资源简介

教学设计
课程基本信息
学校 学科 通用技术
课题 控制系统的设计与实施
教科书 书 名：通用技术必修《技术与设计2》 出版社：江苏凤凰教育出版社
教学内容分析
本节内容是《控制及其设计》这一单元的最后一节，主要聚焦于“控制系统的设计与实施”。学生已经学习了控制的基本概念、开环与闭环控制系统的特点以及控制系统的组成要素之后的综合应用环节。这一节的核心在于将理论知识转化为实际操作能力，引导学生通过系统化的步骤完成一个控制系统的完整设计与实施过程。 作为单元的总结性内容，本节不仅巩固了前面所学的理论知识，还通过实践操作提升了学生的动手能力和创新思维，为学生后续学习更复杂的控制系统设计奠定基础。
教学目标
1.了解控制系统设计的一般思路和步骤；根据控制系统的要求，确定被控量和控制量；初步形成控制系统设计方案。 2.通过基础的搭建操作逐步熟悉各元件之间如何正确连接和程序的上传过程，形成一定的实践经验。在有一定操作能力的基础上，进行自主设计并搭建控制系统。能对所搭建的控制系统进行调试并安装。通过AI辅助完成对小组作品和学习情况的综合评价。完成对知识的迁移和动手能力的培养。 3.激发学生对通用技术课程的兴趣，培养学生的工程思维和创新意识；通过AI技术的应用，让学生感受到技术发展的魅力，增强对科技的热爱。并懂得恰当使用新技术并不依赖新技术，培养对待技术理智负责的态度
学情介绍
本节课的授课对象是高一年级学生，他们在学习《控制及其设计》这一单元之前,已经掌握了控制系统的组成要素，包括被控对象、传感器、控制器、执行器等，并且对开环控制和闭环控制的基本原理有了初步的理解。能对常见的控制系统有一定的感性认识，如：声控灯、自动门等，但缺乏系统化的设计思维，对于如何将这些知识应用到实际控制系统的设计中还存在一定的困难。学生对这一章节的学习内容兴趣较高，但电路搭建、组装的实际能力较弱。学生需要通过具体实践操作来加深对控制系统设计的理解，将抽象的理论知识转化为实际操作能力。
核心素养
技术意识：学生能够在技术活动的过程中，从系统目的入手，准确切入，在明确控制目的的同时对整个控制系统有全局意识。通过本节课的学习，学生将理解控制系统的原理和应用，形成对技术的理性态度。 工程思维：学生需要运用系统分析的方法，识别技术问题的特性和细节，明确制约条件和各种影响因素，提出可能的解决方案。 创新设计：学生能够发现用户的多方面需求以及需求之间的关联性，分析需要解决的技术问题，培养创新思维。 图样表达：学生能够准确判断系统方框图的各个组成部分，这有助于学生更好地理解控制系统的工作原理，还提升他们的技术表达能力。 物化能力：学生能够将设计的控制系统方案通过实际操作进行物化，包括搭建控制系统装置、进行调试运行和综合评价。通过动手实践，学生能够将理论知识转化为实际操作能力，增强对技术的理解和应用
教学方法和手段（含智慧教学方法）
任务驱动法：针对不同层次的学生，设计差异化的教学任务 小组合作探究法：通过小组合作的方式，让学生在设计控制系统时相互协作、共同解决问题 利用AI辅助提升学生的创新设计能力
教学重难点
教学重点：设计一个控制系统应明确的问题，如控制目的、被控对象特性、被控量与控制量的确定等。控制系统方案的选择及开环控制系统的搭建、调试、运行。 教学难点：如何借助AI技术，完成这节课的学习情况及作品的综合评价。思考AI技术在学习中的作用和潜力，形成正确的技术观。
教学准备
教学环境：多媒体教室、学生用电脑 教学资源：学习任务单、Arduino电子元件套盒
教学环节与学习活动设计
教师活动 学生活动
环节一 情境导入，提出需求
教师展示学生之前完成的结构作品，如手机支架、阅读书架、实验器材支架等。 提问：“同学们，这些作品在实际使用中是否还有可以改进的地方？” “如果我们要为这些作品增加一些智能控制功能，你们认为可以增加哪些功能？” 结合控制及其设计的内容，思考可以增加的功能，并记录讨论结果。
设计意图：通过情境导入，激发学生对控制系统设计的兴趣。引导学生结合控制及其设计的内容，思考如何对原有作品进行功能升级，培养学生的创新思维和问题解决能力。
环节二 知识衔接与应用。理解控制系统设计的思路
回顾对这一单元前面所学知识，对于控制案例的分析。包括控制系统的组成、开环控制与闭环控制的特点等。 老师演示利用AI生成的思维导图，帮助学生梳理知识框架。 进一步明确：控制系统设计的一般思路和步骤， 包括：明确控制目的、分析被控对象特性、确定被控量和控制量、选择控制系统方案、分析干扰因素、调试运行和评价等。 在学习任务单的辅助下，小组合作讨论完成一个简单的控制系统的设计方案，感受AI应用的便捷
设计意图：回顾前面所学的控制系统知识，帮助学生梳理知识框架，巩固基础。利用AI生成的思维导图，直观展示知识结构，便于学生理解和记忆。在此基础上引导学生去理解控制系统设计的一般思路和步骤，让学生完成初步的设计方案
环节三 活动任务实施，实践操作
搭建 实践任务一：控制系统的搭建活动 同学们根据学习任务单的内容，搭建一个简单的距离提醒装置。准备元件： Arduino板+扩展板、红外传感模块、蜂鸣器、杜邦线、DC电池盒； 连接方式： （Arduino板已提前上传好程序。针脚接错会失败） 实践任务二：控制系统的功能扩展 在前面搭建好的基础上，增加一个小灯提醒功能。LED灯珠该接在哪里？打开老师给的程序，根据程序思考并上传该程序到Arduino板 补充准备：LED灯珠 程序更新，演示mind+程序编辑上传软件。 调试、安装 硬件搭建以及软件测试成功后，如不再修改，就可以把电子元件安装在之前制作好的手机/平板支架上。 准备安装材料：海绵胶、透明胶（为了方便今后的再次使用，安装方式选择容易解开的） 评价 结合AI应用，如：DeepSeek、豆包或KIMI，与人工智能对话，完成今天学习内容评价。 老师可以引导、演示如何使用恰当的提示词去得到不同维度的评价内容。 同学们先熟悉Arduino板+扩展板的性能以及和元件间的连接方式。 小组根据学习任务单的辅助完成第一层次的活动。 同学们学会分析程序含义。逐步熟悉软件编写和上传。 结合以往的经验和知识完成安装。 尝试和AI对话，从本单元学习的内容出发，围绕设计、制作使用等方面得到AI的指导。
设计意图：通过实践操作，让学生逐步熟悉控制系统搭建和软件的上传过程，形成一定的实践经验。在有一定操作能力的基础上可以按照自己设计方案的方案搭建控制系统。培养学生的动手能力、问题解决能力和创新思维。同时引入AI应用，让学生了解AI技术在控制系统设计中的创新作用。
环节四 成果展示
搭建的成品--功能实现效果 学习成果评价—结合这节课的学习情况及作品完成度进行评价 功能的拓展—在AI辅助评价下，打算有哪些新的尝试 通过展示，完成自我评价和他人评价。结合评价内容不断完善作品
设计意图：让学生有机会展示他们的实践成果，分享设计思路和创新点。这一环节不仅能够增强学生的成就感和自信心，还能通过评价和反馈，帮助学生发现不足，进一步完善设计方案，提升实践能力和创新思维。
环节五 课堂总结与课后拓展
了解控制系统设计的一般思路和步骤；根据控制系统的要求，确定被控量和控制量；初步形成控制系统设计方案。 通过完成不同难度的控制系统搭建任务，逐步熟悉Arduino电子元件套盒中各类电子元件的使用。 能够根据所设计的控制系统方案，搭建一个控制系统装置或模型；完成对知识的迁移和动手能力的培养。 借助AI辅助，完成对这节课的学习情况及作品的综合评价。思考AI技术在学习中的作用和潜力。感受到技术发展的魅力，并懂得恰当使用新技术并不依赖新技术，培养对待技术理智负责的态度 如果能顺利完成前面两项任务，课后继续挑战。 根据设计需求，设计搭建控制系统 提供的可选择原件：超声波/湿感/光线传温器/超声波 （学生可以根据教师给出的已有程序，去进行搭建。或借助已有编程知识修改已有程序） 系统的梳理本节课的知识内容。为学生后续学习更复杂的控制系统设计奠定基础。 对于这节课完成度较好的小组，鼓励他们根据设计需求来搭建控制系统
板书设计：控制系统的设计与实施
根据情境需求、提出设计要求
知识回顾与衔接
根据实践条件完成初步的设计
逐步熟悉控制系统的搭建
尝试自主设计搭建控制系统
调试、安装形成完整的作品
展开评价：学习情况、作品完成度

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