资源简介

通用技术教学设计
年级 高二年级 教科书版本 及章节 广东教育出版社 广东科技出版社 必修二《技术与设计 2》第四章
课题 第三节 简单控制系统的设计(第 1 课时)
课型 新授课 执教人
1. 教学内容分析 本节是粤科版通用技术必修二《技术与设计 2》第四章控制及其设计第三节简单控制 系统的设计。本节课是本章的核心知识之一，内容包括控制系统设计概论、根据控制系 统的控制要求， 确定被控量、控制量， 根据《普通高中通用技术课程标准（2017 年版 2020 年修订）》要求， 学生应学会进行简单的控制系统的方案设计， 能根据方案设计要求搭建 一个简易的控制系统装置，并调试运行和综合评价，提出改进方案。 结合教材内容，本课的教学重点放在系统设计的步骤、简单控制系统的模型搭建和 系统测试上。
2. 学习者分析 通过第一节了解控制和第二节控制系统的组成与描述的学习，学生对控制系统的概 念和基础知识以及描述已经有了一定的认识和理解，但是还不具备使用控制系统的知识 解决实际问题的能力。本节课通过生活中常见的产品-感应水龙头控制系统的分析与实 践，让学生掌握简单控制系统的设计步骤和方法，学会制订控制系统的设计方案，运用 控制系统设计的知识解决实际问题，达到学以致用的目的。
3. 学习目标确定 技术意识：能够结合具体案例进行分析，养成撰写简单控制系统设计方案的意识和 能力。 工程思维：通过本组控制系统设计案例的分析，理解简单控制系统设计的基本流程， 领悟控制思想和方法在具体技术实践活动中的运用。能基于控制原理和系统分析方法将 案例中各部件之间的关系通过控制系统框图表达出来，形成实际的工程意识和思维。 创新设计：能根据案例情境要求和现有条件限制，提出一个或多个设计方案，进行 简单的技术实践活动。 图样表达：能阅读常见的技术图样，绘制简单的控制框图表达与交流控制系统的组 成和控制过程。 物化能力：能根据方案设计要求，选择合适的材料和工具，并将方案转化为模型或 原型，且根据实际需要对已有模型或原型进行改进和优化。逐渐形成物化过程中严谨细 致、精益求精的工作态度。
4. 学习重点难点 重点： （1）掌握简单控制系统设计的一般方法和步骤； （2）制订控制系统的设计方案； （3）开环控制系统、闭环控制系统的模型搭建和系统测试。 难点： （1）引导学生使用控制系统设计的知识解决生活实际问题； （2）模型中电路的理解和连接。
5. 学习评价设计 （1）过程性评价 学生自评：学生通过雷达图对本组作品进行自我评价赋分。 学生互评：学生在探究学习过程中，利用智慧教学平台，记录学习过程和阶段性成果； 其他同学可以在学习任务单和课堂上，对其他组的作品进行点赞、赋分或发表评论。 教师评价：整个学习过程中，通过利用智慧教学平台，实时对学生的作品进行点评，帮 助学生完成高质量的作品。 （2）总结性评价 学生自评：学生通过雷达图对本组作品进行自我评价赋分。 学生互评：其他小组展示作品后，对同学的作品进行点赞、赋分或点评。 （3）教师评价：对学生完成的学习成果进行有效点评；通过 UMU 平台对学生进行学业评 价，可以把考评结果从后台导出，查看学生学习效果。
6. 学习活动设计
教师活动 学生 活动
环节一：（发现问题）
发现问题： 从这组通用技术兴趣小组收集的图片资料中，你能发现什么问题？ 生：易于产生交叉感染！ 师：发现了这么重要的问题，我们应该如何解决呢？ 学生 积极 思考 踊跃 发言
设计意图说明： 激发学生关心生活和社会热点，激发其学习控制与设计的兴趣，回顾红外感应水龙头的 制作过程，为动手制作做铺垫。培养学生自主探究学习和小组合作学习的习惯。
环节二： （分析问题）
【项目活动 1】 金点子 PK 赛： 请组内讨论， 利用上节课学到的电子元器件， 设计一种方案， 实现无接触给手消 毒（分组汇报）。 学 生 活动： 学 生 思考， 展 开 激 烈 的 讨 论。
生 1：由红外感应水龙头得到启示，设计红外自动感应手部消毒设备…… 生 2：受脚踩垃圾箱或脚踩冲水马桶的启发，设计一种机械的以脚踩代替手按压 的方式实现手非接触地消毒…… 生 3：使用超声波传感器设计…… 生 4：使用压力传感器设计…… 生 5：使用夜语音识别传感器设计…… 等等。 2. 玩火箭对接游戏，确定控制方框图： 无接触手部消毒控制系统的控制方框图如下： 学 生 踊 跃 发言。 学 生 积 极 参与
通过西沃白板 5“拖动 ”的课堂活动，检查知识点“控制系统设计的基本流 程”的预习情况： 学 生 积 极 参与 学 生 积 极 参与
回到分析问题环节， 提问的方式找出控制目的、被控量和控制要求（即设计指标） ： 【项目活动 2】请完善无接触手部消毒控制系统的设计方案表格对应的内容（第 一步---第三步），展示，评价各小组的设计方案表格作品。 (2)红外传感器工作原理（观察学具“红外传感器 ”，并展开组内讨论）： 以自动水龙头为例， 当传感器检测到手来， 就发送高电平给电磁阀， 让电路接通， 阀门打开，水龙头出水；当传感器检测到手离开，就停止发送信号，电路断开， 阀门关闭，水龙头停止出水。 (3)继电器工作原理： 观看微课，用自己的话说一说继电器的工作原理。 学 生 踊 跃 发言 各 组 积 极 完 成 方 案 作品 自评、 互评、 师评 学 生 积 极 参与， 踊 跃 发言 红 外 传 感 器 工 作 原 理 掌 握 很 好 边 看 视 频 边 观 察 学 具，并 展 开 组 内 讨论 踊 跃 发言
设计意图说明： 培养学生自主探究学习和小组合作学习的习惯和能力，逐步形成工程思维和图样表 达的能力，进而内化为分析问题、解决问题的能力。
环节三： （设计方案,解决问题） 问：讨论一下，无接触手部消毒控制系统的控制方框图， 分析传感器、 继电吕和水泵三者之间有着怎样的逻辑控制关系？ 生：继电器作为智能开关控制水泵，二者应为串联；传感器应控制 继电器的连通或断开，与前二者并联。 【项目活动 3】根据以上分析，绘制电路图。 展示，评价各小组的电路图作品。学生活动： 学 生 小 组 组 员 通 力 合作， 讨论 交流， 绘制 电路图。 自评 、 互 评、师评。设计意图说明： 学生在完成方案设计的过程中，培养其技术意识、工程思维和图样表达的能力， 激发其创新设计的兴趣。
环节四： （小结）
今天，你学到了什么？ 学生积极发言。 教师适当补充。
设计意图说明： 学生逐渐形成总结梳理的习惯，培养其工程思维和图样表达的能力。
7. 板书设计
8. 拓展活动设计 请各小组讨论，连线时的注意事项有哪些？
9. 特色教学设计说明 1、 本节课思路清晰，有两条主线贯穿始终：（1）确定控制目的---确定被控量---给定控制 要求---确定系统结构（控制系统设计的基本流程的前四步，体现在学习任务单上）；（2） 发现问题---分析问题---解决问题（体现在课件上）。 2、 本节围绕新冠疫情肆虐的真实生活情境中， 疫情防控中， 按压式手部消毒容易产生交叉感 染的真实问题作为切入点， 展开本节教学活动， 培养学生关心生活实际和社会热点问题的 社会责任感。 3、 在课前准备阶段， 布置让学生预习本节内容， 把相关文字和视频资料上传至 UMU 教学平台， 让学生自主探究学习， 同时， 布置学生深入疫情防控真实情境中， 收集手部消毒的图片资 料。 4、 上课时展示大家收集到的图片，让学生观察，同学们很快就会发现问题：按压式手部消毒 方式易于产生交叉感染， 为解决这一生活真实问题， 开启了本节两个课时的项目探究活动， 从而培养学生关心生活实际问题， 关心社会热点问题， 通过教学活动力争达到学以致用的 技术意识和能力。 5、 以头脑风暴的形式对该问题进行组内分析， 第个小组都展开激烈的讨论， 充分发挥想象力， 第个小组都设计出自己的无接触手部消毒的解决方案， 权衡利弊， 最终选择了常用的红外 传感器的设计方案， 培养学生自主探究学习和小组合作学习的习惯和能力， 逐步形成工程 思维和图样表达的能力，进而内化为分析问题、解决问题的能力。 6、 利用本节所学和物理知识分析，得到无接触手部消毒控制系统的结构：控制方框图和电路 图；并分析接线时的注意事项，为下一节课的动手实践学习做铺垫，培养学生的逻辑思维
能力和知识的综合应用能力。 7、 本节教学设计以人本主义理论和 STEM 教育理论为支撑，以项目式学习开展教学，以学生 为主体， 把课堂还给学生， 引导学生独立思考、深度学习， 唤醒学生的社会责任感和学以 致用的意识和知识的综合应用能力， 培养学生的自主探究学习能力和小组协作共克难关的 意识。
10. 教学反思与改进 本节课思路清晰，有两条主线贯穿始终：（1）确定控制目的---确定被控量---给定 控制要求---确定系统结构（控制系统设计的基本流程的前四步，体现在学习任务单上）； （2）发现问题---分析问题---解决问题（体现在课件上）。本节围绕新冠疫情肆虐的真实 生活情境中， 疫情防控中， 按压式手部消毒容易产生交叉感染的真实问题作为切入点， 展 开本节教学活动， 培养学生关心生活实际和社会热点问题的社会责任感。在课前准备阶段， 布置让学生预习本节内容， 把相关文字和视频资料上传至 UMU 教学平台， 让学生自主探究 学习， 同时， 布置学生深入疫情防控真实情境中， 收集手部消毒的图片资料。上课时展示 大家收集到的图片，让学生观察，同学们很快就会发现问题：按压式手部消毒方式易于产 生交叉感染， 为解决这一生活真实问题， 开启了本节两个课时的项目探究活动， 从而培养 学生关心生活实际问题， 关心社会热点问题， 通过教学活动力争达到学以致用的技术意识 和能力。以头脑风暴的形式对该问题进行组内分析， 第个小组都展开激烈的讨论， 充分发 挥想象力， 第个小组都设计出自己的无接触手部消毒的解决方案， 权衡利弊， 最终选择了 常用的红外传感器的设计方案， 培养学生自主探究学习和小组合作学习的习惯和能力， 逐 步形成工程思维和图样表达的能力， 进而内化为分析问题、解决问题的能力。利用本节所 学和物理知识分析，得到无接触手部消毒控制系统的结构：控制方框图和电路图；并分析 接线时的注意事项， 为下一节课的动手实践学习做铺垫， 培养学生的逻辑思维能力和知识 的综合应用能力。 本节教学设计以人本主义理论和 STEM 教育理论为支撑，以项目式学习开展教学，以学生 为主体， 把课堂还给学生， 引导学生独立思考、深度学习， 唤醒学生的社会责任感和学以 致用的意识和知识的综合应用能力， 培养学生的自主探究学习能力和小组协作共克难关的 意识。本节教学效果良好，只是在金点子 PK 赛的设计环节之后，由于课堂时间、学生基 础知识水平和教师能力所限， 没能让每个小组全部展开按照自己的思路进行深入设计控制 系统的方案，感觉有些美中不足；课堂的把握和语言表达尚有欠缺，需要加强专业知识的 修炼提升。
附件: 学习任务单
班级： 姓名： 时间： 月 日 星期 第 节
学习 内容 广东科技出版社 高中通用技术必修二《技术与设计 2》第四章 第 3 节《简单控制系统的设计》第一课时
学习 目标 技术意识：能够结合具体案例进行分析，养成撰写简单控制系 统设计方案的意识和能力。 工程思维：通过本组控制系统设计案例的分析，理解简单控制 系统设计的基本流程，领悟控制思想和方法在具体技术实践活动中 的运用。能基于控制原理和系统分析方法将案例中各部件之间的关 系通过控制系统框图表达出来，形成实际的工程思维。 创新设计：能根据案例情境要求和现有条件限制，提出一个或 多个设计方案，进行简单的技术实践活动。 图样表达：能阅读常见的技术图样，绘制简单的控制框图表达 与交流控制系统的组成和控制过程。 物化能力：能根据方案设计要求，选择合适的材料和工具，并 将方案转化为模型或原型，且根据实际需要对已有模型或原型进行 改进和优化。逐渐形成物化过程中严谨细致、精益求精的工作态度。
学习 任务 课前任务：预习本节课本内容并通过 UMU 学习平台自主探究传感器 和继电器的原理方面的知识。 课上任务： 一：请组内讨论，设计一种方案，实现无接触给手消毒。 二：完善控制系统的基本流程，尝试填写方案表格。 三：依据无接触手部手部消毒控制方框图，分析其内部的逻辑控制 关系，绘制电路图。 四： 请各小组讨论，连线时的注意事项有哪些？
知识 回顾 开环控制方框图一般形式： 闭环控制方框图一般形式：
简单控制系统设计方案
学 校 班 级
小组 分工 发言人 记录人 材料员 操作员
控制系统名称 无接触感应手部消毒控制系统
1 控制目的
2 确定被控 量
3 给定控制 要求（设计 指标） 系统造价 适应性要求 控制精度 其他
□20-40 元□40-60 元 □60-80 元□80 元以上 □手动控制 □自动控制 □高 □中 □低
4 确定系统 结构 □开环控制 □闭环控制
控 制 方 框 图
设计电路图（请在背面完成）：
序号 实验器材 数量 单价 小计
1
2
3
4
5
6
7
总计
附：采购价格表 序号实验器材单价序号实验器材单价1红外传感器87电池22压力传感器108导线0.13超声波传感器99电池盒24语音识别传感器5410绝缘胶布15继电器911双面胶36水泵6.5
请绘制电路图：

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