讓學(xué)生會分析和選擇案例，并最終會設(shè)計。二、學(xué)情分析：在技術(shù)與設(shè)計1中，學(xué)生對設(shè)計的一般過程已經(jīng)有了一定的了解。但已有的設(shè)計基礎(chǔ)更多的是停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計和外形的設(shè)計上，對功能

2、的設(shè)計還有待提高。同時在生活中對一些產(chǎn)品有一定的使用經(jīng)驗，這些經(jīng)驗有成功的，也有失敗的，通過控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計，使學(xué)生對一定的實踐經(jīng)驗的生活經(jīng)歷，上升到一定的理論認(rèn)識，對失敗的使用經(jīng)驗，能從控制與設(shè)計的角度重新的認(rèn)識。三、學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知識與技能：1）了解簡單的被控對象的基本特性，能確定被控量、控制量，畫出控制系統(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計的方案。2）能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，制作一個控制裝置；或者根據(jù)簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行模擬實施，學(xué)會調(diào)試運行提出改進(jìn)方案。2.過程與方法：通過案例式的探討和實踐改良的技術(shù)活動，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)度價值觀：

3、（1）通過對控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施的分析，體會產(chǎn)品設(shè)計中人性化的設(shè)計思想。（2) 培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，進(jìn)而樹立“以人為本”的設(shè)計理念。（3) 通過多種形式的教學(xué)活動，提高學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)課的興趣。四、教學(xué)重難點：1.教學(xué)重點：（1）控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路，了解簡單的被控對象的基本特性，確定相關(guān)的量，會畫方框圖。（2）能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，制作一個控制裝置并學(xué)會調(diào)試運行，提出改進(jìn)方案。2.教學(xué)難點：閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計；被控量和控制量的確定。五、教學(xué)策略：本節(jié)書從理論上講內(nèi)容較難，學(xué)生理解起來比較困難，為了能有較好的課堂效果，設(shè)計如下：（1）通過一些具體的生活中例子對比來導(dǎo)入有關(guān)

4、控制的設(shè)計方法，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)生生活實際并在前三節(jié)課已經(jīng)分析過的案例，采用元件展示，學(xué)生設(shè)計連接的步驟，最后請學(xué)生代表上臺連接成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。主要以“水箱注水的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計”的案例貫穿整堂課。由于自動升旗控制的設(shè)計，難度相對高些，但比較實用，所以最后結(jié)合學(xué)生玩電動車的經(jīng)驗，將這一案例作為補充介紹的例子，意在啟發(fā)學(xué)生在平時生活中要細(xì)心發(fā)現(xiàn)可利用的廢舊材料，進(jìn)而設(shè)計出使用的物品。六、教學(xué)準(zhǔn)備： 兩套水箱自動注水控制系統(tǒng)的套件、礦泉水桶、桶裝水抽水器、自動升旗控制系統(tǒng)模型。七、學(xué)法設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“問題式

5、學(xué)習(xí)”，通過嘗試發(fā)現(xiàn)，探索研究的過程來掌握本節(jié)課的知識，在老師的幫助下，把生活中的經(jīng)驗逐步與控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，通過動手實踐、改造，親身體會這種控制實施方法，體驗成就感！ 八、教學(xué)過程：環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計思路創(chuàng)設(shè)情景引入新課圖片展示：提問：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)用使對水的流動控制不需要能量，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的控制系統(tǒng)，今天我們設(shè)計一個自動控制的抽水裝置。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？通過兩個提問引出本節(jié)課的內(nèi)

6、容講解。讓學(xué)生在思考中體會控制系統(tǒng)的深度與趣味。（一）控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路新課教學(xué)要設(shè)計好一個控制系統(tǒng)，應(yīng)該明確這個系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么，所要控制的對象是什么，被控對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)計方案能達(dá)到目的，又經(jīng)濟(jì)、易于實現(xiàn)，如何選擇設(shè)備和元件，等等。補充知識：控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，還包括畫出必要的設(shè)計圖紙（控制電路設(shè)計或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計）和實施圖紙、撰寫設(shè)計說明書等。學(xué)生邊聽邊領(lǐng)會。闡述控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路，為下面的系統(tǒng)設(shè)計打好基礎(chǔ)。（二）項目一：水箱注水自動控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計要求：當(dāng)水箱的水位達(dá)到某一指定標(biāo)度 時，進(jìn)水口停止進(jìn)水

7、。實物元件展示：小型水泵、微型開關(guān)、電池組、水位開關(guān)?；顒樱涸O(shè)計出電路連接圖（5分鐘時間，每組四名學(xué)生合作設(shè)計）展示：選取兩組同學(xué)的設(shè)計作品進(jìn)行展示，請組員自我解說，其余同學(xué)進(jìn)行點評。活動實施：請兩組同學(xué)上臺進(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)計中要注意元件連接的牢固性與安放的位置。設(shè)計實物圖展示：設(shè)計分析：針對兩組同學(xué)的設(shè)計，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。觀看教師實物展示及原理介紹；設(shè)計出電路連接圖。兩組同學(xué)上臺進(jìn)行電路的連接并演示。其余

8、同學(xué)觀看。通過實物元件展示的，讓學(xué)生明確設(shè)計條件，同時也拓展學(xué)生的知識面。四人一組進(jìn)行設(shè)計，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：水位開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)提問：如果改變浮球的方位，可以開發(fā)出怎么樣的控制系統(tǒng)？總結(jié)：可以設(shè)計一個自動抽水控制系統(tǒng)，以應(yīng)對高溫水箱。二、控制系統(tǒng)的設(shè)計實施案例提問：對于學(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)該是手動控制的，下面我們一起探討設(shè)計一個自定控制的升旗系統(tǒng)。各方案的特點：方案A：在控制上采用機械裝置，對電子知識要求不高，但升旗和唱國歌的啟動需要人工同步，定時裝置的精度不高，容易產(chǎn)生不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。方案B：此方

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

10、設(shè)計一些控制系統(tǒng)。小結(jié)1、明確控制目的、控制對象；2、理清楚干擾因素、被控量和控制量；3、選擇經(jīng)濟(jì)、易于實現(xiàn)的手段來實現(xiàn)。 學(xué)生自主歸納總結(jié)通過小結(jié)，鞏固知識，同時培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。九、板書設(shè)計4.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施一、控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路二、水箱注水自動控制系統(tǒng)的設(shè)計三、控制系統(tǒng)的設(shè)計實施案例十、作業(yè) 完成作業(yè)本： 控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施 下周二上交！十一、教學(xué)反思（1） 此控制系統(tǒng)的設(shè)計可很好的應(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械控制系統(tǒng)，是一種電子自動化的控制系統(tǒng)。（2） 此控制系統(tǒng)主要涉及到電學(xué)