第四單元 控制及其設計 教學設計-2023-2024學年高中通用技術蘇教版（2019）必修《技術與設計2》

技術與設計2第四單元控制與設計本章教材分析：能結合一定的事例，理解控制的含義及其在生活和生產(chǎn)中的應用。2、能夠分析典型的案例，了解手動控制和自動控制，熟悉第一節(jié)系統(tǒng)的結構（1課時）一、教材分析[教材給出的學習目標]理解控制的含義。了解控制的手段。理解控制在生活和生產(chǎn)中的應用。[教材分析]本節(jié)教材由1.控制的手段，2.控制的應用，等2小節(jié)組成。本節(jié)的關鍵詞是：控制、控制現(xiàn)象、控制目的和控制手段、人工控制和自動控制。本節(jié)以自然界事物的發(fā)展與變化的多種多樣引入，通過大禹治水、射手射擊等控制的事例，說明人們要實現(xiàn)自己的意愿或目的，就要通過一定的控制手段。在教學控制的手段和控制的應用等內容時，應注意從身邊的事例和現(xiàn)象入手，讓學生了解控制的對象，控制的目的，采取怎樣的手段實現(xiàn)控制，以及控制在生活和生產(chǎn)中得到的廣泛應用。通過控制在人們日常生活和生產(chǎn)中運用的實例分析，使學生進一步理解控制在生活和生產(chǎn)中應用的廣泛性和重要性。二、學情分析本學期，高二學生對技術的一些基本特性有所了解和掌握，他們對控制知道一些，但是對于控制對象、目的、手段知道的有所限制，對于控制的理解不夠深入。三、教學目標1、知識與技能：知道事物發(fā)展與變化的多樣性；理解控制的含義；明確控制更象中的控制對象、控制目的和控制手段；了解控制有人工控制和自動控制。2、過程與方法：通過分析典型的案例，理解控制和控制現(xiàn)象；了解控制在生活和生產(chǎn)中的應用。3、情感態(tài)度與價值觀：對控制技術產(chǎn)生強烈的興趣和好奇心，并把它轉化為對后續(xù)知識學習的動力。總的目標是使學生具有初步的理解、使用和評價控制技術的能力，其技術素養(yǎng)得到相應的提高。四、教學重難點教學重點：控制的含義；控制現(xiàn)象的要點；控制對象、控制目的和控制手段。教學難點：控制在生產(chǎn)和生活中的應用；列舉控制應用的例子，并說明自己對它們的理解。五、教學方法講授法、討論法、案例分析法、對比分析法。六、教學準備1、教具：臺燈、自制投影片2、教學設備：電腦，投影儀七、教學過程：1、導入【師：】：提線木偶、皮影戲是我們中國傳統(tǒng)的民間文藝項目，現(xiàn)在我們大家一起來欣賞一段“提線木偶戲”視頻的欣賞。【師：】小猴子如何表演各種動作呢？（生：表演者的控制）在我們日常生活中經(jīng)常會聽到“控制”這個詞，那同學們你們能說出幾個來嗎？生：（略）【師：】控制在社會生活中無不存在。是普遍存在。玩飛鏢時要控制手的方向、騎自行車、使用電風扇、空調、農(nóng)田灌溉……（用一些典型的、生活中的例子讓學生了解控制是普遍存在，對控制有初步的認識，打破其神秘感。）【師：】我們可以看到：控制并不是人類的天外來客，它從古至今都滲透在我們的生產(chǎn)和生活的方方面面。理解控制，善于控制，已經(jīng)成為我們每個人日常生活中不可缺少的基本能力。2、新課講授【師：】那么在生活和生產(chǎn)中，人們?yōu)槭裁匆芯亢蛻每刂颇?事物的發(fā)展與變化具有多樣性。生：P96馬上行動【師：】事物的發(fā)展結果可能是人們預先希望的，也可能與預期的目標不相符，甚至是不希望得到的。如果人們想達到某一特定的目的，就必須借助適當?shù)氖侄蝸韺崿F(xiàn)。那么，運用什么手段來實現(xiàn)呢？下面大家閱讀一下書上P96的案例分析，看看大禹是借助怎樣的手段治水的？【師：】閱讀P96案例分析，思考問題。大禹和他父親的目標是什么？這個時間的對象是什么？他們分別采取了什么手段？結果一樣嗎？那么大禹治水這個事件叫控制現(xiàn)象嗎？他父親治水這個事件呢？【師：】像大禹這樣，為了達到一定的目的，通過了適當?shù)氖侄危故挛锍约浩谕姆较虬l(fā)展的過程就叫“控制”。PPT展示“控制”的定義（引入控制的概念）1）控制的涵義控制是根據(jù)自己的目的，通過一定的手段使事物沿著某一確定方向發(fā)展的行為和過程。（在我們的生活中，存在著各種各樣的控制現(xiàn)象：比如很多同學每天都是騎著自行車來上學的，在行車過程中，我們通常要控制自行車的速度，方向，遇到紅燈等情況還需要控制剎車減速。）*問：在自行車中存在哪些控制現(xiàn)象？生：（略）剎車控制、速度控制、方向控制【師：】從剛才大禹治水的事例我們知道，控制有它的目的，手段和對象。舉例說明（大禹治水、電風扇、人力車）（自行車的方向控制問題，其控制的對象是自行車，控制的目的是為了改變方向，控制的手段是汽車人通過雙手轉動車把改變前輪的方向并帶動后輪。）所以說，理解任何控制現(xiàn)象，都要明確控制的對象是什么，控制要達到什么目的和采用什么控制手段。PPT展示控制的“三要素”那么同學們你們能不能例舉一下我們的生活中有哪些控制現(xiàn)象，能否找出它的“三要素”生：尋找自己身邊的控制現(xiàn)象，明確它的目的，對象和手段.P97馬上行動控制手段的分類師：控制的實現(xiàn)需要通過一定的手段，那么到底有哪些類型的控制呢？在過去或者是有些特定的時候，控制的過程是在人的直接干預和全程干預下進行的，我們稱之為人工控制。PPT展示有關人工控制的圖片隨著科學技術的發(fā)展，控制手段得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了自動控制。這種控制是在無人參與的情況下，使得事物的變化準確地按照期望的方向進行。PPT展示有關自動控制的圖片師：那我們剛才例舉的控制現(xiàn)象中哪些是人工控制，哪些又是自動控制呢？自動控制：洗衣機，冰箱，電風扇，電視機。人工控制：拖地板，騎自行車。隨著科技的進步，許多以前是手工控制的正在向自動控制演變。PPT展示一些有過去手工控制向現(xiàn)在自動控制演變的事物的圖片。生：閱讀P98案例分析\師：其實控制手段的分類并不是唯一的，我們還可以按照執(zhí)行部件的不同分為機械控制，氣動控制，液壓控制，電子控制等。舉例說明：PPT展示圖片機械控制：自行車的制動系統(tǒng)氣動控制：公共汽車的自動門液壓控制：三峽大壩的船閘控制系統(tǒng)電子控制：學校的音樂鈴聲等。控制的應用師：控制的應用自古就有，在近代得到了迅速的發(fā)展，它涉及社會生產(chǎn)，生活的各個領域。我們可以用兩個詞來概括它：廣泛性，重要性。PPT展示工業(yè)生產(chǎn)領域控制的應用（汽車自動裝配生產(chǎn)線，汽車噴漆房）PPT展示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域控制的應用PPT展示軍事國防領域控制的應用PPT展示社會生活領域控制的應用PPT展示日常生活領域控制的應用3小結：1、控制是普遍存在。要求學生能列舉事例。2、控制的涵義（對象，目的，手段）。要求學生在理解的基礎上掌握好其控制的涵義。3、控制的廣泛應用。本節(jié)課主要內容：系統(tǒng)的含義，構成系統(tǒng)的三要素。構成系統(tǒng)的三個要素與系統(tǒng)的含義的關系。課后反思：本節(jié)課在講授時，使用視頻進行引入，起始學生的興趣較高，但是本節(jié)課理論性的內容較多，在后面講授到控制分類時，學生反應平淡。因此，在后面補充此教案時，要重點放在教學內容的后半段。第二節(jié)控制系統(tǒng)的工作過程與方式（2課時）教材分析教材給出的學習目標1）分析典型案例，熟悉簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程。2）熟悉閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成，能畫出一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中的控制器、執(zhí)行器的作用。2、教材分析本節(jié)由“1、控制系統(tǒng)”、“2、開環(huán)控制系統(tǒng)”、“3、閉環(huán)控制系統(tǒng)”等3小節(jié)組成?？刂颇康牡膶崿F(xiàn)是控制系統(tǒng)直接作用的結果?？刂葡到y(tǒng)通過控制達到預期的目的。根據(jù)控制方式的不同，控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復合控制系統(tǒng)。通過游泳池注水、自動門等案例的教學，學生可以理解開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是輸出量直接受輸入量的控制；從游泳池的水位控制案例可以理解閉環(huán)控制系統(tǒng)的關鍵是增加了一個能對輸出量進行檢測的裝置，使輸出量能反饋到輸入端并與給定量比較，從而使輸出量穩(wěn)定在給定的范圍之內。二、學情分析學生對生活中的控制了解的很多，但是對于控制中的給定量與輸出量上的認識有一些偏差。學生對于控制知道的多，但是卻不能很好的表達出來。因此對于本節(jié)的內容要選擇學生熟悉的安全進行分析，并注意形象直觀化，最好有實物或模型。三、教學目標1、知識與技能：熟悉簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程；熟悉閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成，能畫出一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖；理解閉環(huán)控制系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器的作用；初步理解開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別2、過程與方法：經(jīng)歷“回想—分析—聯(lián)想—猜想”的思維過程，與同學和老師充分溝通和交流，將前面所學的結構、流程、系統(tǒng)與控制的基本知識應用于具體問題的分析，發(fā)展創(chuàng)新精神。3、情感態(tài)度與價值觀：提高對生活中技術問題的敏感度和引發(fā)出探究欲望，并能保持積極審慎的態(tài)度。四、教學重難點教學重點：控制系統(tǒng)的構成；開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的構成與判斷。教學難點：開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的判別。五、教學方法講授法、討論法、案例分析法、對比分析法。六、教學準備1、教具：臺燈、自制投影片2、教學設備：電腦，投影儀七、教學過程：1、導入【師：】前面我們學習了控制的定義：控制是人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發(fā)展。那么在我們大家生活中遇到的控制現(xiàn)象，它們是如何工作的呢？今天我們一起來學習第二節(jié)控制系統(tǒng)的工作過程與方式（板書）。新授A控制系統(tǒng)【師：】前面我們在了解有關自行車的控制時，知道自行車中有許多的控制現(xiàn)象。那么，如何控制自行車的行走呢？自行車行駛的速度（輸出）腳磴、曲柄、鏈輪、中軸、鏈條、飛輪腳踩的力（輸入）自行車行駛的速度（輸出）腳磴、曲柄、鏈輪、中軸、鏈條、飛輪腳踩的力（輸入）（2）電風扇的風速控制電風扇風速的擋位電機扇片電風扇的風速（輸入）（輸出）***控制系統(tǒng)：任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就構成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的輸入和輸出之間有一定的對應關系。（3）例1：如：電子門鈴的控制系統(tǒng)輸入：用手按動按鈕開關,輸入一個觸發(fā)信號控制(處理):音樂集成電路經(jīng)過觸發(fā)后工作,產(chǎn)生一組載有”音樂”的電信號.輸出:揚聲器將電信號轉變?yōu)橐魳仿?***控制系統(tǒng)的基本特征：一個輸入信號（如手拔開關）對應著一個輸出信號（如燈亮或不亮）（4）馬上行動：P102馬上行動是否屬于控制系統(tǒng)輸入輸出電飯煲是做飯指令鍋內的溫度脫粒機是啟動指令脫粒機脫粒的量紅外線自動水龍頭是人手的紅外信號出水量B開環(huán)控制系統(tǒng)（1）觀看視頻“超級連環(huán)機關”，注意觀察視頻中有哪些控制裝置（控制系統(tǒng)），其輸入和輸出各是什么？（2）控制系統(tǒng)分類開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（3）例1：游泳池注水（觀看視頻）一般情況下，一池水需要很長的時間才能灌滿，如果由人工控制整個注水過程，很費時間。如果進水管的進水量是均勻的，游泳池中的水位高度與進水的時間是一一對應的。我們可以在注水口處裝一個定時器，通過定時器來控制注水過程（時間）。設定注水的時間-----定時器-----進水閥門-----游泳池-----游泳池的水位（4）開環(huán)控制系統(tǒng)的定義：像這樣信息只從輸入端傳遞到輸出端，沒有信息反饋的控制系統(tǒng)，稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。（5）例2：自動門的控制系統(tǒng)（觀看視頻）體會其工作過程。（6）開環(huán)控制系統(tǒng)的表達：在控制系統(tǒng)中，常用方框來表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單向信號線來表示系統(tǒng)信號傳遞的方向，這種圖稱為控制系統(tǒng)的方框圖。輸入量---控制器---執(zhí)行器-(控制量)-被控對象----輸出量開環(huán)控制特點：系統(tǒng)的輸出量受輸入量的控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞。（比如開燈）（7）例3以聲控電燈為例寫出控制過程方框圖（8）馬上行動：P104音樂噴泉的控制：噴泉頭組調速水泵變速電動機可編程控制器噴泉頭組調速水泵變速電動機可編程控制器輸入信號：隨著音樂節(jié)奏而改變的電信號輸出信號：和著音樂節(jié)奏時起時伏、時緩時急的噴泉水流開關車門氣動活塞電磁閥公共汽車車門的開關控制：開關車門氣動活塞電磁閥開關信號C學生活動：希羅的自動門要求：閱讀材料，試著寫出該控制系統(tǒng)的工作方式D體驗開環(huán)控制系統(tǒng)：要求學生完成P105頁的紙猴。1）.說明紙猴的制作要求和制作步驟2）.指導學生觀察拉動線繩，紙猴表情的變化（圖略）八、教學反思本節(jié)課講授的內容是控制系統(tǒng)的工作過程與方式，學生對工作過程有些不理解，對于控制系統(tǒng)的表達方式容易出現(xiàn)的問題是：不使用方框，對于找控制器與執(zhí)行器有些困難。（二）第二課時一、問題引入：【師】：上節(jié)課，我們講到游泳池的注水，使用定時器，會有什么樣的缺陷呢？（演示）【生】：無法控制具體的注水量?！編煛浚含F(xiàn)在我們再看看游泳池的注水控制的改進（演示）進水閥門進水閥門游泳池實際水位水流量控制器檢測裝置+-設定水位新授：閉環(huán)控制系統(tǒng)1、定義：把系統(tǒng)的輸出量返回到輸入并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。（展示視頻曝殲-11導彈制導畫面百公里外射入山洞）2、學生活動：1）找出身邊開環(huán)電子控制系統(tǒng)和閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的例子。開環(huán)控制系統(tǒng)：電熨斗、電子門鈴、電子調光臺燈、電子手表、程序控制洗衣機、帶遙控電視機閉環(huán)控制系統(tǒng)：空調機、電冰箱、智能電飯煲、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)溫室（2）閉環(huán)電子控制系統(tǒng)與開環(huán)電子控制系統(tǒng)相比有什么優(yōu)點？閉環(huán)電子控制系統(tǒng)具有監(jiān)測和反饋功能，可以提高控制的精度，而且實現(xiàn)控制的自動化。根據(jù)開環(huán)電子控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別進行分析、判斷，在你認為