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《闭环控制系统的设计与实施》说课稿

一、 说教材
（一）教材地位与作用
这一节“控制系统的设计与实施”是苏教版《技术与设计2》第四章“控制与设计”全单元教学内容的综合与总结，它既是控制知识的实践过程，又是控制思想方法集中体现，也是学生技术素养的一种体现。
“控制系统的设计与实施”由“控制系统设计的一般思路”和“控制系统的设计与实施案例”两部分组成，前者是后者的基础。“控制系统设计的一般思路”内容关注学生的控制系统设计分析能力培养，通过学习明确所设计的控制系统的要达到的目的，被控对象的特征，被控量、控制量分别是什么等，能形成初步控制系统设计方案，掌握控制系统设计的基本方法和形成设计的一般思路。“控制系统的设计与实施案例”则侧重于控制系统的设计、模拟实施，调试运行，改进方案等。
（二）教学目标
1.知识与技能：
﹙1﹚.区别开环控制系统与闭环控制系统。
﹙2﹚掌握控制系统设计的一般思路。
﹙3﹚了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图。
﹙4﹚通过案例学习与分析，形成初步闭环控制系统的设计方案。
2.过程与方法：
通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。
3.情感、态度与价值观：
（1）通过对闭环控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。
（2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。
（三）教学重点
区分开环控制系统与闭环控制系统
控制系统设计的一般思路
闭环控制系统的简单设计
（四）教学难点
闭环控制系统的简单设计
二、说教法
1．说教学理念
“技术课程立足于学生的直接经验和亲身经历，立足于‘做中学’和‘学中做’”。课堂教学以控制系统项目分析、设计为主线，创设情境，强调学生的全员参与和全程参与的教学理念，提倡学生的亲手操作、演示、亲历情境、亲身体验进而获得情感态度、价值观以及技术能力的发展。
2．说教学方法与手段
坚持“以学生为主体，以教师为主导”的原则，根据学生的心理发展规律，采用学生参与程度高的学导式讨论教学法。以教具演示及情景教学为辅，根据学生学情，创设真实控制系统设计情境，创学生的最近发展区，在学生参与活动基础上，在老师启发引导下，运用问题解决式教法，问答式，课堂讨论法，引导学生进行设计交流、探究并分析、归纳、推理，逐步形成自己的控制设计方案，改变满堂灌式教育及学生被动接受的方式，将更多的时间留给学生，转变学与教方式，努力体现学生的主体性。
三、说学法
学生学习的过程实际上就是学生主动获取、整理、贮存、运用知识和获得学习能力的过程，因此，我觉得在教学中，指导学生学习时，应尽量避免单纯地、直接地向学生灌输某种学习方法。有效的能被学生接受的学法指导应是渗透在教学过程中进行的，在本节课的教学中主要渗透以下几个方面的学法指导。
1.创设解决问题情境，通过教具演示，让学生亲自经历对控制系统案例观察、分析、推理、归纳的过程，引导学生以可靠的事实为基础，经过探究初步形成控制系统设计的一般思路，从而使学生领悟到把可靠的事实和深刻的理论思维结合起来的特点。
2.让学生情境问题中探究观察和分析现象，从而得到知识构建，能力的培养。
3.在指导学生解决问题时，老师要给学生多点拨、多启发、多激励，要不断地寻找学生思维和操作上的闪光点，引导学生通过猜测、尝试、质疑、比较、发现、推理总结等探究环节，从而克服畏难情绪消极影响，促进能力的提升。
四、说教学流程
为了能够设计科学合理的流程，解决教学重点突破教学难点，课堂教学准备按以下环节展开。
1.情景导入
给出课题：闭环控制系统的设计与实施。引出新知，激发学生的学习兴趣。让学生进一步明确控制系统的普遍性。教师点出：在日常生活中，控制系统十分的普遍，并且具有十分重要的实践意义，比如：教室里的风扇，升降屏幕以及电冰箱，电视机，自来水水塔注水等等。
2.授新分析、实践操作
⑴教师试验演示：
水塔注水控制装置：人工定时注水与自动注水装置
教师演示实验，通过画方框图并总结，通过演示实验，让学生进一步明确开闭环之间的区别，通过对水塔自动注水的例子的分析，可以更好地进行闭环控制系统的设计的学习。
⑵教师明确：控制系统的设计要明确的问题?；闭环控制系统设计需满足的基本要求；学生进一步分析控制系统设计的基本思路，使知识点得到进一步巩固。
⑶闭环控制系统的设计
运用抽水马桶水位自动控制的案例与学生共同探究其工作原理以及闭环控制系统的设计思路。这个案例在分析中，让学生自己去看书学习，通过相互的讨论、探究请学生走到讲台自己讲解，让他们主动学习，主动探究，更好的巩固知识点，同时也体现了学生的主体地位。在明确控制系统的设计要求时，学会画方框图，以此加深对闭环控制系统的掌握。
通过探讨水箱的节水方案，以此拓展学生的思维，对本课的重点知识也做进一步巩固。这一环节也是对闭环控制知识体系的一种拓展，也是本节课的亮点。
3. 分析总结?：开闭环控制系统的区别；控制系统设计需满足的基本条件；学会画出该闭环控制系统的方框图
《闭环控制系统的设计与实施》教学设计

一、教学目标
1.知识与技能：
﹙1﹚区别开环控制系统与闭环控制系统。
﹙2﹚掌握控制系统设计的一般思路。
﹙3﹚了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图。
﹙4﹚通过案例学习与分析，形成初步闭环控制系统的设计方案。
2.过程与方法：
通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。
3.情感、态度与价值观：
（1）通过对闭环控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。
（2 ) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。
二、教学重点
1.区分开环控制系统与闭环控制系统
2．控制系统设计的一般思路
3.闭环控制系统的简单设计
三、教学难点
闭环控制系统的简单设计
四、教学方法
讲授、讨论、小组合作、试验演示
五、设计思想
1. 教材分析
本节是前几节知识的总结与应用。控制系统设计的一般思路是这一节的重点，也是难点。在设计中，只有对系统的组成部分及其相互关系分析清楚了，才能进行设计。鉴于学生对本章节没有基础的特点，要把一些知识点直接的铺开给予学生讲解，只有这样，才能把一节课的内容很轻松的给予学生。
2. 学情分析
因为所教授的学生对第四章的内容没用基础，所以在讲闭环控制系统的设计时 ，要让学生明确开环与闭环控制系统的区别，然后进一步学习系统设计的一般思路。学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过对闭环控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验和生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。
3. 策略
提出一个生活中时常会遇到的问题，在学习和阅读了相关内容后针对这一问题的设计要求进行具体设计并制作成动画或者模型，在学生自己设计和制作的过程中达到突破难点，实现教学目标的目的。
本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计如下：
（1）通过给出的课题，给学生例举生活中的控制事例，让学生感受控制现象的普遍性。
（2）教师根据水塔注水的试验演示，给学生讲解闭环控制与开环控制系统的区别。
（3）与学生共同学习设计的一般思路，并用水塔注水的事例进一步巩固设计思路。
﹙4﹚与学生共同探讨案例：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计，并通过学生自学的基础之上，试着提出关于节水的改进方案。
六、教具准备
水塔注水实验装置，课件。
七、教学过程
（一）导入新课：
请学生例举生活中的控制现象。
学生回答
教师点出：在日常生活中，控制系统十分的普遍，并且具有十分重要的实践意义，让学生进一步明确控制系统的普遍性。比如：教室里的风扇，升降屏幕以及电冰箱，电视机，自来水水塔注水等等。
给出课题：闭环控制系统的设计与实施。
（二）讲授新课：
1.教师演示并讲解水塔的两种抽水控制装置的控制过程：
（1）定时抽水实物模型1(定时器控制)的控制效果：设定间隔时间和抽水持续时→启动→过一段时间后开始抽水→抽水持续一段时间后停止抽水
（2）自动抽水实物模型2（闭环控制）的控制效果：水塔放水→当水塔水位降低到一定水位，开始抽水→当塔水位上升到一定水位，停止抽水。
请学生到黑板上画出方框图，并让学生区分开环与闭环控制系统。
展示水塔自动控制抽水的全过程。
2.控制系统设计的一般思路：
3.闭环控制系统的设计：
明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量，即可考虑控制系统的方案；
案例：抽水马桶（看动画演示）
观察抽水马桶动画的演示，阅读教材，陈述其工作过程。提出下列问题：
（1）被控对象是什么？
（2）控制目的是什么？
（3）被控量是什么？控制量是什么？
（4）为什么采用闭环控制方式？
（5）被控量与控制量之间是如何实现反馈的？
（6）试着画出方框图
学生讨论回答。
请学生根据自己的理解，到讲台屏幕上讲解抽水马桶的工作原理。
（7）如果要节约用水，减少水箱每次冲水量，你能设计哪几种方案？
学生讨论回答。
（三）课堂小结：
对本节课知识点进行总结，对学生在课堂中的表现给予肯定。尤其是在讲台上讲解的学生要给与充分的鼓励。
课件14张PPT。闭环控制系统的设计BLUE CONCISE GRADUATION REPLY TEMPLATE水塔的注水控制定时器注水控制有什么缺陷？水塔的注水控制的改进一 控制系统设计的一般思路系统要达到的目标？
控制的对象？
被控对象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干扰因素？
怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？
设备和元件？二 闭环控制系统的设计 不同的闭环控制系统用于实现不同的控制目的，要求往往也不一样。对于简单的闭环控制系统，有以下基本要求： 1、一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。
当干扰因素出现时，输出量发生偏离，系统通过动态调整使被控量回到平衡状态。二 闭环控制系统的设计 2、控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。
二 闭环控制系统的设计3、闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
案例分析：设计要求：
当水箱水位低于某一指定高度时，进水口立即进水。
当水箱水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。
控制系统对控制精度和系统的稳定性均没有特别要求。抽水马桶水箱的自动控制系统的设计设计分析：
从设计要求来看，当进水使得水箱水位达到一定高度时能自动停止进水，因此我们选择闭环控制系统。
被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进进水量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系。
主要干扰因素是水箱的出水流量。方案构思：
采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱水位达到水箱的某个高度时，水位差为零，进水阀关闭。水箱水位控制过程：
波动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，知道指定水位时，进水阀关闭。
抽水马桶水箱自动控制系统示意图.exe抽水马桶水箱的自动控制系统的设计讨论
在上述案例中，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪几种方案？抽水马桶水箱的自动控制系统的设计讨论
在上述案例中，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪几种方案？《闭环控制系统的设计与实施》教学设计

教　　材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2）
文档内容：闭环控制系统的设计与实施
章　　节：第四单元　控制与设计 　第四节　控制系统的设计与实施
课 时：第2课时
一、教学目标
1.知识与技能：
﹙1﹚.区别开环控制系统与闭环控制系统。
﹙2﹚掌握控制系统设计的一般思路。
﹙3﹚了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图。
﹙4﹚通过案例学习与分析，形成初步闭环控制系统的设计方案。
2.过程与方法：
通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。
3.情感、态度与价值观：
（1）通过对闭环控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。
（2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。
二、教学重点
区分开环控制系统与闭环控制系统
设计一个控制系统应明确的问题，对控制系统的基本要求。
三、教学难点
设计一个控制系统应明确的问题的分析，控制系统设计的思想方法。
四、教学方法
讲授、讨论、小组合作、试验演示
五、设计思想
1. 教材分析
本节是前几节知识的总结与应用。控制系统设计的一般思路是这一节的重点，也是难点。在设计中，只有对系统的组成部分及其相互关系分析清楚了，才能进行设计。鉴于学生对本章节没有基础的特点，要把一些知识点直接的铺开给予学生讲解，只有这样，才能把一节课的内容很轻松的给予学生。
2. 学情分析
因为所教授的学生对第四章的内容没用基础，所以在讲闭环控制系统的设计时 ，要让学生明确开环与闭环控制系统的区别，然后进一步学习系统设计的一般思路。学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过对闭环控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验和生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。
3. 策略
提出一个生活中时常会遇到的问题，在学习和阅读了相关内容后针对这一问题的设计要求进行具体设计并制作成模型，在学生自己设计和制作的过程中达到突破难点，实现教学目标的目的。
本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计如下：
（1）通过给出的课题，给学生例举生活中的控制事例，让学生感受控制现象的普遍性。
（2）教师根据水塔注水的试验演示，给学生讲解闭环控制与开环控制系统的区别。
（3）与学生共同学习设计的一般思路，并用水塔注水的事例进一步巩固设计思路。
﹙4﹚与学生共同探讨案例：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计，并通过学生自学的基础之上，试着提出关于节水的改进方案。
六、教学准备
水塔注水实验装置，课件。
七、教学过程
　
教学
环节
师生活动
设计意图
导入
给出课题：闭环控制系统的设计与实施。教师点出：在日常生活中，控制系统十分的普遍，并且具有十分重要的实践意义，比如：教室里的风扇，升降屏幕以及电冰箱，电视机，自来水水塔注水等等。
引出新知，激发学生的学习兴趣。让学生进一步明确控制系统的普遍性。
新
课
讲
授
试验演示：水塔注水控制装置
1．人工定时注水 2．自动注水装置
教师演示实验，通过画方框图并总结：


一、控制系统的设计要明确的问题??
??????◇系统要达到的目标？
??????◇控制的对象是什么？
??????◇被控对象的特性？
??????◇确定被控量和控制量？
??????◇找出控制系统的干扰因素，分清主次，找出最大的干扰因素是什么？
??????◇采用什么方案既达到目的、又经济、易于实现。选择开环还是闭环要根据控制系统的精度要求和条件的可行性而定。
??????◇选择设备和元件。执行器和检测装置的选择: 一是要根据控制量和被控量的需求，二是根据控制条件。
二、闭环控制系统设计需满足的基本要求:
◇一个闭环控制系统要想正常工作，首先必须是稳定的。
◇控制系统的控制精度必须符合要求。
◇闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
????????????以水塔自动注水为例，巩固设计要明确的问题?。
学生讨论回答。﹙鼓励学生大胆发言﹚
三、闭环控制系统的设计
案例：抽水马桶水位自动控制
设计要求：当水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。
设计分析：
根据设计要求，选择闭环控制系统。被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进进水量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系，主要干扰因素是水箱的出水流量。
方案构思：﹙请学生到讲台前试着讲解，教师补充﹚
采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱水位达到水箱的某个高度时，水位差为零，进水阀关闭。
控制系统方框图：﹙请学生动手画，教师补充﹚
控制过程：转动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。﹙幻灯片动画演示﹚
讨论：在上述案例中，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪几种方案？
学生分组讨论回答。
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通过演示实验，让学生进一步明确开闭环之间的区别，可以更好地进行闭环控制系统的设计。
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明确控制体统的设计思路，为学生进一步的闭环控制的设计做好铺垫。?
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通过对水塔自动注水的例子，学生进一步分析控制系统设计的基本思路，是知识点得到进一步巩固。
在这个案例分析中，让学生自己去看书学习，通过相互的讨论、探究请学生走到讲台自己讲解，让他们主动学习，主动探究，更好的巩固知识点，同时也体现了学生的主体地位。
学生在明确控制系统的设计要求时，学会画方框图，以此加深对闭环控制系统的掌握。
通过探讨水箱的节水方案，以此拓展学生的思维，对本课的重点知识也做进一步巩固。
小结
1.?开闭环控制系统的区别
2. 控制系统设计需满足的基本条件
3. 学会画出该控制系统的方框图
巩固本节课内容

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