资源简介

《控制及其设计》单元教学探究与设计
一、单元教学概述
单元教学设计就是从一章或者一单元的角度出发，根据章节或单元中不同知识 点的需要，综合利用各种教学形式和教学策略，通过一个阶段的学习让学习者完成
对一个相对完整的知识单元的学习。
1.单元教学设计要有整体性。整体性主要体现在教学目标的设定和教学内容的
整合。
2.单元教学设计要有相关性。相关性主要体现在课型的选择与教学目标和内容
相关；教学方法与教学目标和内容相关；教学活动与教学活动之间和教学目标相关。
3.单元教学设计要有阶梯性。阶梯性主要体现在教学活动的设计与教学内容相 结合，要从简单到复杂，从单一到综合，从基础到提高，活动的要求体现循序渐进
的教学原则。
4.单元教学设计要有综合性。综合性主要体现整个单元教学能否培养学生综合 运用语言的能力，包括单一目标与五维教学目标综合，语言知识和语言技能综合，
单一技能与多项技能综合。
二、教材分析
《控制及其设计》单元教学选自苏教版高中通用技术必修二第四章。本单元由 “控制方式与应用 ”“开环控制系统的工作过程 ”“闭环控制系统的工作过程 ”“控制
系统的工作过程四节内容构成。是《技术与设计 2》的最后一单元是全书的升华与
应用，既有结构流程的思想，又有系统权衡的思维，采用控制的不同方式实现综合 项目设计。在本单元中一直以雨水收集和处理为事件主线展开，依据课程标准的大
项目式教学设计思路，每节课每个任务模块都有各自的技术体验项目，充分贴合了
通用技术“做中学，学中做”的课程理念。
第一节《控制的方式与应用》通过“理解控制的含义”和“感知控制的应用” 两大块内容，通过技术体验制作自动浇水装置，让学生了解控制的含义及控制的工 作过程，为后续开环控制和闭环控制的学习奠定基础。本节内容重在理解控制的含
义，辨析生活中各种控制装置的特点与工作原理。
第二节的《开环控制系统的工作过程》，本节课通过搭建定时浇水控制系统模型 的技术体验活动，使学生熟悉开环控制系统的工作过程，理解其中控制器、执行器 等的作用。通过若干典型案例的分析，让学生学会用方框图表达简单开环控制系统
工作过程，并能根据开环控制系统的特征辨析常见的开环控制系统。
第三节的《闭环控制系统的工作过程》，在本节的学习中， 学生要经历土壤湿度 控制系统的技术试验和分析过程，要站在工程设计的高度，应用系统分析方法与控
制原理，解决生活中的实际问题，促使学生的系统思考和工程思维能力提升。
第四节的《控制系统的设计与实施》，是本书的最后一个章节。在前面的学习中， 学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部
分之一，而且《技术与设计 2》大部分都是围绕设计这个主题展开的。
本节课使学生了解控制系统设计的一般思路和步骤， 以定时浇水控制系统为例，
在学生动手实践的同时对系统设计和实施有更深的印象。
三、课标内容要求
根据《普通高中通用技术课程标准（2017 版 2020 年修订）》对控制及其设计课
程标准内容要求如下：
1. 理解控制、控制系统的含义及在生产和生活中的应用， 通过案例分析了解手
动控制、自动控制、智能控制的特点。
2. 熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成与工作过程， 理解其中 的控制器、执行器等的作用，了解干扰现象和反馈原理，并用方框图表达控制系统
的工作过程。
3. 根据控制系统的控制要求， 确定被控量、控制量， 进行简单的控制系统的方
案设计，并搭建一个简易的控制系统装置，进行调试运行和综合评价。。
四、单元教学目标
1.通过分析生活中常见案例，阐述控制的含义。
2.通过案例分析，辨析手动控制、自动控制、智能控制的特点。
3.观察生活中的案例，概括控制在生活和生产中的应用。
4.通过技术体验活动，理解控制系统的含义，熟悉简单开环控制系统的基本组
成和工作过程，理解其中控制器、执行器等的作用，辨析开环控制系统的特征。
5.会用方框图表达简单开环控制系统工作过程。
6.通过实践体验，分析闭环控制系统的基本组成和工作过程，学会画闭环控制
系统的方框图。
7.结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈和干扰现象及其基本原理。
8.根据控制系统的要求，确定被控量和控制量。
9.能够设计控制系统的方案，并搭建一个控制系统装置或模型。
10.对所搭建的控制系统进行调试运行以及综合评价。
五、设计思路
第一节 ---《控制的方式与应用》
（一）、学科核心素养要求
1.技术意识：技术意识是对技术现象及技术问题的感知与体悟。学生能结合具
体案例的分析理解控制的演变和人们的选择使用，形成对技术的理性态度。
2.图样表达：能通过书本技术体验范例，表达简单的控制系统的设计方案。
3.物化能力：掌握控制系统的设计要素，实践控制系统的组装，成品测试。
（二）、教学思路
1.通过摩登时代片段体验控制系统的工作过程，初步了解控制系统的含义。
2.通过学生经历“制作盆栽植物自动浇水装置 ”的实践活动， 体验控制的含义，
理解控制是人类为了让食物、自然朝向自己期望的方向发展而采取的手段。
3.通过身边案例分析让学生感受随着社会的发展和技术进步，控制手段也更加 高明精准高效。紧接着借助“恒压供水控制系统”案例分析，让学生感受控制在生
活中的应用。
第二节 ---《开环控制系统的工作过程》
（一）、学科核心素养要求
1、技术意识：熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程， 理解其中控制器、
执行器等的作用，辨析开环控制系统的特征。
2、图样表达：会用方框图表达简单开环控制系统工作过程。
3、物化能力：能搭建简单的水位报警装置及简单的定时浇水装置。 （二）、教学思路
1.通过恰当的情境引入，激发学生控制系统的兴趣。
2.小组协作，根据教材中的制作过程，搭建雨水收集池水位报警装置，让学生
体验开环控制系统的工作过程，并总结开环控制系统的模型方框图。
3.通过体验定时浇水装置，带领学生分析开环控制系统工作过程，总结定是浇
水控制系统模型方框图。
4.通过希罗的自动门案例，让学生分析总结控制系统中的相关要素并画出方框
图，巩固知识。
第三节 ---《闭环控制系统的工作过程》
（一）、学科核心素养要求
1.技术意识：理解闭环控制系统的含义，通过实践体验，能分析闭环控制系统 的基本组成和工作过程。
2.工程思维：能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈在控制系统中的作用 及其基本原理。能结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素。
4.图样表达：通过案例分析简单的闭环控制系统，学会画闭环控制系统的放款 图。
（二）、教学思路
1.创设情境： 以技术体验“土壤湿度控制系统 ”，引出课题。
2.引导学生分析案例，概括出闭环控制系统工作过程，学会用方框图描述其控
制过程。
3.通过案例分析，认识反馈和干扰因素，能结合闭环控制系统的工作过程，分 析反馈和干扰现象及其基本原理。
4.通过巩固练习，引导学生总结、梳理重点。
第四节 ---《控制系统的设计与实施》
（一）、学科核心素养要求
1. 技术意识：能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。
2. 工程思维：能通过控制系统设计的过程，通盘考虑影响系统的各个干扰因素，
并养成日常思考的习惯。
3. 创新设计：发现用户的多方面需求以及需求之间的关联性，多角度分析需要
解决的技术问题；能根据设计对象和现有条件制定解决技术问题的一种或多种方案。
4. 图样表达：能准确判断系统方框图的各个组成部分。
（二）、教学思路
1.情境导入。 观看视频《松下智能家居控制系统》，感受多种控制系统，探究 控制系统的设计要素。
2.技术体验。
学生根据书本图例，利用提供的材料，设计定时浇水系统。体验控制系统的工 作过程及其要素。
3. 案例分析。分析游泳馆水池水位自动控制系统示意图， 补充完整系统控制的 方框图。巩固知识
六、教学设计
第一节 ---《控制的方式与应用》
教学过程 教学内容 学生活动
一、创设情事 境导入 二、新课教 学 学生小组协 作，制作自 动 浇 水 装 置。 微视频欣赏：摩登时代片段。 思考：视频中自动喂饭机控制是否成功 任务一 理解控制的含义 1.事物的发展与变化具有多样性 一颗果树，可能结不出果实，也可能硕果累累， 也可能结的果实较少。 降落的雨水，可以用来冲洗物品，也可用来灌 溉农田， 也可用来发电， 也可能流入江河， 增加洪涝 灾害发生的可能性。 事物发展的结果具有多种可能性。如果人们想达 到某一特定的目的， 使事物按照预先期望的目标发展, 就必须运用适当的手段——控制来实现。 2.自动浇水装置技术体验 工作过程： （1)将两根吸管插入接水盘， 当接水盘里的水面低于 进气管口时， 空气进入瓶子里， 瓶内气压减小， 水会 从出水管流人接水盘。 （2)直到水面与进气管口平齐， 出水管不再流水， 使 接水盘中的水量保持在这个高度。 学生分小组协作， 根据教师提供的材料与工具， 参照 书中案例模仿制作自动浇水装置并测试， 分享制作过 程。 3、控制的涵义 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，这就是控制。 例如，利用自动浇灌装置给植物补水，并通过改 变进气管在接水盘中的位置控制水位；调节电冰箱的 温度，使食物能够在低温状态下保存；使用计算机“指 挥”先进的生产流水线，实现自动化生产等。 理解任何控制现象，都要明确： 1）控制要达到什么目的； 2）控制的对象是什么； 激发兴趣 观看视频
3）采取什么控制手段。 如汽车的转向控制，其控制目的是改变汽车行驶 方向， 控制对象是汽车的车轮， 控制的手段是驾驶员 通过转动方向盘带动车轮转向。 在夏天或冬天，人们会使用空气自动调节机(简称空 调)来改变房间的气温。在这个控制里，控制对象是( ) A ．人 B ．空调 C ．房间 D ．室外空气 例 2：如图所示为自动火炮控制系统示意图。当雷达 检测到飞机后发出信号给跟踪系统， 跟踪系统操纵火 炮，调整火炮角度，该系统中被控对象是（A ） A ．火炮 B．跟踪系统 C ．雷达 D ．飞机 例 3：如图所示的十字路口汽车闯红灯拍照系统，当 指示灯为红灯时，传感器检测到有汽车从对面驶出， 该系统会驱动相应的摄像头拍下汽车照片（包括车牌 号及驾驶员等信息）。则该系统中，被控对象是( C ） A.指示灯 B.汽车 C.摄像头 D.驾驶员 马上行动 找出自行车中存在的各种控制现象，并回答自行 车任一控制（如刹车或方向控制） 中控制对象、控制 目的和手段分别是什么？ 4.控制的方式或手段 A.从控制过程中人工干预的情形来分， 控制可分为人 工控制(又称手动控制)和自动控制。 人工控制：控制的过程是在人的直接干预和 全程 干预下进行的。 自动控制：控制的过程在无人直接参与的情况下，使 事物的变化准确地按照期望的方向进行。 学生回答
人工控制的特点： ①全程干预； ②人为控制系统； ③人的部分器官与其他控制器件共同完成控制任务 自动控制的特点： ①无人直接参与； ②事物能达到期望的方向； ③需要对某些物理量控制 分析下列控制现象是自动控制还是人工控制： （1）摇动轱辘，提取井水；（人工控制） （2）电梯的上下运行控制；（自动控制） （3）农用灌溉抽水机抽水的控制。（自动控制） B.按照控制信号流和执行部件的不同， 自动控制可分 为： 气动控制、液压控制、电动控制、机械控制、电子控 制等。 C.智能控制是具有智能信息处理、智能信息反馈和智 能决策的控制方式， 它能在无人干预的情况下， 自主 地驱动智能机器实现控制目标。如：无人驾驶。 智能控制主要用于解决复杂系统的控制问题。 案例分析：从电风扇到空调再到智能空调 在很多控制的事例中，控制的手段是多样、综合的。 如机械手通常由控制系统、驱动系统和执行系统组 成， 就是由电子、气动或液压与机械控制的结合。机 器人是由机械、电子、智能等综合控制。 典型题引领 1.用电视机遥控器选台属于( A ) A、人工控制 B、自动控制 C、气动控制 D、液压控制 2.属于自动控制系统的是( C ) A、按钮开关控制 B、普通水龙头
案例分析 1 C、花房恒温控制 D、汽车驾驶 任务二、感知控制的应用 控制的应用自古就有，并在近代得到了迅速发 展，它涉及到社会生活生产的各个领域。 如自动取款机、现代家电、汽车制造、农业生产、 军事、国防、学校方面控制的应用。 案例分析：恒压供水控制系统 学习反思 控制在社会生活中的应用越来越广泛， 给人们的 生活生产带来了极大便利。但在未来控制装置能完全 取代人的作用吗？ 在未来生活中，虽然智能控制会越来越广泛， 但始终不能代转人， 是因为自动控制、智能控制系统 都来自人的智慧。不仅如此， 因为机器控制没有情感， 所以更无法完全取代人的作用。 本节小结 1、事物的发展与变化具有多样性 2、控制的涵义 3、控制的方式或手段 学生回答
案例分析 2 三、小结及 练习 4、控制的应用 巩固练习 1.分析下列控制现象是自动控制还是人工控制。 （P112） （1)用气筒给自行车的轮胎充气； （2)楼宇监控； （3)电视机自动组装生产线。 2.观察自行车的刹车控制装置， 若使前轮刹车控 制更加灵敏， 应如何调节自行车前轮的刹车部件？请 试着调试。（P112） 调试方法：（1)调整刹车皮离轮圈更近；（2)将 刹车钢丝调紧，将间隙调小。 教学反思： 本节所选案例注重从学生熟悉的事例入手， 激发 学生了解控制， 研究控制的兴趣与热情。由自动喂饭 机失去控制的视频导入新课， 情境的创设提高了学习 兴趣；以如何改进的问题引导学生探究控制与设计的 内容，激发了求知欲。 列举实例、分析讨论、实例分析经过环环相扣、 循序渐进的学习过程加深学生对控制涵义的理解， 突 出了重点。 学生回答 回 忆 本 节 所学内容
四、教学反 思 学生回答
第二节 ---《开环控制系统的工作过程》
1、 复习、情境导入
（1）什么是控制？
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。
（2）控制的三要素：
控制的对象、控制目的、控制手段
（3）控制的分类：
控制过程中人工干预的情形来分：
人工控制，自动控制
按执行部件的不同来划分：
机械控制，气动控制，液压控制，电子控制
家中的植物，有的喜欢潮湿，有的喜欢干燥。对于芦荟这类喜欢干燥的植物，若采用在花 盆下放置接水盘的方式， 易导致其根部腐烂， 芦荟不能长时间浸在水中。因此， 当家人外出时，
就需要根据芦荟的需水量定时给芦荟浇水。需改用定时浇水的方式， 如何实现呢？
2、新课学习
（1）理解控制系统
学生分小组活动：根据教材中的制作过程， 搭建雨水收集池水位报警装置。
学生分小组活动：对雨水收集池水位报警装置进行技术体验。
（2）分析开环控制系统工作过程
学生分小组活动：根据教材中的制作过程， 搭建定时浇水控制系统装置。
学生分小组活动：：对定时浇水控制系统装置进行技术体验。
（1）通电，检查各滴箭是否正常滴水。
（2）调节出水量：调节好每个滴箭的滴水量。
（3）设置电子定时器参数：浇水时长和间隔。
讨论：定时器、水泵、回流管、滴箭分别起什么作用？是否滴水？什么时间滴水由什么决定？
总结：用定时器设定好浇水时间及时长， 到了设定时间就自动接通水泵， 开始往水管里抽水，
通过调节定时器时长，控制滴到植物土壤中的水量。
用方框图表示该控制系统。
图 1 定时浇水控制系统模型方框图
总结：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响， 这种控制系统称为开环控制系统。
其工作过程可用方框图表示如下：
图 2 开环控制系统方框图
输入量：控制系统的给定量，如设定时间。
输出量（被控量）：控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号，如浇灌的水量。
被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。
执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件，如水泵。
控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，如控制电路。
控制量：执行器的输出信号，如流过水管的水量。
常见开环控制系统：
自动烘手机， 防盗报警系统， 火灾报警系统， 音乐喷泉控制系统， 闹钟定时控制系统， 红
绿灯定时控制系统等。
案例分析（师生互动）：
1、希罗自动门。
问题：请根据希罗自动门的开、关工作过程， 将对应控制系统方框图中的内容以及输入信号、
输出信号填写完整。
2、 自动门的控制系统。
问题：请根据自动门的控制系统工作过程，将对应控制系统方框图中的内容以及输入信号、
输出信号填写完整
3、音乐喷泉的控制。
问题：请根据音乐喷泉的控制工作过程，将对应控制系统方框图中的内容以及输入信号、
输出信号填写完整。
4、 自动烘手机控制系统。
问题：请根据自动烘手机控制系统工作过程，将对应控制系统方框图中的内容以及输入信
号、输出信号填写完整。
课堂练习:
1、某学校铃声控制系统的工作过程是:电脑根据设定的时间顺序,发出电信号给功率放大器,
使音箱发出铃声。关于该控制系统的说法中,不正确的是 ( D )
A、控制器是电脑
B、执行器是功率放大器
C、被控对象是音箱
D、输出量是功率放大器发出的电信号
2、如图所示为公共厕所人体感应自动供水系统示意图。当探头检测到有人进入厕所,控制
器控制电磁阀打开,向水箱供水。该供水控制系统的执行器是 ( D )
A、水箱
B、进水阀
C、探头
D、电磁阀
3、如图所示的抽屉,每次拉开,抽屉内的 LED 灯会自动点亮 30 秒。该 LED 灯自动开关控制
系统的输出量是 ( D )
A、房间的亮度
B、抽屉的开或关
C、设定的亮灯时间
D、灯的亮或灭
4、如图所示为一款高铁站自动取票机， 用户点击屏幕上“互联网取票 ”菜单命令并将身份 证置于读取器位置后，电脑(单片机)接收到信息，打印车票并驱动相关电机及机械装置，将车
票从取票口送出。关于自动取票机的控制，下列说法正确的是( B )
A．该控制是闭环控制
B．被控对象是车票
C．输出量是电机的驱动
D．执行器是电脑(单片机)
3、课堂小结
（1）控制系统的概念。
（2）开环控制系统的概念。
（3）控制系统的工作组成及工作过程（开环控制系统方框图）。
4、布置作业 教材 118 页练习 2
教学总结
由任务情境导入，通过活动体验探究开环控制系统的基本概念，并通过若干典型案例的分
析，理解开环控制系统的组成及工作过程。
教学反思
活动作为任务的分解与落实必须具有一定的挑战性，但也不能超出学生的能力范围。特别
是在课堂上，对教学案例的选择应该谨慎。
第三节 ---《闭环控制系统的工作过程》
序号 教学步骤 教师活动 学生活动
1 情景导入 走进情境：陈晨家住在北京，阳台上种植了许多植物。冬 天室外寒冷，陈晨想要设计一款恒温箱让阳台上的植物安 全过冬。观看科普动画。 创设情境，引出 课题
2 任务一：解 析闭环控 制 系 统 工 作过程 1. 搭建土壤湿度控制系统 技术体验： 搭建土壤湿度控制系统 思考： 土壤湿度控制系统的工作状态取决于来自什么装 置的信号？ 用方框图表示土壤湿度控制系统的工作过程： 在系统的输入量和输出量之间，除了从输入端到输出 端之间，除了有从设定湿度到实际湿度的信息传递，还有 一条从输出端返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条 闭合回路。 我们把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生 影响的控制系统称为闭环控制系统。 2. 闭环控制系统 由恒温箱控制系统的工作过程， 引出简单闭环控制系统方 框图： 输入→传感器 →控制器 →执行器 →被控对象 →输出 检测装置
游戏时间； 马上行动：判断出开环与闭环系统，并画出方框图？ 3.学习用方框图描述控制过程 （1）开环闭环判断 （2）方框图描述控制过程的步骤 用方框图描述控制过程的步骤 引导学生分析 并得出恒温箱 控制系统的工 作过程及控制 框图。 由特殊到一般， 引导学生归纳 出闭环控制系 统的工作过程 的一般表达。
3 任务二：辨 析反馈在 控 制 系 统 中的作用 1.闭环控制系统中的反馈 反馈： 在自动控制系统中， 将输出量通过适当的检测装置返 回到输入端并与输入量进行比较的过程. 反馈方法： 利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来 调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法。 分析湿度控制系统没有反馈会怎样？ 带有反馈的控制系统就是前面所述的闭环控制系统。 在工程中，反馈控制是自动控制中不可缺少的形式。 马上行动：完成花房恒温自动控制系统的控制参数 2.干扰因素 在控制系统中， 除输入量（给定值） 以外， 引起被控 制量变化的各种因素都可以视为干扰因素。 案例分析： 室内恒温泳池的水温控制系统为闭环控制。下列不属 于该温度控制系统干扰因素的是( )。 A.出水的温度 B.进水的温度 C.室内场馆温度 D.游泳者的数量 3. 闭环控制系统与开环控制系统的比较 4. 黑箱方法 黑箱方法;是通过对系统的输入与输出关系的研究推 断系统内部结构和功能的方法。 案例：万用表测量电池电量 学生分析思考， 得出反馈的作 用。 学生通过案例 分析， 进一步明 确概念。 通过生活中的 有趣案例， 帮助 学生理解技术 方法的同时， 更 体会到技术源 自于生活更要 用之于生活。
4 课堂总结 1. 闭环控制系统的组成及工作过程 2. 闭环控制系统的反馈。 3. 系统中的干扰因素。 4. 黑箱方法。 学生归纳、整理 本课内容， 学习 收获
第四节 ---《控制系统的设计与实施》
情境导入：
观看视频《松下智能家居控制系统》，感受多种控制系统
【一】探究控制系统的设计要素
系统设计的一般思路
控制的目的？
被控对象是？
被控对象的特性？
控制量和被控量？
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】技术体验 1：搭建定时浇水控制系统
【动手行动】学生根据书本图例，利用提供的材
料，设计定时浇水系统
【学生活动】思考以下问题：
1、控制目的： 定时浇水
2、被控对象： 出水管
(
出水量
) (
浇水时间
) (
水泵
) (
出水管
) (
输出量
) (
输入量
)
3、执行器： 水泵
4、控制量： 水
5、主要干扰因素：水流速度、大小
【系统方框图】
定时器
(
执行器
)控制器
【学生活动】思考：
1.回流管的作用？
2.三盆花和五盆花的出水量一样吗？
3.是否有其他方法减少出水量？
【拓展延伸】
【典型示例 1】
如图所示是某品牌的声光控灯， 它是集声学、光学和延时技术为一体组成的 自动照明灯具。当白天或光线较强时，受光控自锁，有声响也不会通电开灯；当 傍晚环境光线变暗后， 开关自动进入待机状态， 遇有说话声、脚步声、拍手声等 声响时， 自动通电、亮灯， 延时一段时间后自动断电。它能延长灯泡寿命 6 倍以 上， 节电率达 90%；既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤， 又可杜绝楼道灯有人 开、没人关的现象。它的主要特点是“人来灯亮，人去灯熄 ”，杜绝了长明灯， 使得 LED 声光控灯低能耗、长寿命。
试分析：
(1)针对其主要特点，它要解决的主要问题是：实现在黑夜里不用摸黑去找_① ,
能通过发出_② 就让灯自动打开，通过一段时间后又能自动关闭。
(2)它解决问题的技术方法是：通过话筒把_③ 作为输入量传输到音频放大器，控 制电路为控制器，_④ 为执行器，组成一个_⑤ 控制系统，产生输出量，开灯。
根据设定的时间延时自动关闭。
(3)它的 1 个优点与 1 个缺点分别是：
(4)针对你发现的缺点，改进意见是：
【三】技术体验 2——设计制作雨水收集池水位报警和水位控制系统
1、闭环控制系统的设计
简单的闭环控制系统，基本要求：
第一，一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。
第二，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。
第三，闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
在进行闭环控制系统的设计时，几项控制要求之间往往会产生矛盾，需要结合具 体问题全面解决或有所侧重地解决。
2.技术体验 2——设计制作雨水收集池水位报警和水位控制系统
情景引入：当雨水收集池的水位升到溢水口时，发出声音报警；当雨水收集池的 水位到达溢水口时，把水抽到高处的冲厕蓄水箱；当雨水收集池的水位降到水池 高度的 1/4 时，停止抽水。
主要过程：报警系统与水位控制系统
1.报警系统的控制方框图：
2．水位控制系统方框图：
【学生活动】
1.一般情况下，要实现高水位开始抽水、低水位停止抽水，要用两个传感器。你
是否能用 1 个传感器来实现这个控制目的呢？
2.既然水位到溢水口会自动抽取，那么要报警装置做什么？
【拓展延伸】
【典型示例 2】
如下图所示是游泳馆水池的水位自动控制系统示意图， 水位变送器监测实际 水位，将水位数据传送给自动监控仪， 监控仪能设定水池需要的水位上限和下限， 通过控制水泵抽水或注水实现水池水位的自动控制。当水位超出上限报警点或低 于下限报警点时， 监控仪会通过开关电路驱动内部喇叭发出“滴滴 ”声实现报警。 完成以下小题。
（1）将该水位自动控制系统的控制方框图补充完整。
（2）该控制系统的水位变送器损坏， 不可能造成 (①喇叭不再报警；②水 泵一直抽水；③自动监控仪停止监控）
（3）现对该系统的水位上下限报警控制子系统进行优化， 以下属于系统优化约 束条件的是 (①开关电路的驱动效率；②上下限报警点水位高度；③喇叭 的灵敏度）
【拓展延伸】
【典型示例 。】
李明制作了方便小动物喝水的自动加水器， 结构如图。工作过程是当水龙头 打开， 水就流入碗内， 碗内的水位逐渐升高， 浸没到塑料管管口时， 没有空气进
入密封的铁桶，水龙头停止出水；当碗内水位降低至
塑料管管口以下，空气从塑料管进入铁桶内， 水又流
出来，使碗内实际水位控制在管口位置。试分析其控
制过程，完成下列问题：
①该控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统？
②假设原来搪瓷碗内的水位控制在5 厘米，现在需要
把碗内水位控制在 8 厘米，请问可以采取什么方法？
课堂小结
今天主要讲述了控制系统的设计与实施，重点是做了定时浇水系统的技术体验， 学生通过自主设计实验对定时浇水控制系统的设计和实施有了具体的印象， 同时 对开环控制系统和闭环控制系统都有了统一的认识。
作业
P133 页练习
1.有位科学家， 为了促使迷上电视的女儿坚持锻炼， 专门设计了一辆有趣的 “ 自行车 ”女儿必须骑上自行车不停地踩脚蹬，才能驱动发电机给电视机供电， 想偷懒就看不到电视。请你根据已学的技术与设计的知识，画出“ 自行车—发 电— 电视机 ”这一过程的方框土， 分析在这套装置的设计中， 综合了哪些技术和 原理。
2.对太阳能热水器进行分析：
（1）一般家用太阳能热水器水温控制是如何实现的？
（2）有的宾馆使用多台热水器串联来集中供水，当水温过低是，通过控制 器启动辅助电加热开关， 使水温控制在一定范围。请画出这一控制系统的方框图， 并说明其工作过程。
反思
控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统， 由于材料的局限性， 只能让学 生手动进行定时浇水控制系统的设计和实施。学生在动手实践的过程中对开环控 制系统的设计实践理解较为透彻，对闭环控制系统的设计实践理解显得简略一 些。
在分组实验中， 由于教具的限制， 定时浇水系统的出水效果体现的不是特别 准确，这是在今后的实验设计中需要做出改进的地方。
七、教学设计分析
关于《控制及其设计》这一单元教学的设计， 首先从《普通高中通用技术课程标准（2017 版 2020 年修订）》出发，了解课程标准对该部分的内容要求，联系生活，让学生了解并掌
握控制及其设计的相关知识。
通过层层递进的任务设计， 让学生由浅入深， 由易到难进行学习。本单元设计以雨水收 集和处理、浇花装置为实践主线展开， 每一节课每个任务模块都有各自的技术体验项目， 充 分贴合了通用技术“做中学， 学中做 ”的课程理念。充分锻炼学生的物化能力。第一节任务 设计制作自动浇水装置， 激发学生兴趣， 体验控制系统的工作过程。第二节通过搭建定时浇 水控制系统模型， 让学生在设计该模型的过程中初步了解开环系统的环节要素， 然后提炼开 环控制系统工作流程图。第三节分析土壤湿度控制系统， 让学生感受闭环控制系统工作过程， 让学生了解反馈原理， 掌握闭环控制系统。第四节通过设计搭建定时浇水装置， 让学生通过
任务分析控制系统设计要素， 并能够确定使用开环还是闭环， 确定需求， 分析设计控制系统。
本章节技术体验较多， 本设计以学生生活中经常遇到的浇水系统为主线， 在技术体验上 选取了自动浇水， 定时浇水， 和湿度感应浇水。从“手动 ”控制(需要定时添加水)到电子控
制再到智能控制。体现了人的需求和控制系统的发展。
控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统， 由于材料的局限性， 只能让学生手动进行 定时浇水控制系统的设计和实施。学生在动手实践的过程中对开环控制系统的设计实践理解
较为透彻，对闭环控制系统的设计实践理解显得简略一些。
在分组实验中， 由于教具的限制， 定时浇水系统的出水效果体现的不是特别准确， 这是
在今后的实验设计中需要做出改进的地方。
活动作为任务的分解与落实必须具有一定的挑战性， 但也不能超出学生的能力范围。特 别是在课堂上， 对教学案例的选择应该谨慎， 部分教学案例， 技术体验对于学生来说有一定
难度，在今后的课程中需要谨慎把握。

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