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技术与设计2
第四单元 控制与设计
本章教材分析：能结合一定的事例，理解控制的含义及其在生活和生产中的应用。
2、能够分析典型的案例，了解手动控制和自动控制，熟悉
第一节 系统的结构（1课时）
一、教材分析
[教材给出的学习目标]
理解控制的含义。
了解控制的手段。
理解控制在生活和生产中的应用。
[教材分析]
本节教材由1.控制的手段，2.控制的应用，等2小节组成。
本节的关键词是：控制、控制现象、控制目的和控制手段、人工控制和自动控制。
本节以自然界事物的发展与变化的多种多样引入，通过大禹治水、射手射击等控制的事例，说明人们要实现自己的意愿或目的，就要通过一定的控制手段。在教学控制的手段和控制的应用等内容时，应注意从身边的事例和现象入手，让学生了解控制的对象，控制的目的，采取怎样的手段实现控制，以及控制在生活和生产中得到 的广泛应用。通过控制在人们日常生活和生产中运用的实例分析，使学生进一步理解控制在生活和生产中应用的广泛性和重要性。
二、学情分析
本学期，高二学生对技术的一些基本特性有所了解和掌握，他们对控制知道一些，但是对于控制对象、目的、手段知道的有所限制，对于控制的理解不够深入。
三、教学目标
1、知识与技能：知道事物发展与变化的多样性；理解控制的含义；明确控制更象中的控制对象、控制目的和控制手段；了解控制有人工控制和自动控制。
2、过程与方法：通过分析典型的案例，理解控制和控制现象；了解控制在生活和生产中的应用。
3、情感态度与价值观：对控制技术产生强烈的兴趣和好奇心，并把它转化为对后续知识学习的动力。总的目标是使学生具有初步的理解、使用和评价控制技术的能力，其技术素养得到相应的提高。
四、教学重难点
教学重点：控制的含义；控制现象的要点；控制对象、控制目的和控制手段。
教学难点：控制在生产和生活中的应用；列举控制应用的例子，并说明自己对它们的理解。
五、教学方法
　　讲授法、讨论法、案例分析法、对比分析法。
六、教学准备
1、教具：台灯、自制投影片
2、教学设备：电脑，投影仪
七、教学过程：
1、导入
【师：】：提线木偶、皮影戏是我们中国传统的民间文艺项目，现在我们大家一起来欣赏一段“提线木偶戏”视频的欣赏。
【师：】小猴子如何表演各种动作呢？（生：表演者的控制）在我们日常生活中经常会听到“控制”这个词，那同学们你们能说出几个来吗？
生：（略）
【师：】 控制在社会生活中无不存在。是普遍存在。玩飞镖时要控制手的方向、骑自行车、使用电风扇、空调、农田灌溉……（用一些典型的、生活中的例子让学生了解控制是普遍存在，对控制有初步的认识，打破其神秘感。）
【师：】我们可以看到：控制并不是人类的天外来客，它从古至今都渗透在我们的生产和生活的方方面面。理解控制，善于控制，已经成为我们每个人日常生活中不可缺少的基本能力。
2、新课讲授
【师：】那么在生活和生产中，人们为什么要研究和应用控制呢 事物的发展与变化具有多样性。
生：P96 马上行动
【师：】事物的发展结果可能是人们预先希望的，也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必须借助适当的手段来实现。
那么，运用什么手段来实现呢？下面大家阅读一下书上P96的案例分析，看看大禹是借助怎样的手段治水的？
【师：】阅读P96案例分析，思考问题。
大禹和他父亲的目标是什么？
这个时间的对象是什么？
他们分别采取了什么手段？
结果一样吗？
那么大禹治水这个事件叫控制现象吗？他父亲治水这个事件呢？
【师：】像大禹这样，为了达到一定的目的，通过了适当的手段，使事物朝着自己期望的方向发展的过程就叫“控制”。
PPT 展示 “控制”的定义（引入控制的概念）
1）控制的涵义
控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。（在我们的生活中，存在着各种各样的控制现象：比如很多同学每天都是骑着自行车来上学的，在行车过程中，我们通常要控制自行车的速度，方向，遇到红灯等情况还需要控制刹车减速。）
*问：在自行车中存在哪些控制现象？
生：（略）刹车控制、速度控制、方向控制
【师：】从刚才大禹治水的事例我们知道，控制有它的目的，手段和对象。
举例说明 （大禹治水、电风扇、人力车）
（自行车的方向控制问题，其控制的对象是自行车，控制的目的是为了改变方向，控制的手段是汽车人通过双手转动车把改变前轮的方向并带动后轮。）
所以说，理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采用什么控制手段。
PPT 展示控制的“三要素”
那么同学们你们能不能例举一下我们的生活中有哪些控制现象，能否找出它的“三要素”
生：寻找自己身边的控制现象，明确它的目的，对象和手段.
P97 马上行动
控制手段的分类
师：控制的实现需要通过一定的手段，那么到底有哪些类型的控制呢？
在过去或者是有些特定的时候，控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的，我们称之为人工控制。
PPT 展示有关人工控制的图片
随着科学技术的发展，控制手段得到了迅速发展，出现了自动控制。这种控制是在无人参与的情况下，使得事物的变化准确地按照期望的方向进行。
PPT 展示有关自动控制的图片
师：那我们刚才例举的控制现象中哪些是人工控制，哪些又是自动控制呢？
自动控制：洗衣机，冰箱，电风扇，电视机。
人工控制：拖地板，骑自行车。
随着科技的进步，许多以前是手工控制的正在向自动控制演变。
PPT 展示一些有过去手工控制向现在自动控制演变的事物的图片。
生：阅读P98案例分析\
师：其实控制手段的分类并不是唯一的，我们还可以按照执行部件的不同分为机械控制，气动控制，液压控制，电子控制等。
举例说明：PPT 展示图片
机械控制：自行车的制动系统
气动控制：公共汽车的自动门
液压控制：三峡大坝的船闸控制系统
电子控制：学校的音乐铃声等。
控制的应用
师：控制的应用自古就有，在近代得到了迅速的发展，它涉及社会生产，生活的各个领域。我们可以用两个词来概括它：广泛性，重要性。
PPT 展示 工业生产领域控制的应用（汽车自动装配生产线，汽车喷漆房）
PPT展示 农业生产领域控制的应用
PPT 展示军事国防领域控制的应用
PPT 展示社会生活领域控制的应用
PPT 展示日常生活领域控制的应用
3 小结：
1、控制是普遍存在。要求学生能列举事例。
2、控制的涵义（对象，目的，手段）。要求学生在理解的基础上掌握好其控制的涵义。
3、控制的广泛应用。
本节课主要内容：系统的含义，构成系统的三要素。构成系统的三个要素与系统的含义的关系。
课后反思：
本节课在讲授时，使用视频进行引入，起始学生的兴趣较高，但是本节课理论性的内容较多，在后面讲授到控制分类时，学生反应平淡。因此，在后面补充此教案时，要重点放在教学内容的后半段。
第二节 控制系统的工作过程与方式（2课时）
教材分析
教材给出的学习目标
1）分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
2）熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用。
2、教材分析
本节由“1、控制系统”、“2、开环控制系统”、“3、闭环控制系统”等3小节组成。
控制目的的实现是控制系统直接作用的结果。控制系统通过控制达到预期的目的。根据控制方式的不同，控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
通过游泳池注水、自动门等案例的教学，学生可以理解开环控制系统的特点是输出量直接受输入量的控制；从游泳池的水位控制案例可以理解闭环控制系统的关键是增加了一个能对输出量进行检测的装置，使输出量能反馈到输入端并与给定量比较，从而使输出量稳定在给定的范围之内。
二、学情分析
学生对生活中的控制了解的很多，但是对于控制中的给定量与输出量上的认识有一些偏差。学生对于控制知道的多，但是却不能很好的表达出来。因此对于本节的内容要选择学生熟悉的安全进行分析，并注意形象直观化，最好有实物或模型。
三、教学目标
1、知识与技能：熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程；熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图；理解闭环控制系统中的控制器、执行器的作用；初步理解开环与闭环系统的区别
2、过程与方法：经历“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，与同学和老师充分沟通和交流，将前面所学的结构、流程、系统与控制的基本知识应用于具体问题的分析，发展创新精神。
3、情感态度与价值观：提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望，并能保持积极审慎的态度。
四、教学重难点
教学重点： 控制系统的构成；开环系统与闭环系统的构成与判断。
教学难点： 开环系统与闭环系统的判别。
五、教学方法
　　讲授法、讨论法、案例分析法、对比分析法。
六、教学准备
1、教具：台灯、自制投影片
2、教学设备：电脑，投影仪
七、教学过程：
1、导入
【师：】前面我们学习了控制的定义：控 制 是人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展。
那么在我们大家生活中遇到的控制现象，它们是如何工作的呢？今天我们一起来学习 第二节 控制系统的工作过程与方式 （板书）。
新授
A 控制系统
【师：】前面我们在了解有关自行车的控制时，知道自行车中有许多的控制现象。那么，如何控制自行车的行走呢？
（1）自行车行走的控制
（2）电风扇的风速控制
电风扇风速的挡位 电机 扇片 电风扇的风速
（输入） （输出）
***控制系统：任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输入和输出之间有一定的对应关系。
（3）例1：如：电子门铃的控制系统
输入：用手按动按钮开关,输入一个触发信号
控制(处理): 音乐集成电路经过触发后工作,产生一组载有”音乐”的电信号.
输出: 扬声器将电信号转变为音乐声.
***控制系统的基本特征：一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）
（4）马上行动：P102马上行动
是否属于控制系统 输入 输出
电饭煲 是 做饭指令 锅内的温度
脱粒机 是 启动指令 脱粒机脱粒的量
红外线自动水龙头 是 人手的红外信号 出水量
B开环控制系统
（1）观看视频“超级连环机关”，注意观察视频中有哪些控制装置（控制系统），其输入和输出各是什么？
（2）控制系统分类
开环控制系统 闭环控制系统
（3）例1：游泳池注水（观看视频）
一般情况下，一池水需要很长的时间才能灌满，如果由人工控制整个注水过程，很费时间 。如果进水管的进水量是均匀的，游泳池中的水位高度与进水的时间是一一对应的。我们可以在注水口处装一个定时器，通过定时器来控制注水过程（时间）。
设定注水的时间-----定时器-----进水阀门-----游泳池-----游泳池的水位
（4）开环控制系统的定义：像这样信息只从输入端传递到输出端，没有信息反馈的控制系统，称为开环控制系统。
（5）例2：自动门的控制系统（观看视频）
体会其工作过程。
（6）开环控制系统的表达：
在控制系统中，常用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图。
输入量---控制器---执行器-(控制量)-被控对象----输出量
开环控制特点：系统的输出量受输入量的控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。（比如开灯）
（7）例3以声控电灯为例写出控制过程方框图
（8）马上行动： P104
音乐喷泉的控制：
输入信号：随着音乐节奏而改变的电信号
输出信号：和着音乐节奏时起时伏、时缓时急的喷泉水流
公共汽车车门的开关控制：
开关信号
C学生活动：希罗的自动门
要求：阅读材料，试着写出该控制系统的工作方式
D体验开环控制系统：要求学生完成P105页的纸猴。1）. 说明纸猴的制作要求和制作步骤 2）. 指导学生观察拉动线绳，纸猴表情的变化（图略）
八、教学反思
本节课讲授的内容是控制系统的工作过程与方式，学生对工作过程有些不理解，对于控制系统的表达方式容易出现的问题是：不使用方框，对于找控制器与执行器有些困难。
（二）第二课时
一、问题引入：
【师】：上节课，我们讲到游泳池的注水，使用定时器，会有什么样的缺陷呢？（演示）
【生】：无法控制具体的注水量。
【师】：现在我们再看看游泳池的注水控制的改进
（演示）
新授：闭环控制系统
1、定义：把系统的输出量返回到输入并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。
（展示视频曝歼-11导弹制导画面 百公里外射入山洞）
2、学生活动：
1）找出身边开环电子控制系统和闭环电子控制系统的例子。
开环控制系统：电熨斗、电子门铃、电子调光台灯、电子手表、程序控制洗衣机、带遥控电视机
闭环控制系统：空调机、电冰箱、智能电饭煲、现代化农业温室
（2）闭环电子控制系统与开环电子控制系统相比有什么优点？
闭环电子控制系统具有监测和反馈功能，可以提高控制的精度，而且实现控制的自动化。
根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、判断，在你认为正确的表格中打
㏒ 琰茞 开环电子控制系统 闭环电子控制系统
电子表
电取暖系统
空调
程序控制洗衣机
可调亮度的台灯
智能洗衣机
电热水器
分析以下是开环还是闭环，并写出框图
家用缝纫机的缝纫速度控制系统：
电冰箱的温度控制系统
走道路灯的声光控制系统
白天或夜晚光线较亮时，声控部分不起作用。当光线较暗时，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号的强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。
交通路口红绿灯自动控制系统.
4、小结
本节课主要通过与开环的比较讲授闭环控制系统，学生对于区别开环与闭环有点困难，对于什么情况下有反馈有些分不清楚，
三、教学反思
本节课的讲授效果明显比上一节课好。上课起始给学生放了一个视频“郁闷的自动门”，让学生提起精神。后面讲解到闭环控制时，给学生放了视频“曝歼-11导弹制导画面 百公里外射入山洞”。对于理科班的学生而言，男生较多，他们对这个视频比较感兴趣。。

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